Elektromagnetismoa
fisikaren
adar bat da, eta fenomeno
elektriko
eta
magnetikoak
lotzen ditu teoria bakar batean. Oinarriak
Michael Faraday
-k aurkeztu zituen, eta
James Clerk Maxwell
-ek formulatu zituen osorik lehen aldiz.
Maxwell-en ekuazio
deritzenak lau ekuazio diferentzial bektorialetan oinarritzen dira, eta eremu elektrikoa, eremu magnetikoa eta haien material-iturriak erlazionatzen dituzte.
Elektromagnetismoa
eremuen teoria
da; hau da, azalpenak eta aurreikuspenak
espazioko posizio
eta
denboraren
mendeko
magnitude fisiko
bektorial
etan edo
tenkatzaileetan
oinarritzen ditu. Elektromagnetismoak fenomeno makroskopiko fisikoak deskribatzen ditu, zeinetan mugimenduan edo pausagunean dauden karga elektrikoek parte hartzen baitute. Deskribapen horiek egin ahal izateko,
eremu magnetikoa
,
elektrikoa
eta horiek substantzia solido, likido eta gaseosoetan izaten dituzten eraginak erabiltzen dira. Teoria makroskopiko bat izanik ere (alegia, partikula-kopuru handietara bakarrik aplikagarria, eta partikula horien arteko distantzia handia denean bakarrik), elektromagnetismoak ez ditu fenomeno atomiko eta molekularrak deskribatzen. Horretarako,
mekanika kuantikoa
erabili beharra dago.
Gaur egun, aintzat hartzen da ezagutzen dugun unibertsoaren oinarrizko lau
indarretako
bat dela elektromagnetismoa.
Antzinako Greziatik
ziren ezagunak fenomeno magnetiko eta elektrikoak, baina XVII mendean hasi ziren fenomeno hauei buruzko esperimentuak burutzen eta ondorio zientifikoetara iristen.
[1]
Bi mende hauen zehar,
XVII
eta
XVIII
, hainbat zientzialarik
William Gilbert
,
Otto von Guericke
,
Stephen Gray
,
Benjamin Franklin
,
Alessandro Volta
beste batzuen artean, bi fenomeno hauek bere aldetik aztertuz, ondorio koherentetara iritsi ziren euren esperimentuetan.
XIX mende
hasieran
Hans Christian Ørsted
-ek fenomeno magnetiko eta elektrikoak erlazionatuak zeuden ebidentzia enpirikoa aurkitu zuen.
Andre-Marie Ampere
,
William Sturgeon
,
Joseph Henry
,
Georg Simon Ohm
,
Michael Faraday
fisikarien lanak
James Clerk Maxwell-ek
1861
urtean erlazionatu zituen hainbat ekuazioen bidez eta bi fenomenoak bakar batean definitu zituen, fenomeno elektromagnetikoa.
[1]
Gaur egun
Maxwell-en ekuazio
izenez ezagun direnak frogatu zuten eremu elektriko eta eremu magnetikoa, eremu bakar bat osatzen dutela eremu elektromagnetikoa. Honez gain argiaren uhin-izaera deskribatu eta
uhin elektromagnetiko
moduan adierazi zuen.
[2]
Lehenago bananduak zeuden bi fenomeno hauek teoria sendo bakar batekin deskribatuz, fisikoek hainbat saiakuntza eta asmaketa baliagarri egin eta sortu ahal izan zituzten. Bonbilla elektrikoa
Thomas Alva Edisonek
edo korronte alternoaren sorgailua
Nikola Teslak
.
[3]
Maxwellen teoriak eta bere ondorioen interpretazio koherenteek,
Albert Einstein
erlatibitate teoria
formulatzera bultzatu zuten, hau lortzeko,
Hendrik Antoon Lorentz
eta
Henri Poincare-ren
hainbat emaitzetan oinarritu zen.
XX mendeko lehen zatian, mekanika kuantikoaren etorrerarekin, elektromagnetismoak bere formulatzea hobetu beharra zuen, teoria berriarekin koherentea izateko. Hau 1940-ko hamarkadan lortu zen teoria kuantiko elektromagnetikoa burutu zenean zeina
elektrodinamika-kuantikoa
bezala den ezaguna.
Elektrostatikari
buruz jarduten garenean
materiaren
propietate intrintseko eta diskretuengatik gertatu ohi diren fenomenoei buruz ari gara, hau da
karga
, egonkor ala denborarekiko menpekoa ez denean. Oinarrizko karga unitatea, hau da, behagarri den txikiena,
elektroiak
[4]
duen karga da. Gorputz bat elektrikoki kargatua dagoela esan ohi da osatzen dituzten
atomoetan
elektroiak soberan ala faltan dituenean. Definizioz, elektroi falta karga positibo izendatu ohi da eta elektroiak soberan daudenean, karga negatibo izendatzen da.
[5]
Bi kargen arteko erlazioa erakarpenekoa da biak karga ezberdinekoak direnean eta aldarapenekoa karga berdinak direnean.
Oinarrizko karga oso unitate txikia da kalkulu praktikoetarako.
Nazioarteko sisteman
karga unitate elektrikoa,
Coulomb
-a,
Ampere
unitate
intentsitateko korronte elektrikoak
segundo batean daraman karga kantitate da. Karga unitate elektrikoa 6,25 x 10
18
elektroien baliokide da.
[4]
Eroale batengan doazen elektroien mugimendua
korronte elektriko
gisa izendatzen da. Denbora unitateko doan karga elektriko kopurua
korronte intentsitatea
da. Kontzeptu gehiago sar daitezke potentzial diferentzia edo erresistentzia esaterako, honek zirkuitu elektrikoen teoriara eramango gintuelarik.
Karga unitatearen izena
Coulomb
-i zor zaio zeinak
1785
urtean indar elektriko eta karga puntualen arteko erlazio matematiko bat aurkitu zuen. Gaur egun
Coulomb-en lege
gisa da ezaguna.
Bi karga puntualen artean, q1 eta q2, erakarpen ala aldarapen indar bat existitzen da zeina distantziaren karratuarekiko euren artean eta norabide erradialean aldatzen den eta
permisibitate
elektriko izenez ezagun den konstante bat da.
Oinarrizko kargak bakarrik ez daudelako kontsideratu behar da euren
banaketa
modura. Horregatik ezarri behar da
eremuaren
kontzeptua, espazioaren eskualde bat magnitude
eskalar
edo
bektoriala
denborarekiko
menpeko ala ez dagoen definitua. Indar elektrikoek eragiten duten eskualdea da
eremu elektrikoa
. Karga banaketan karga positiboak zerorako joera duenean,
intentsitate
indarrak dira limitera doazenak.
Eremu elektrikoaren kontzeptu honen irismena ondo ezagutu ezkero, intentsitatea ezagutzeko aukera izango da. Eremuaren edozein zonaldetan dagoen kargari zerk eragiten dion jakin gabe.
[6]
Puntu batetik edo eremu elektrikoko azalera batetik doan indar elektrikoaren kantitatea ezagutzeko modu bat, fluxu elektrikoaren kontzeptua erabiltzea da. Fluxu elektriko hau azalera jakin bat zeharkatzen duen eremu kantitatearen batukaria da.
Carl Friedrich Gauss
matematiko eta fisikoak frogatu zuen eremu bateko fluxu elektrikoaren kantitatea azalera itxiko karga kantitatearen eta permisibitate elektrikoaren proportzionala dela. Erlazio hau
Gauss-en legea
da.
1820
urtean,
Hans Christian Ørsted
-ek begiztatu zuen fenomeno magnetikoa eta elektrikoaren arteko lotura eta magnetismorako teoria zientifikoa sortu zuen.
Korronte elektriko
baten presentziak, hau da,
potentzial diferentzial
baten ondorioaren fluxu elektrikoak, denborarekiko konstantea den
indar magnetiko
bat sortzen du.
[7]
Abiadura
jakina duen “q” karga badugu,
eremu magnetiko
batean indar magnetikoa agertuko da. Karga honen mugimendu honek induzitua.
Eredu magnetiko horren balioa zehazteko,
Jean Baptiste Biot-ek
1820an
[8]
pausagunean dauden korronteen erlazioa ondorioztatu zuen, gaur egun
Biot-Savarten legea
izenez ezagun dena.
Iragazkortasun magnetiko
gisa ezaguna den proportzionaltasun koefizientea,
korronte intentsitatea
da, hau da korrontea doan luzera diferentzia eta
indukzio magnetikoa
balioztatzen den puntua, elementuaren luzeraren distantzia da. Beste hitz batzuetan esanda, indukzio magnetikoa
fluxu magnetikoa
azalera unitateekiko da. Esperimentalki eremu magnetikoaren indarren lerroak itxiak ziren ondoriora iritsi zen, polobakar magnetiko baten aukera baztertuz. Erlazio matematikoa,
eremu magnetikorako Gauss-en legea
da.
Gainera magnetika estatikoan elektrostatikan Gauss-en legearen konparagarri den lege bat ezagutzen da,
Ampereren legea
. Lege honek esaten digu, eremu magnetiko baten zirkulazioa eta
eremu itxi
bateko korronte dentsitatea bera dela.
Aipagarria da Gauss-en lege hau, Biot-Savart-en orokortzea dela. Gainera hemen adierazitako adierazpen matematikoek
hutsean
dauden kargetarako balio dute soilik.