Eremu magnetikoen kontzeptua ulertzea
Eremu magnetikoa fisikan oinarrizko kontzeptua da, eta funtsezkoa da gaur egungo teknologia askok nola funtzionatzen duten ulertzeko: motor elektrikoetatik eta sorgailuetatik hasi eta bozgorailuetaraino eta disko gogorretan datuak gordetzeraino. Askotan abstraktutzat hartzen den arren ikusezina delako, eremu magnetikoa benetan "senti" dezakegu bere efektuen bidez, hala nola iman batek burdinazko objektuak erakartzen dituenean edo iparrorratz batek iparraldera seinalatzen duenean. Artikulu honek eremu magnetikoaren kontzeptua zehatz-mehatz aztertuko du: bere definizioa, iturriak, nola deskribatu, erlazionatutako kantitateak eta eguneroko bizitzan duen aplikazioa.
Zer da eremu magnetiko bat?
Laburbilduz, eremu magnetikoa iman edo korronte elektriko baten inguruko eskualdea da, non indar magnetikoak eragiten duten. Objektu magnetikoki sentikor bat (burdina, nikela edo kobaltoa, adibidez) eskualde horretan jartzen bada, erakarpen- edo aldarapen-indar bat jasango du. Eremu magnetikoek karga elektriko mugikorrengan ere eragiten dute; hau da fenomeno elektromagnetiko askoren oinarria.
Eremu magnetikoa B letraz sinbolizatzen da normalean, eta Nazioarteko Sisteman (SI) bere unitatea tesla (T) da. Zenbat eta handiagoa izan B-ren balioa, orduan eta indartsuagoa da eragin magnetikoa.
Eremu magnetikoen iturriak: imanak eta korronte elektrikoak
Bi eremu magnetiko iturri nagusi daude erraz ezagutzeko:
1. Iman iraunkorra
Ohiko iman barradunek bi polo dituzte: iparraldea (N) eta hegoaldea (S). Polo desberdinek elkar erakartzen dute, eta polo berdinek, berriz, elkar uxatzen dute. Iman iraunkor baten inguruko eremu magnetikoa material magnetikoaren barruko domeinu magnetikoen erregulartasunetik sortzen da.
2. Korronte elektrikoa (karga mugikorra)
Fisikaren historiako aurkikuntza garrantzitsuenetako bat korronte elektriko batek eremu magnetiko bat sor dezakeela izan zen. Korronte bat hari batetik igarotzen denean, eremu magnetiko zirkular bat sortzen da haren inguruan. Horrek elektroimanak sortzeko oinarria eman zuen, korronte elektrikoaren magnitudea aldatuz indarra kontrola daitekeen imanak.
Elektrizitatearen eta magnetismoaren arteko erlazio hau da elektromagnetismoaren funtsa, eta gero fisikaren hainbat legetan formulatzen da, hala nola Ampere-ren legean eta Faraday-ren legean.
Nola deskribatu eremu magnetiko bat: eremu-lerroak
Eremu magnetikoak ikusezinak direnez, eremu magnetikoen lerroen eredu bat erabiltzen dugu horiek bistaratzeko. Eremu-lerroek hainbat propietate garrantzitsu dituzte:
– Imanaren kanpoaldeko eremu magnetikoaren lerroen norabidea, oro har, ipar polotik hego polora da.
– Eremu-lerroek begizta itxi bat osatzen dute: imanaren barruan norabidea hegoaldetik iparraldera doa.
– Lerroen dentsitateak eremuaren indarra deskribatzen du: zenbat eta dentsitate handiagoa izan lerroak, orduan eta handiagoa da eremu magnetikoaren balioa.
– Eremu-lerroek ez dute inoiz elkar gurutzatzen, puntu batean eremuak norabide bakarra duelako.
Patroi hau ikusteko esperimentu klasiko bat iman baten gainean jarritako paperean burdin limadurak botatzea da. Burdin limadurak eremu magnetikoaren patroian antolatuko dira, eremu-lerroen forma kurbatua agerian utziz.
Eremu magnetikoetako kantitate garrantzitsuak
Eremu magnetikoak kuantitatiboki ulertzeko, hainbat magnitude erabili ohi dira:
– B (indukzio magnetikoa / fluxu magnetikoaren dentsitatea)
Kantitate hau da gehienetan "eremu magnetiko" gisa aipatzen dena. Bere unitatea tesla (T) da. B-ren balioak karga mugikor batek edo korrontea daraman hari batek jasaten duen indar magnetikoaren magnitudea zehazten du.
– Fluxu magnetikoa (Φ)
Fluxu magnetikoa gainazal bat zeharkatzen duen eremu magnetikoaren kantitatearen neurria da. Bere unitatea weberra (Wb) da. Hitz gutxitan esanda, fluxua eremuaren intentsitatearen (B), gainazalaren azaleraren (A) eta gainazalak eremuarekiko duen orientazioaren araberakoa da. Oro har, Φ = B·A eremua uniformea eta gainazalarekiko perpendikularra bada.
– Lorentz indarra
Eremu magnetiko batek karga elektriko mugikor baten gainean indarra eragiten du. Karga baten gaineko indar magnetikoaren formula F = q(v × B) da, hau da, indarraren norabidea v-rekiko (kargaren abiadura) eta B-rekiko perpendikularra dela. Eremu magnetiko batean korrontea garraiatzen duen hari batentzat: F = I(L × B) . Kontzeptu honek motor elektriko bat birarazten du.
Eremu magnetikoen eta korronteen arteko elkarrekintza: teknologia elektrikoaren oinarrizko printzipioak
Eremu magnetikoak eta korronte elektrikoak bi norabidetan erlazionatuta daude:
1. Korronteak eremu magnetiko bat sortzen du
Korrontea daraman hari batek eremu magnetiko zirkular bat sortzen du. Hari kiribilduz gero (biribilduz), eremu magnetikoa indartsuagoa eta zuzenduagoa bihurtzen da. Harilaren barruan burdinazko nukleo bat gehitzeak eremua indartzen du, elektroiman indartsu bat sortuz.
2. Eremu magnetikoaren aldaketek korrontea sortzen dute (indukzio elektromagnetikoa)
Michael Faradayk aurkitu zuen bobina batetik igarotzen den fluxu magnetikoaren aldaketak indar elektroeragile bat sor dezakeela, eta horrek korronte elektrikoa sortzen duela. Hau da sorgailuen eta transformadoreen printzipioa. Sorgailu batean, energia mekanikoa energia elektriko bihurtzen da bobina edo iman bat biratuz, fluxua aldatuz.
Bi noranzkoko harreman hauek dira gailu elektrikoen oinarrizko oinarria: motorrak (elektrizitatea mugimendu bihurtzen duena) eta sorgailuak (mugimendua elektrizitate bihurtzen duena).
Lurraren eremu magnetikoa eta iparrorratza
Lurrak berak iman erraldoi baten antzera jokatzen du. Lurraren eremu magnetikoa batez ere Lurraren kanpo-nukleoan dauden metal likidoen (burdina eta nikela) mugimendutik sortzen da, eta horrek korronte elektrikoak sortzen ditu, eta horrela eremu magnetiko global bat sortzen du —geodinamo deitzen zaio askotan—.
Iparrorratzak funtzionatzen du bere orratza Lurraren eremu magnetikoarekin lerrokatzen den iman txiki bat delako. Polo magnetikoak eta polo geografikoak ez daudenez zehazki lerrokatuta, norabide-aldea dago, deklinazio magnetikoa izenekoa, eta hori alda daiteke Lurreko toki batetik bestera.
Lurraren eremu magnetikoak "ezkutu" gisa ere jokatzen du, Lurra eguzkitik datozen partikula kargatuetatik (eguzki-haizea) babesten lagunduz. Partikula horien eta eremu magnetikoaren arteko elkarrekintzak aurorak sor ditzake eskualde polarretan.
Eremu magnetikoen aplikazioaren adibideak eguneroko bizitzan
Eremu magnetikoen kontzeptua ez dago fisikako laborategietara mugatuta. Ia nonahi aurkitzen ditugu:
– Motor elektrikoa: eremu magnetiko batean korronte-hari batean Lorentz indarra erabiltzen du biraketa sortzeko.
– Sorgailua: indukzio elektromagnetikoa erabiltzen du mugimendutik elektrizitatea sortzeko.
– Bozgorailuak eta mikrofonoak: bozgorailuek eremu magnetiko bat erabiltzen dute diafragma mugitzeko; mikrofono dinamikoek alderantziz funtzionatzen dute.
– MRI (Erresonantzia Magnetikozko Irudia): eremu magnetiko oso indartsua erabiltzen du gorputzaren xehetasunak irudikatzeko medikuntza munduan.
– Ate-sarraila eta sentsore magnetikoak: segurtasun-sistema askok eremu magnetikoetan oinarritutako sentsoreak erabiltzen dituzte (adibidez, kanabera-etengailuak).
– Datuen biltegiratzea: magnetismoa erabiltzen da informazioa biltegiratze-euskarri batzuetan orientazio magnetiko moduan gordetzeko.
Ondorioa
Eremu magnetikoa kontzeptu gakoa da indar magnetikoek imanen eta korronte elektrikoen inguruan nola eragiten duten ulertzeko. Eremu-lerroen bidez bistaratuz eta indukzio magnetikoa (B), fluxu magnetikoa (Φ) eta Lorentz indarra bezalako kantitateak aztertuz, fenomeno natural eta teknologia moderno ugari azal ditzakegu. Iparrorratz soil batetik hasi eta MRI makina konplexu bateraino, eremu magnetikoa ulertzeak elektrizitatearen, magnetismoaren eta mugimenduaren arteko oinarrizko lotura ikusten laguntzen digu.
Nahi baduzu, ilustrazio sinpleak, azalpenekin galdera-laginak edo artikuluaren bertsio ezagunagoa gehi ditzaket erdi/batxilergoko irakurleentzat.
