Elektrizitate estatikoari buruzko galdera-adibideak
Pendahuluan
Elektrizitate estatikoa eguneroko bizitzan maiz aurkitzen dugun fenomeno fisikoa da. Ateko helduleku bat ukitzean deskarga elektriko txiki bat jasotzearen esperientziatik hasi eta plastikozko orrazi batekin orraztean ilea tente jartzearen efekturaino, dena azal daiteke elektrizitate estatikoaren printzipioekin. Artikulu honek elektrizitate estatikoaren arazoen hainbat adibide aztertuko ditu, oinarrizko kontzeptuak azalduz eta aplikagarri diren legeak aplikatuz.
Elektrizitate estatikoa ulertzea
Elektrizitate estatikoa objektu baten gainazalean karga elektrikoaren metaketa da. Hau objektu batetik bestera elektroiak transferitzeagatik gertatzen da, normalean marruskaduraren ondorioz, adibidez, globo bat ilearen kontra igurzten denean. Karga elektriko horretatik sortzen den indarra Coulomb-en legeak arautzen du.
Coulomb-en legeak dioenez, bi objektu kargatuen arteko indarra kargen magnitudeen biderkadurarekiko proportzionala da eta haien arteko distantziaren karratuarekiko alderantziz proportzionala. Lege honen formula matematikoa hau da:
F = k \frac{{|q_1 q_2|}}{{r^2}}
Non:
– \(F\) bi kargen arteko indarra da,
– \(k\) Coulomb-en konstantea da (\(8.99 × 10^9\, N \cdot m^2 / C^2\)),
– \( q_1 \) eta \( q_2 \) karga elektrikoaren magnitudeak dira, eta
– \(r\) bi kargen arteko distantzia da.
Galdera eta eztabaida adibideak
1. galdera: Coulomb-en indar elektrikoa kalkulatzea
\( 5 \, \mu C \) eta \( -3 \, \mu C \) magnitudeko bi karga 20 cm-ko distantziara daude. Kalkulatu bi kargen arteko indar elektrikoa!
Eztabaida:
Lehenik eta behin, karga eta distantzia unitateak nazioarteko sistemara (SI) bihurtu:
– (q_1 = 5, μ C = 5 × 10-6, C)
– (q_2 = -3, μ C = -3 × 10-6, C)
– (r = 20, cm = 0.2, m)
Erabili Coulomb-en legea indarra kalkulatzeko:
F = k \frac{{|q_1 q_2|}}{{r^2}}
Ordezkatu balio ezagunak:
\[ F = (8.99 × 10^9 \frac{N ≤ m^2}{C^2} \right) \frac{{|5 × 10^{-6} \, C \times (-3 × 10^{-6} \, C)|}}{{(0.2 \, m)^2}} \]
F = (8.99 × 10^9) / 15 × 10^-12 (0.04)
F = (8.99 × 10^9) × 3.75 × 10^{-10})
\[ F = 3.37 \, N \]
Bi kargen arteko indarra 3.37 N-koa da eta kargetako bat negatiboa denez, indar hau erakarlea da.
2. galdera: Distantziaren eragina Coulomb indarrean
Bi karga \( +4 \, \mu C \) eta \( +6 \, \mu C \) 0.1 m-ko distantziara daude. Bi kargen arteko distantzia 0.2 m-ra handitzen bada, zehaztu nola aldatzen den Coulomb indarra!
Eztabaida:
Lehenik eta behin, kalkulatu indarra hasierako distantzian (0.1 m):
– (q_1 = 4, μ C = 4 × 10-6, C)
– (q_2 = 6, μ C = 6 × 10-6, C)
– (r_1 = 0.1, m)
\[ F_1 = k \frac{{|q_1 q_2|}}{{r_1^2}} \]
Ordezkatu balio ezagunak:
\[ F_1 = (8.99 × 10^9) \frac{{24 × 10^{-12}}}{{(0.1)^2}} \]
\[ F_1 = (8.99 × 10^9) × 2.4 × 10^{-10} \]
\[ F_1 = 2.1576 \, N \]
Orain, kalkulatu indarra distantzia berri horretan (0.2 m):
– (r_2 = 0.2, m)
\[ F_2 = k \frac{{|q_1 q_2|}}{{r_2^2}} \]
\[ F_2 = (8.99 × 10^9) \frac{{24 × 10^{-12}}}{{(0.2)^2}} \]
\[ F_2 = (8.99 × 10^9) × 6 × 10^{-11} \]
\[ F_2 = 0.5394 \, N \]
Beraz, bi kargen arteko distantzia 0.1 m-tik 0.2 m-ra handitzen denean, Coulomb-en indarra 2.1576 N-tik 0.5394 N-ra jaisten da.
3. arazoa: Karga mugitzeko lana
Karga bat (q = 2, \mu C) A puntutik B puntura mugitzen da (V_A = 100, V) eta (V_B = 40, V) potentzial dituen eremu elektriko batean. Zenbat lan egiten da karga mugitzeko?
Eztabaida:
Eremu elektriko batean karga bat mugitzeko egiten den lana formula hau erabiliz kalkula daiteke:
\[ W = q (V_A – V_B) \]
Ordezkatu balio ezagunak:
– (q = 2, μ C = 2 × 10-6, C)
– (V_A = 100, V)
– (V_B = 40, V)
W = (2 × 10-6, C) (100, V – 40, V)
W = (2 × 10-6, C) × 60, V]
\[ W = 1.2 \times 10^{-4} \, J \]
Beraz, karga mugitzeko egindako lana \( 1.2 \times 10^{-4} \, J \) da.
Ondorioa
Elektrizitate estatikoa eguneroko hainbat egoeratan askotan eragina duen fenomeno liluragarria da. Coulomb-en legea eta eremu elektrikoen printzipioak bezalako oinarrizko kontzeptuak ulertzea ezinbestekoa da erlazionatutako arazoak aztertzeko eta konpontzeko. Azaldutako adibideen bidez, fisika-teoriak aplika ditzakegu karga elektrikoen arteko elkarrekintzak eta haien artean eragiten duten indarren magnitudea ulertzeko. Ulermen sendo batekin, hobeto baloratu eta kontrolatu dezakegu elektrizitate estatikoaren fenomenoa eguneroko bizitzan.
