Tra due corpi carichi, con carica Q A e Q B si manifesta una forza il cui valore è dato da

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1 Tra due corpi carichi, con carica e Q B si manifesta una forza il cui valore è dato da

2 Tra due corpi carichi, con carica e Q B si manifesta una forza il cui valore è dato da Questo valore è: 1. Direttamente proporzionale al prodotto delle due cariche e Q B

3 Tra due corpi carichi, con carica e Q B si manifesta una forza il cui valore è dato da Questo valore è: 1. Direttamente proporzionale al prodotto delle due cariche e Q B

4 Tra due corpi carichi, con carica e Q B si manifesta una forza il cui valore è dato da d Questo valore è: 1. Direttamente proporzionale al prodotto delle due cariche e Q B 2. Inversamente proporzionale al quadrato della loro distanza reciproca d

9 Tra due corpi carichi, con carica e Q B si manifesta una forza il cui valore è dato da d

12 Tra due corpi carichi, con carica e Q B si manifesta una forza il cui valore è dato da d K o si chiama costante elettrica del vuoto o costante di Coulomb

13 Forza (interazione) elettrostatica o di Coulomb

14 Se le cariche sono di segno opposto la forza di Coulomb è attrattiva

15 Se le cariche sono di segno opposto la forza di Coulomb è attrattiva

16 Se le cariche sono di segno opposto la forza di Coulomb è attrattiva Questo vettore rappresenta la forza elettrostatica dovuta a Q B che agisce sulla carica Questo vettore rappresenta la forza elettrostatica dovuta a che agisce sulla carica Q B

17 Se le cariche sono di segno opposto la forza di Coulomb è attrattiva Questo vettore rappresenta la forza elettrostatica dovuta a Q B che agisce sulla carica Questo vettore rappresenta la forza elettrostatica dovuta a che agisce sulla carica Q B Le due forze sono uguali e opposte

18 Se le cariche hanno lo stesso segno la forza di Coulomb è repulsiva

19 Se riportiamo in un sistema di assi cartesiani la forza in funzione della distanza reciproca tra le due cariche F = F(d) si ottiene il grafico seguente

20 Se riportiamo in un sistema di assi cartesiani la forza in funzione della distanza reciproca tra le due cariche F = F(d) si ottiene il grafico seguente Matematicamente è un grafico del tipo f(x) = C x 2

21 L unità di misura della carica elettrica, nel SI, è il Coulomb che si definisce a partire dall Ampere, unità di misura dell Intensità di Corrente elettrica Questo modo di procedere discende dal fatto che nel SI la grandezza fisica fondamentale per la descrizione dei fenomeni elettromagnetici è l Intensità di Corrente e non la Carica Elettrica.

22 Ma è necessario, almeno provvisoriamente, dare una definizione del Coulomb Questo si può fare partendo dalla legge che descrive l interazione elettrostatica Consideriamo: = Q B = 1C K 0 = 9x10 9 Nm 2 /C 2 d = 1m 1

23 F e = N!!!!!! È una forza enorme!!!!!! Significa che due corpi carichi con 1C ciascuno si attraggono o si respingono con una forza di 9 MILIARDI (10 9 ) di Newton 9 MILIARDI (10 9 ) di Newton corrispondono, ad esempio, alla forza peso di 900 milioni di chili (10 8 kg)

24 Questo significa che la carica elettrica di 1C è enorme Di conseguenza si utilizzano i sottomultipli 10-3 C = mc (milli Coulomb) 10-6 C = mc (micro Coulomb) 10-9 C = nc (nano Coulomb) C = pc (pico Coulomb)

25 Quanti elettroni sono necessari per formare la carica di 1C? e = 1, C

26 Un esempio di applicazione della forza elettrostatica Il caso del legame ionico nel cloruro di sodio (NaCl) Nel cloruro di sodio il legame tra lo ione sodio Na + e lo ione cloro Cl - può essere descritto come forza di attrazione tra cariche di segno opposto

27 Calcolare la forza che nel cloruro di sodio (NaCl) tiene uniti lo ione cloro e lo ione sodio Reticolo cristallino del cloruro di sodio

28 Calcolare la forza che nel cloruro di sodio (NaCl) tiene uniti lo ione cloro e lo ione sodio Na + Cl -

29 Calcolare la forza che nel cloruro di sodio (NaCl) tiene uniti lo ione cloro e lo ione sodio 276 pm Na + Cl - Distanza tra i centri dei due ioni

30 Calcolare l intensità della forza elettrostatica che nel cloruro di sodio (NaCl) tiene uniti lo ione cloro e lo ione sodio 276 pm Na + Cl -

31 Anche per la forza di Coulomb (interazione elettrostatica) sono valide le stesse obiezioni fatte per l interazione gravitazionale: 1. Il tempo non compare esplicitamente nella legge e questo farebbe supporre che le due cariche elettriche «sentano» immediatamente la reciproca presenza; 2. La forza coulombiana sembrerebbe agire a distanza ma l azione a distanza non è un concetto scientifico; deve quindi esistere un «mediatore», fisicamente riscontrabile, che fa da tramite tra le due cariche. Queste due incongruenze vengono risolte con l introduzione del concetto di campo, in questo caso il CAMPO ELETTRICO

32 Una carica elettrica modifica, con la sua presenza, lo spazio circostante che diventa uno spazio «fisico» Il campo Elettrico si forma alla velocità della luce

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34 QA

35 ?

36 ?

37 ?

38 Il campo gravitazionale plasma la struttura dello spazio ANZI IL CAMPO GRAVITAZIONALE E LO SPAZIO-TEMPO Il campo elettrico e più in generale il campo elettromagnetico si conformano alla struttura dello spazio-tempo della teoria della relatività generale Le onde elettromagnetiche si propagano seguendo le deformazioni dello spazio-tempo

39 Le onde elettromagnetiche si propagano seguendo le deformazioni dello spazio-tempo Percorso di un «raggio di luce» ( fotoni oppure onda elettromagnetica a seconda del tipo di descrizione) in uno spazio-tempo non deformato

40 Percorso di un «raggio di luce» ( fotoni oppure onda elettromagnetica a seconda del tipo di descrizione) in uno spazio-tempo deformato

41 La carica è immersa nel campo elettrico da essa stessa creato.

42 Consideriamo un punto qualunque P nello spazio attorno alla carica o come è meglio dire, un punto del campo elettrico creato da. P

43 Consideriamo un punto qualunque P del campo elettrico creato da. P Se nel punto P mettiamo una carica Q B positiva Q B

44 Q B

45 Se mettiamo la carica Q B in un altro punto del campo Q B

46 Se cambiamo ancora punto Q B

47 E come se le cariche che via via si venissero a trovare nel campo elettrico creato dalla carica seguissero delle traiettorie prestabilite. Queste traiettorie vengono chiamate linee di forza del campo elettrico. In questo caso le linee di forza sono delle rette a direzione radiale e il campo è a simmetria sferica con il centro costituito dalla carica che crea il campo

48 Le linee di forza sono delle rette a direzione radiale e il campo è a simmetria sferica con il centro costituito dalla carica che crea il campo

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50 Linee di forza

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54 Q B P

55 Q B Q C P Mettiamo una carica diversa nel punto P La carica Q C F e Q C = k 0 d(p) 2 Q C

56 Q C D P F e = k 0 Q D d(p) 2 Q C Cambiamo ancora la carica nel punto P Mettiamo la carica Q D F e Q D = k 0 d(p) 2 Q D

57 Q N D P F e = k 0 Q N d(p) 2 Q D Possiamo cambiare la carica nel punto P infinite volte Mettiamo la carica Q N F e Q N = k 0 d(p) 2 Q N

58 Riepiloghiamo Q N F e Q B = k 0 d(p) 2 Q B P d(p) F e Q C = k 0 d(p) 2 Q C F e Q D = k 0 d(p) 2 Q D..... F e Q N = k 0 d(p) 2 Q N

59 Riepiloghiamo Q N F e Q B = k 0 d(p) 2 Q B P d(p) F e Q C = k 0 d(p) 2 Q C Cosa possiamo notare? F e Q D = k 0 d(p) 2 Q D..... F e Q N = k 0 d(p) 2 Q N

60 Cosa possiamo notare? Q Che nel punto P può F N e Q B = k 0 d(p) 2 Q B P esserci una carica Q qualsiasi d(p) F e Q C = k 0 d(p) 2 Q C F e Q D = k 0 d(p) 2 Q D cambia la forza F e Q N Ma non cambia la quantità Q k A 0 d(p) F e Q N = k 0 d(p) 2 Q N

61 la quantità k 0 dipende d(p) 2 F e Q B = k 0 d(p) 2 Q B dalla carica che crea il campo dalla distanza d del punto P e da k 0 Non dipende in alcun modo dalla carica Q N che di volta in volta potrebbe trovarsi nel punto P F e Q C = k 0 d(p) 2 Q C F e Q D = k 0 d(p) 2 Q D..... F e Q N = k 0 d(p) 2 Q N

62 la quantità k 0 d(p) 2 può essere utilizzata per descrivere il campo elettrico nel punto P e in tutti i punti del campo che, come P, si trovano alla distanza d perché Il campo elettrico è a simmetria sferica o radiale Come si ricava k 0 d(p) 2

63 Come si ricava k 0 d(p) 2 Consideriamo Dividiamo I e II membro per Q N e semplifichiamo F = k 0 d 2 Q N F 1 Q N = k 0 Q N d 2 Q N otteniamo Chiamiamo E(d) il rapporto F Q N F 1 Q N = k 0 d 2 E(d) = F Q N = k 0 d 2

64 E = k 0 d 2 Rappresenta il valore del campo elettrico alla distanza d Essendo il rapporto tra una forza, quella elettrostatica, e una carica elettrica, l unità di misura del campo elettrico è il N/C (Newton/Coulomb) Il campo elettrico ha lo stesso valore in tutti i punti che hanno la stessa distanza dalla carica che lo crea.

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66 La carica Q genera un campo elettrico a simmetria sferica Tracciare i vettori che lo rappresentano nei punti A e B Q B A