Zergatik kargak konduktore baten zaharrontasun eremuan biribilatzen dira?

Kargu konduktoreko zati agudinetan karguen akumulazio fenomenoa elektroestatikaren oinarrizko printzipio askok azal daiteke. Hemen dago azpimarratzeko aipamen bat:

1. Elektrizitate-eremuaren indarrekiko eta kurbatze erradioaren arteko erlazioa

Konduktore baten gainean, elektrizitate-eremuko lerroak perpendikularra izan behar duen gainazalei. Honek esan nahi du konduktorearen gaineko puntu edozean, elektrizitate-eremuaren indarra 

E kurbatze erradioarekin alderantzizko proportzionala dela 

R. Matematikoki, hau adieraz daiteke:

E∝ 1/R

Zati agudinetan, kurbatze erradioa 

R txikiagoa da, beraz, elektrizitate-eremuaren indarra 

E handia da. Aldiz, zati lapurrak edo lisoenetan, kurbatze erradioa 

R handia da, eta elektrizitate-eremuaren indarra E txikiagoa.

2. Kargu-dentsitatearen eta elektrizitate-eremuaren indarrekiko erlazioa

Gauss-en legearen arabera, konduktore baten gaineko kargu-dentsitatea σ elektrizitate-eremuaren indarrekiko zuzenean proportzionala da 

E:σ∝E

Elektrizitate-eremuaren indarra handiagoa den zati agudinetan, kargu-dentsitatea ere handiagoa da. Honek esan nahi du gehiago karguak akumulatzen direla zati agudinetan.

3. Potentzial-energiaren minimizazioa

Konduktore baten barruan elektrizitate-eremua zeroa da, beraz, konduktorearen gaineko potentziala uniformea da. Egoera hau lortzeko, karguak konduktorearen gainean berridatzi egiten dira sistema osoko potentzial-energiaren minimizazioa lortzeko. Zati agudinetan, karguak kontzentrazioa egin dezakete elektrizitate-eremu handiak beste karguak desplazatuz, sistemaren potentzial-energiari murriztapen bat emanez.

4. Elektrizitate-eremu-lerroen banaketa

Konduktore baten gainean, elektrizitate-eremu-lerroak perpendikularra izan behar dute gainazalei. Zati agudinetan, kurbatze erradioa txikiagoa denean, elektrizitate-eremu-lerroak kontzentrazio handiagoa dituzte, hura gehiago karguak akumulatzen ditu. Aldiz, zati lapurrak edo lisoenetan, elektrizitate-eremu-lerroak zabalago daude, horixe kargu-dentsitate txikiagoa emanez.

5. Adibide praktikoa: Corona-iskurra

Corona-iskurra karguak zati agudinetan akumulatzen diren adibide tipikoa da. Konduktore baten zati agudian kargu gutxi gorabehera akumulatzen badira, elektrizitate-eremuaren indarra oso handia bihurtzen da, inguruaren aire molekulak ionizatzeko nahikoa, corona-iskurreta edo iskurra sortuz. Fenomeno hau korronte intensoaren lerroetan, langilegaien goitik eta antolamendu baliabide gehiago ditu.

Laburpena

Konduktore baten zati agudinetan karguak akumulatzen diren arrazoia hauek dira:

• Elektrizitate-eremuaren indarrekiko kurbatze erradioaren alderantzizko proportzionaltasuna: Zati agudinetan, kurbatze erradioa txikiagoa da, eta elektrizitate-eremuaren indarra handia.

• Kargu-dentsitatea elektrizitate-eremuaren indarrekiko zuzenean proportzionala da: Elektrizitate-eremuaren indarra handiagoa duten zatiak kargu-dentsitate altua dituzte.

• Potentzial-energiaren minimizazioa: Karguak zati agudinetan kontzentrazioa egin dezakete sistema osoko potentzial-energiari murriztapen bat emanez.

• Elektrizitate-eremu-lerroen banaketa: Zati agudinetan, elektrizitate-eremu-lerroak kontzentrazio handiagoa dute, horixe karguak akumulatzen dituzte.

• Prinzipio hauek elkarrekin lanean jarriak dira karguak konduktore baten zati agudinetan akumulatzeko, ikusten dugun fenomeno hori sortzeko.