Elektrizitate

Argindarra, elektrika edo elektrizitatea (latinezko ēlectricus hitzetik, "anbarraren antzekoa") karga elektrikoaren fluxuak sortzen dituen fenomeno fisikoen multzoari deritzo. Multzo horretan, oso ezagunak diren fenomenoak daude, adibidez, argia edo elektrizitate estatikoa, baina baita ezezagunagoak diren beste batzuk ere, esaterako, eremu elektromagnetikoak edo indukzio elektromagnetikoa. Magnetismoarekin batera, elektrizitateak elektromagnetismoa osatzen du.

Tximista

Korronte elektrikoa ulertzeko bideoa.

---

Bideo hau Jakindun elkarteak egin du. Gehiago dituzu eskuragarri euren gunean. Bideoak dituzten artikulu guztiak ikus ditzakezu hemen.

Kaleko erabileran, argindar edo elektrizitate hitza egokia da naturan gertatzen diren hainbat efektu fisikori deitzeko. Erabilera zientifikoan, ordea, terminoa lausoagoa da, eta elkarri lotuta dauden baina ezberdinak diren zenbait kontzeptu izendatzeko termino zehatzagoak erabiltzen dira:

• Karga elektrikoa: Zenbait partikula subatomikoren ezaugarri bat, haien arteko elkarrekintza elektromagnetikoak eragiten dituena. Karga elektrikoa duen materiak eremu elektromagnetikoak sortzen ditu, eta eremuon eragina jasaten du.
• Korronte elektrikoa: Elektrikoki kargatutako partikulen mugimendua edo fluxua, gehienetan anperetan neurtzen dena.
• Eremu elektrikoa: Karga elektriko batek hurbileko beste karga batzuetan duen eragina.
• Potentzial elektrikoa: Eremu elektriko batek karga elektriko batean lan egiteko duen gaitasuna, gehienetan voltetan neurtzen dena.
• Elektromagnetismoa: Eremu magnetikoen eta karga elektriko baten presentziaren eta mugimenduaren artean gertatzen den funtsezko elkarrekintza.

Fenomeno elektrikoak antzinarotik aztertu izan dira, nahiz eta arlo honetako aurrerapen zientifikoak ez ziren egin XVII. eta XVIII. mendera arte. Hala ere, elektrizitatearen aplikazio praktikoak gutxi izan ziren, eta,XIX. mendearen bukaera arte, ez zen erabilera industrialetan eta etxebizitzetan erabiltzen hasi. Teknologia elektrikoaren hedapen azkarrak industria eta gizartea eraldatu zituen. Elektrizitateak energia iturri gisa dituen erabilera anitzei esker, ia mugagabeak diren aplikazioak ditu garraioan, berotzean, argiztatzean, garraiobideetan, konputazioan, etab.

Argindar ekoizpena

Korronte elektrikoa sortzeko, karga desberdinak (potentzia edo tentsio elektriko desberdinak) egon behar dute puntu biren artean. Desberdintasun hori lortzeko, ondoko prozedurak erabil daitezke:

• Eraldatze kimikoa: Metal desberdin bi edo metal bat eta ikatza disoluzio egokian sartzean, potentzial diferentzia sortzen da metal bien artean. Pilak horrexetan oinarritzen dira.
• Indukzioa: Eroale elektriko bat mugitzen bada eremu magnetiko baten barrutik, potentzial desberdintasuna agertzen da eremu horren muturretan. Industrietako sorgailu elektrikoak ezaugarri elektromagnetiko horrexetan oinarritzen dira.
• Berotzea: Metal desberdin biren arteko soldadura berotzen denean, tentsio elektrikoa sortzen da. Tentsio hori oso txikia izaten da, eta, beraz, tenperatura ertainean aplikatzen da.
• Argiaren eragina: Argiaren fotoiek material erdieroale batzuetan jotzen duenean, korronte jario bat sortzen da. Zelula fotovoltaikoek energia hori aprobetxatzen dute.
• Marruskadura: Gauza bi bata bestearen kontra igurzten direnean, desberdintasun potentziala sor daiteke euren artean. Adibidez, automobil baten elektrizitate estatikoa aireak karrozeria marruskatzearen ondorioz sortzen da.

Elektrizitatearen historia

Elektrizitatearen fenomenoa betidanik ezagutu da, baina bere ikerkuntza zientifikoa XVII. eta XVIII. mendean hasi zen. XIX. mendearen amaieran, ingeniariek etxe-erabilerarako aprobetxatzea lortu zuten. Bere hedapen azkarrak gizarte industrialaren oinarri bihurtu zuen. ​

​Elektrizitateari buruzko ezaguerak egon baino lehen, gizakia arrainek sortzen zuten deskarga elektrikoen jakitun zen. Egipto Zaharrean, K.a. 2750an, erreferentzia egiten zaie beste arrainen babesle moduan. Geroago, erromatarrek, grekoek, arabiarrek, naturistek eta fisikoek ere aipatuko dute. Gainera, deskargak material eroaleetatik igor zitezkeela bazekiten. Gaixoen zenbait gaixotasunei aurre egiteko erabiltzen ziren deskarga horiek, esate baterako, buruko minari. Tximistak eta elektrizitateak duten erlazioari buruzko lehenengo hurbilketa arabiarrek egin zuten XV. mendea baino lehen; tximista (raad) hitza tximista elektrikoari aplikatu zioten.

​Mediterraneoko kultura zaharretan, zenbait objektu azalarekin edo artilearekin igurztean beste objektu batzuk erakar zitezkeela jakina zen. Miletoko Talesek elektrizitate estatikoari buruzko behaketa egin zuen. Hark ondorioztatu zuen igurzketak magnetismoz hornitzen zuela anbar moduko materialak eta alderantziz gertatzen zela magnesita moduko materialekin, igurzketa ez baitzen beharrezkoa. Talesek huts egin zuen eremu magnetikoak erakartasuna produzitzen zuela pentsatzean, nahiz eta beranduago zientziak ondorioztatu elektrizitatearen eta magnetismoaren arteko erlazioa.

​XVII. mendean, William Gilbertek elektrizitatearen eta magnetismoaren ikerketa sakon bat egin zuen. Magnesita zatiek eragindako efektua eta anbar materialak eragindako elektrizitate estatikoa ezberdindu zituen. Gainera, electricus hitza erabili zuen igurtzean lortzen zen fenomeno hori zehazteko. Geroago, 1646. urtean, Thomas Browne-k, Pseudoxia Epidemica argiltalpenean, elektro eta elektrizitate hitzak erabili zituen.

​XVIII. mendean, hurbilketa berriak eman ziren fenomeno honetan, Henry Cavendish,​​ du Fay,​ van Musschenbroek​ eta Watson ikertzaileenak, batik bat. Horien ikerketen fruituak Galvani, Volta, Coulomb eta Benjamin Franklinek batuko zituzten, eta, XIX. mendean, Ampere, Faraday eta Ohm-ek. Elektrizitatea eta magnetismoa batuko zituen ikerketa zientifikoa Maxwellen ekuazioen formulazioekin gertatuko zen 1865an.​

Lehenengo Industria Iraultzan gertatu ziren aurrerapen teknologikoek ez zuten energia elektrikoa erabili. Bere lehen aplikazio praktikoa Samuel Morsen telegrafo elektrikoa izan zen (1833); horrek telekomunikazioak aldatu zituen. XIX. mendearen amaieran, elektrizitate sorkuntza industriala hasi zen, etxeetako eta kaleetako argiztapena hedatu zenean. Elektrizitatearen hainbat aplikazio bigarren iraultza industrialean indar nagusietakoa izatea eragin zuen. Asmatzaile askoren garaia izan zen hau, esate baterako, Zénobe Gramme,​ George Westinghouse,​ Ernst Werner von Siemens​ edo Alexander Graham Bell. Horien artean, Nikola Tesla eta Thomas Alva Edison izan ziren garrantzitsuenak, ikerkuntza eta merkatua ulertzearen kontzeptua aldatu eta ikerkuntza aktibitate industrial bihurtu baitzuten.

Kontzeptuak

Sakontzeko, irakurri: «Karga elektriko»

Ikus, gainera: «Elektroi», «Protoi» eta «Ioi»

Urre-hostoko elektroskopio baten kargak hostoak elkarrengandik nabarmen bereizten ditu.

Karga egoteak indar elektrostatiko bat sortzen du: kargek elkarri indarra eragiten diote, antzinatean ezagutzen zen efektua baina ulertzen ez zena: ⁴⁵⁷. hari fin batek esekitako bola arin bat ukituz kargatu daiteke zapi batekin igurtziz kargatutako beirazko hagaxka batekin. Antzeko bola bat kristalezko hagaxka berberarekin kargatzen badugu, lehenengoa egozten duela ikusiko dugu: kargak bi bolak alderatzen ditu. Anbarezko hagaxka batekin igurtzitako bi bola ere elkar alderatzen dute. Hala ere, bola bat kristalezko hagaxka batek kargatzen badu eta bestea anbarezko hagaxka batek bi bolak elkar erakartzen dutela ikusiko dugu. Fenomeno horiek XVIII. mendearen amaieran ikertu zituen Charles-Augustin de Coulombek, hark ondorioztatu baitzuen karga kontrajarritako bi formatan agertzen dela. Aurkikuntza horrek axioma ezaguna ekarri zuen: antzeko karga duten objektuak alderatu eta kontrako karga dutenak erakartzen ditu.

Indarrak partikula kargatuen gainean eragiten du, eta, horregatik, kargak azalera eroale baten gainean ahalik eta modu orekatuenean hedatzeko joera du. Indar elektromagnetikoaren magnitudea erakargarria edo alderagarria izan, Coulomben legeak ematen du, zeinak indarra kargen emaitzarekin erlazionatzen baitu eta haien arteko distantziarekin alderantzizko erlazio karratua duen³⁵. Indar elektromagnetikoa oso indartsua da; elkarrekintza indartsuak gainditzen du soilik, baina, indar hark ez bezala, distantzia guztietan eragiten du. Grabitate-indar askoz ahulagoaren aldean, bi elektroi banantzen dituen indar elektromagnetikoa 10⁴² aldiz handiagoa da batzen dituen grabitate-indarra baino.

Karga, izan ere, partikula subatomiko mota batzuetan sortzen da, eta horien eramaile ezagunenak elektroia eta protoia dira. Karga elektrikoak indar elektromagnetikoarekin elkarreragiten du naturaren oinarrizko lau indarretako batekin. Esperimentuak karga kantitate kontserbatu bat dela erakutsi du, hau da, karga garbia sistema elektrikoki isolatu baten barruan beti mantenduko da sistema horren barruan gertatzen diren aldaketak kontuan hartu gabe. Sistemaren barruan, karga gorpuen artean transferitu daiteke kontaktu zuzenaren bidez edo material eroale batetik pasatuz, hala nola alanbre batetik^2-5. Elektrizitate estatiko termino informalak gorputz baten gaineko karga sareari (edo desoreka) egiten dio erreferentzia, normalean, antzeko materialak elkarrekin igurzten direnean sortzen dena karga batetik bestera eramanez.

Elektroi eta protoien karga, zeinuz, aurkakoa da, eta, horregatik, karga kopuru bat negatiboa edo positiboa dela adieraz daiteke. Konbentzio bidez elektroiek egindako karga negatibotzat hartzen da, eta protoien bidez egindakoa positibotzat, Benjamin Franklinen lanarekin sortutako ohiturari jarraituz. Karga kopuruari Q ikurra eman ohi zaio, eta Coulombetan adierazten da; elektroi bakoitzak karga bera darama, gutxi gorabehera. -1,6022 × 10⁻¹⁹  coulomb. Protoiak berdina eta kontrakoa den karga du, eta, horrela, +1,6022 × 10⁻¹⁹  coulomb du. Kargak, izan ere, materiak ez ezik antimateriak ere badu, eta antipartikula bakoitzak dagokion partikularen karga bera eta kontrakoa darama.

Karga hainbat bitartekoren bidez neur daiteke, hasierako instrumentu bat urrezko hosto elektroskopioa delarik, eta, oraindik ikasgelako frogetarako erabiltzen den arren, elektrometro elektronikoak ordezkatu du^2-5.

Korronte elektrikoa

Sakontzeko, irakurri: «Korronte elektriko»

Karga elektrikoaren mugimendua korronte elektriko izenarekin ezagutzen da, horren intentsitatea anpereetan neurtu ohi delarik. Korrontea kargatutako edozein partikula mugikorrez osa daiteke; gehienetan, elektroiak dira, baina mugimenduan dagoen edozein kargak korrontea osatzen du. Korronte elektrikoa gauza batzuetatik pasa daiteke, eroale elektrikoak, baina ez da isolatzaile elektriko batetik jariatuko.

Konbentzio historikoaren arabera, korronte positibo batek daukan edozein karga positiboren fluxu-norabide bera duela edo zirkuitu baten zati positiboenetik zati negatiboenera pasatzen dela definitzen da. Horrela definitutako korrontea korronte konbentzionala da. Zirkuitu elektriko baten inguruan negatiboki kargatutako elektroien higidura (korronte forma ezagunenetako bat) positibotzat jotzen da elektroien kontrako norabidean. Hala ere, baldintzen arabera, korronte elektrikoa partikula kargatuen fluxua izan daiteke edozein noranzkoetan, edo, aldi berean, baita bi noranzkoetan ere. Positibotik negatiborako konbentzioa oso erabilia da egoera hori errazteko.

Arku elektriko batek korronte elektrikoaren froga energetikoa eskaintzen du.

Korronte elektrikoa material bat zeharkatzen duen prozesuari, eroapen elektrikoa deitzen zaio, eta bere izaera aldatu egiten da kargatutako partikulen eta haiek bidaiatzen duten materialaren arabera. Korronte elektrikoen adibideak honako hauek dira: eroankortasun metalikoa, non elektroiak eroale batetik igarotzen diren, hala nola metala, eta elektrolisia, non ioiak (atomo kargatuak) likido edo plasmetatik igarotzen diren, adibidez, tximista elektrikoak. Partikulak nahiko astiro mugi badaitezke ere (batzuetan segundoko milimetro bateko zatikiak baino ez diren batez besteko abiaduraz), horiek gidatzen dituen eremu elektrikoa argiaren abiaduratik hurbil hedatzen da seinale elektrikoak alanbreetan azkar igarotzea ahalbidetuz.

Korronteak hainbat efektu behagarri eragiten ditu, historikoki haren presentzia ezagutzeko bitartekoak izan zirenak. Pila voltaiko baten korrontearen bidez ura deskonposatu zitekeela, Nicholsonek eta Carlislek aurkitu zuten 1800ean, gaur egun elektrolisi izenez ezagutzen den prozesua. Haien lana Michael Faraday-k asko zabaldu zuen 1833an. Erresistentzia baten bidezko korronteak beroketa lokalizatua eragiten du, James Prescott Joulek, 1840an, matematikoki aztertu zuen efektua. Korrontearekin lotutako aurkikuntza garrantzitsuenetako bat Hans Christian Ørsted-ek egin zuen 1820an, ustekabean, hitzaldi bat prestatzen ari zela iparrorratz magnetiko baten orratza asaldatzen zuen hari batean korrontea ikusi zuenean. Elektromagnetismoa aurkitu zuen, elektrizitatearen eta magnetismoaren arteko oinarrizko elkarrekintza. Arku elektrikoek sortzen dituzten isuri elektromagnetikoen maila nahikoa altua da interferentzia elektromagnetikoa sortzeko, eta hori kaltegarria izan daiteke ondoko ekipoen funtzionamendurako.

Ingeniaritzan edo etxeko aplikazioetan, korrontea korronte zuzena (DC) edo korronte alternoa (AC) izenez deskribatu ohi da. Termino horiek korrontea, denboran, nola aldatzen den adierazten dute. Korronte zuzena, adibidez, bateria batetik sortutakoa da, eta, gailu elektroniko gehienek eskatzen duten moduan, zirkuitu baten zati positibotik negatibora noranzko bakarreko fluxua du. Bada, ohikoena den bezala, fluxu hori elektroiek badaramate, kontrako noranzkoan ibiliko dira. Korronte alternoa norabidea behin eta berriz iraultzen duen edozein korrontea da; honek, ia beti, uhin sinusoidal baten forma hartzen du. Korronte alternoak, beraz, aurrera eta atzera pultsatzen ditu eroale baten barruan, karga, denboran zehar, distantzia garbirik mugitu gabe. Korronte alterno baten denboraren batez besteko balioa nulua da, baina, lehen, norabide batean ematen du energia, eta, gero, alderantzizkoan. Korronte alternoan, egoera iraunkorreko korronte zuzenaren azpian ikusten ez diren propietate elektrikoek eragiten dute, hala nola induktantzia eta kapazitatea . Propietate horiek, ordea, garrantzitsuak izan daitezke zirkuituak iragankorrera lotuta daudenean, adibidez, energia lehenengoz ematen zaienean.

Eremu elektrikoa

Sakontzeko, irakurri: «Eremu elektriko»

Ikus, gainera: «Elektrostatika»

Eremu elektrikoaren kontzeptua Michael Faraday-k aurkeztu zuen. Eremu elektrikoa gorputz kargatu batek sortzen du inguratzen duen espazioan, eta eremuaren barruan kokatutako beste edozein kargari eragiten dion indarra eragiten du. Eremu elektrikoak bi kargaren artean jokatzen du eremu grabitatorioak bi masen artean jokatzen duen moduaren antzera, eta, hura bezala, infinitura hedatzen da, eta distantziarekiko alderantzizko erlazio karratua erakusten du. Hala ere, alde garrantzitsu bat dago. Grabitateak erakarpenean jarduten du beti bi masa elkartzen; eremu elektrikoak, berriz, erakarpena edo aldarapena eragin dezake. Gorputz handiek, hala nola planetak, oro har karga garbirik ez dutenez, distantziara dagoen eremu elektrikoa nulua izan ohi da. Beraz, grabitatea da unibertsoan, distantzian, dagoen indar nagusia, askoz ahulagoa izan arren.

Eroale plano baten gaineko karga positibo batetik irteten diren eremu-lerroak

Eremu elektriko bat, oro har, espazioan aldatzen da , eta puntu batean duen indarra puntu horretan jarriz gero, karga geldo eta kaskar batek sentituko lukeen indarra (karga unitateko) gisa definitzen da. Karga kontzeptualak, proba-karga deiturikoa, oso txikia izan behar du bere eremu elektrikoak eremu nagusia ez asaldatzeko, eta geldi egon behar du eremu magnetikoen eragina saihesteko. Eremu elektrikoa indarren arabera definitzen denez, indarra bektore bat denez eta magnitudea eta norabidea dituenez, eremu elektrikoa eremu bektoriala dela ondorioztatzen da.

Karga geldoek sortutako eremu elektrikoen azterketari, elektrostatika deritzo. Eremua irudimenezko lerro multzo baten bidez ikus daiteke, zeinen norabidea edozein puntutan eremuaren berdina den. Kontzeptu hori Faraday-k sartu zuen, zeinaren indar-lerroak terminoa oraindik ere erabiltzen den batzuetan. Eremu-lerroak dira karga positibo puntual batek eremu barruan mugitzera behartuta egonez gero egin nahi dituen bideak; hala ere, existentzia fisikorik gabeko irudimenezko kontzeptua da, eta eremuak lerroen arteko tarte guztia barneratzen du. Karga geldoetatik irteten diren eremu-lerroek funtsezko propietate batzuk dituzte: lehenik, karga positiboetan sortzen direla eta karga negatiboetan amaitzen direla; bigarrena, edozein eroale onetan angelu zuzenean sartu behar dutela, eta, hirugarrenik, inoiz ez direla gurutzatu edo bere baitan itxi behar.

Gorputz eroale huts batek bere karga guztia bere kanpoko gainazalean darama. Eremua, beraz, zero da gorputzaren barruko leku guztietan. Hori da Faradayren kaiolaren funtzionamendu-printzipioa, bere barnealdea kanpoko efektu elektrikoetatik isolatzen duen metalezko oskol eroalea.

Elektrostatikaren printzipioak garrantzitsuak dira tentsio handiko ekipoen elementuak diseinatzerakoan. Edozein euskarrik jasan dezaketen eremu elektrikoaren indarraren muga mugatua dago. Puntu horretatik haratago, matxura elektrikoa gertatzen da, eta arku elektriko batek deskargak eragiten ditu kargatutako piezen artean. Aireak, adibidez, arku txikietan zehar, espazioak sortzen ditu eremu elektrikoaren indarretan zentimetroko 30 kV gainditzen dituenean. Hutsune handienetan, bere matxura-indarra ahulagoa da, agian, 1 kV zentimetroko.  Horren agerpen natural ikusgarriena tximista da, aire-zutabe igoeraren ondorioz karga hodeietan bereizten denean eta eremu elektrikoa altxatzen denean sortzen dena airean jasan dezakeena baino handiagoa. Tximista-hodei handi baten tentsioa 100 MV-koa izan daiteke, eta 250 kWh-ko deskarga-energiak izan ditzake.

Eremuaren indarrean, eragin handia dute inguruko objektu eroaleek, eta bereziki bizia da objektu zorrotzen inguruan kurbatzera behartzen denean. Printzipio hori tximistorratzean ustiatzen da, zeinaren erpin zorrotzak tximistak bertan garatzeko bultzatzen baitu, babesten duen eraikinean baino.

Elektrizitatearen propietateak

Jatorri mikroskopikoa

Material batean transmititzen den korronte elektrikoa atomoen konposizioaren eta interakzioen funtziopean dago. Atomoak hiru partikula desberdinez osaturik daude: protoiak, positiboki kargatutako partikulak; elektroiak, negatiboki kargatutako partikulak; eta neutroiak, karga neutroa dituzten partikulak. Eroale, erdieroale, eta isolatzaileetako elektrizitate-hedapena kanpoko orbitaleko elektroien (karga eramaileen) ondorio da, nukleo atomikoetako barneko neutroiak eta protoiak ezin baitira erraz desplazatu.

Metalak material eroaleen artean multzo nagusia dira. Ikuspuntu erdiklasikotik, material hauen eroankortasuna balentzia-geruzan elektroi bakar bat izateagatik agertzen da. Horrela, balentzia geruzako elektroi hauek erraz mugi daitezke materialaren atomo sarean, eta karga-fluxua izango dugu materialean, korronte elektrikoa deritzona.

Eremu elektrikoen mende dauden material guztietan, karga negatiboen eta positiboen banaketa espazialak aldatu egiten dira. Fenomeno horri polarizazio elektriko deritzo, eta isolatzaile elektrikoen ezaugarri nagusia da. Isolatzaileetan, hortaz, karga elektrikoak ezin izango dira mugitu, eta korronte elektrikoaren magnitudea asko murriztuko da.

Eroankortasuna eta erresistibitatea

Eroankortasun eta erresistibitate elektrikoa materialen propietateak dira; material bati eremu elektriko bat ezartzen zaionean kargak mugitzeko erraztasuna edo zailtasuna kuantifikatzen dute. Erresistibitatea eroankortasunaren alderantzizko magnitude bat da. Elektroiek mugitzeko aurkitzen duten zailtasun-maila adierazten du, eta material bat korronte elektrikoa eroateko ona edo txarra den adierazten digu. Erresistibitate-balio altu batek materiala eroale txarra dela adierazten du, eta balio baxuak, berriz, eroale ona dela. Orokorrean, metalen erresistibitatea tenperaturarekin batera handitzen da, eta, material erdieroaleetan, berriz, jaitsi egiten da tenperatura igotzean.

Materialak eroankortasun elektrikoaren edo erresistibitatearen arabera, honela sailka daitezke: eroaleak, dielektrikoak eta erdieroaleak.

• Eroale elektrikoak. Material hauek kargatutako gorputz batekin kontaktuan jartzean, elektrizitatea eroalearen gainazal osotik transmititzen da. Eroale elektriko onenak metalak eta haien aleazioak dira. Badira ere metalikoak ez diren beste material batzuk elektrizitatea eroateko gaitasuna dutenak, hala nola grafitoa, gatz-disoluzioak (adibidez, itsasoko ura) eta plasma-egoeran dagoen edozein material. Energia elektrikoa garraiatzeko, bai etxean, bai industrian erabiltzen den edozein instalaziotarako, hari bateko edo gehiagoko kable itxurako kobrea erabiltzen da gehien. Bestalde, aluminioa ere erabiltzen da energia elektrikoa garraiatzeko. Material hau, kobreak baino eroankortasun elektriko txikiagoa izan arren (% 60 ingurukoa), ez da hain dentsoa; eta, goi-tentsioko sareetan, energia elektrikoa transmititzeko erabiltzea errazten du. Aplikazio berezietarako, urrea erabiltzen da eroale gisa.
• Dielektrikoak. Elektrizitatea eroaten ez duten materialak dira; beraz, isolatzaile gisa erabil daitezke. Adibide batzuk ondokoak dira: beira, zeramika, plastikoak, goma, mika, argizaria, papera, zur lehorra, portzelana, industrian eta elektronikan erabiltzeko koipeak eta bakelita. Nahiz eta dielektrikoak isolatzaile perfektuak ez izan, oso erabiliak dira zirkuitu laburrak saihesteko eta isolagailuak egiteko (banaketa elektrikoko sareetan eroaleak beren euskarrietan kontaktu elektrikorik gabe finkatzeko erabiltzen diren elementuak). Sistema elektrikoak tentsiopean daudenean nahi gabe ukituz gero, deskarga elektrikoak eragin ditzakete, baina, sistemaren zati batzuk material dielektriko batekin forratzen baditugu, erabiltzailearengandik urrun mantendu ahal izango ditugu. Airea, adibidez, isolatzailea da giro-tenperaturan eta hezetasun gutxi dagoenean, baina, frekuentzia baxuko seinale batekin eta potentzia baxu batekin, eroale bihur daiteke.

Elektrizitatea naturan

Mundu inorganikoa

Deskarga elektriko atmosferikoak

Fenomeno elektriko ohikoena mundu inorganikoan, deskarga elektriko atmosferikoak dira, tximista eta tximistargiak batik bat. Ur edo izotz partikulak airearekin kontaktuan jartzearen ondorioz, hodeietan, karga elektriko positibo eta negatiboen arteko banaketa bat gertatzen da, eta banaketa horrek eremu magnetiko bat sortzen du. Eremu elektriko horrek inguruko zurruntasun dielektrikoa gainditzen duenean, deskarga bat sortzen da hodeiaren bi zatien artean, bi hodei ezberdinen artean edo hodeiaren beheko zatiaren eta lurraren artean. Deskargak airea ionizatzen du beroketagatik, eta trantsizio elektroniko molekularrak kitzikatuko ditu. Airearen bat-bateko zabalkuntzak trumoia sortzen du; bitartean, elektroien ahultzeak bere oreka mailetara erradiazio elektromagnetikoa sortzen du, hau da, argia.

Lurreko eremu magnetikoa

Nahiz eta esperimentalki ezin den baieztatu, lurreko eremu magnetikoaren existentzia lurreko kanpoaldeko nukleo likidoan dagoen kargen zirkulazioari dagokio. Beste hipotesi batzuek jatorria magnetizazio iraunkorrean dute era geologikoan neurtuz eta poloen noranzkoaren aldaketa periodikoak kontuan hartuz, non ipar-poloa hego-poloagatik aldatzen den eta alderantziz. Horregatik, hipotesi hori baztertu egin da. Gizakien denboran neurtzen bada, poloak egonkorrak dira, eta, horri esker, iparrorratzak erabil daitezke lurrean eta itsasoan.

Lurreko eremu magnetikoak eguzkitik datozen partikulak desbideratuko ditu. Partikula horiek, magnetosferako oxigeno eta nitrogeno atomo eta molekulekin talka egiten dutenean, efektu fotoelektriko bat sortzen da, non talka-energiak atomoak kitzikatuko dituen maila oso altuetara. Maila altu horien ondorioz, energia hori argi ikuskor batean itzultzen dute kitzikatzeari uzten diotenean.

Mundu organikoa

Erabilera biologikoa

Biolektromagnetismoak materia bizidunek sortutako eremu magnetikoak ikertzen ditu (zelulak, ehunak eta organismoak). Fenomeno honen adibide izan daiteke mintz zelularrak sorturiko potentzial elektrikoa edo nerbio muskuluetan jariatzen diren korronte elektrikoak.

Organismo batzuek, marrazoak esaterako, eremu magnetikoak detektatzeko eta aldaketei erantzuteko ahalmena dute. Beste alde batetik, elektrogenikoak, defentsarako edo erasorako, deskarga elektriko handiak sortzeko gai dira. Zenbait arrainek, 2.000 V-eko tentsioak eta 1 A-eko korronteak sortzeko ahalmena dute.

Kontsumorako elektrizitatearen ekoizpena

Sorkuntza eta transmisioa

XVIII. mendean (Alessandro Voltak (1800)pila voltaikoa asmatu arte, ez zegoen elektrizitate-iturri bideragarririk. Pila voltaikoak (eta haren ondorengo modernoek, pila elektrikoak eta bateria elektrikoak) energia kimikoki biltegiratzen zuen, eta eskariaren arabera kanporatzen zuen energia elektriko moduan. Bateria, hala, erabilera askotako iturria da, aplikazio askotarako erabiltzen dena, baina energia-metaketa mugatua da, eta, deskargatu ondoren, kargatu egin behar da (edo, pilaren kasuan, ordeztu). Eskari elektriko askoz handiagoa izateko, energia etengabe sortu eta transmititu behar da transmisio-kable eroaleen bidez.

Oro har, energia elektrikoa sorgailu elektromekanikoen bidez sortzen da. Sorgailu horiek mugimendua erabiltzen dute bi punturen arteko potentzial elektrikoaren diferentziari eusteko. Hau da, energia mekanikoa elektrikoa bihurtzen dute eremu magnetiko batek eroale elektrikoetan eragitean. Eroaleen eta eremuaren artean mugimendu mekaniko erlatibo bat gertatzen bada, indar elektroeragile bat sortuko da. Sistema hori Faradayren legean oinarrituta dago. Mugimendua lortzeko, airea (energia eolikoa), ura (energia hidraulikoa), lurruna edo beste gas batzuk (energia termikoa) erabiltzen dira. Charles Algernon Parsonsek 1884an asmatutako lurrun-turbina modernoak energia elektrikoaren % 80 inguru sortzen du munduan energia-iturri ugari erabiliz.

Elektrizitatea sortzen duen beste gailu bat zelula fotovoltaikoa da; honek eguzki-erradiaziotik abiatuta sortzen du energia gailu erdieroale baten bidez.

Elektrizitate-eroaleek beti jasaten dute erresistentzia korronte elektrikoa eramatean; horregatik, karga elektrikoak garraiatzean, energia galtzen da. Tentsioa handituz gero, lineatik dabilen intentsitatea murrizten da, eta potentzia bera garraiatu ahal izango dugu. Horren ondorioz, eroaleak berotzearen efektua murrizten da; eroaleen sekzio txikiagoak erabil daitezke, eta energia gutxiago galtzen da. Horregatik, korronte elektrikoa modu eraginkorrean garraiatzeko, goi-tentsio kableak erabiltzen dira distantzia handietarako.

Beste aldetik, erabilera arruntean, tentsio txikiagoak erabili behar dira (normalean 110 V eta 240 V artekoa), eta horrek tentsio-aldaketak (transformazioak) eragiten ditu. XIX. mendearen amaieran transformadorea asmatzeak energia elektrikoa modu eraginkorragoan transmititzeko aukera eman zuen.

Energia elektriko handia ezin denez erraz biltegiratu nazio baten eskariari erantzuteko, eskatzen den kantitate bera sortzen da gehienetan. Horregatik, gaur egun, elektrizitate-eskaeraren iragarpenak eta instalazio sortzaileak etengabe koordinatuta egon behar dute.

Argindarraren aplikazioak

Elektrizitateak sor dezake:

• Argia: lanparen bonbillekin edo beste zenbait argidun objektuekin.
• Beroa: Joule efektua aprobetxatuz.
• Mugimendua: energia elektrikoa energia mekaniko bihurtzen duten motor elektrikoak.
• Seinaleak: sistema elektronikoekin, zirkuitu elektronikoez osatua konposatu aktiboak (transistoreak, diodoak eta zirkuitu integratuak) eta pasiboak (erresistoreak, induktoreak eta kondentsadoreak) osatzen du.

Aplikazio motak:

Elektrizitatea garraiatzeko kableak eta dorre bat.

• Fabriketan: Motorrak mugitzeko, beroa eta hotza lortzeko, elektrolisiaren bidez egiten diren tratamenduak burutzeko eta abar. Gaur egun, industria energia elektrikoaren kontsumitzaile handienetakoa da, baina, kogenerazioari esker, ekoizlea izan daiteke.
• Etxeetan: Etxea berotzeko (berogailuen bidez), ura berotzeko edo etxe tresnak martxan jartzeko erabiltzen da elektrizitatea. Bere erabileratik, nagusiena argikuntza da; etxeak eta kaleak argiztatzeko erabiltzen da.
• Garraioan: Garraioaren zati handi batek energia elektrikoa erabiltzen du, gehienbat trenak eta metroak. Etorkizunerako, auto elektriko gehiago egotea aurreikusten da; beraz, energia elektrikoaren erabilera handituko da.
• Beste erabilera batzuk: medikuntzan, nekazaritzan, merkataritzan...

Bibliografia

• Benjamin, Park. (1898). A history of electricity: (The intellectual rise in electricity) from antiquity to the days of Benjamin Franklin. New York: J. Wiley & Sons.
• (Ingelesez) Hammond, Percy. (1981). Electromagnetism for Engineers. Nature, Pergamon, 168 (4262), 4-5 or. ISBN 0-08-022104-1..Bibcode:1951Natur.168....4G, doi:10.1038/168004b0, S2CID 27576009
• (Ingelesez) Morely, A; Hughes, E. (1994). Principles of Electricity. (5th ed.), Longman ISBN 0-582-22874-3..
• (Ingelesez) Nahvi, Mahmood; Edminister, Joseph. (1965). Electric Circuits. McGraw-Hill ISBN 978-0071422413..
• (Ingelesez) Naidu, M.S.; Kamataru, V. (1982). High Voltage Engineering. Tata McGraw-Hill ISBN 0-07-451786-4..
• (Ingelesez) Nilsson, James; Riedel, Susan. (2007). Electric Circuits. Prentice Hall ISBN 978-0-13-198925-2..
• (Ingelesez) Patterson, Walter C. (1999). Transforming Electricity: The Coming Generation of Change. Earthscan ISBN 1-85383-341-X..

Ikus, gainera

• Elektrizitatearen historia
• Energia elektrikoa
• Magnetismoa
• Karga elektrikoa
• Coulomben legea
• Eremu elektrikoa
• Gaussen legea
• Potentzial elektrikoa
• Potentzial diferentzia (tentsioa)
• Korronte elektrikoa
• Erresistentzia elektrikoa
• Potentzia elektrikoa
• Inpedantzia
• Harila
• Erresonantzia elektrikoa
• Zirkuitu elektrikoa

Kanpo estekak

• Datuak: Q12725
• Multimedia: Electricity / Q12725