L ELETTROSTATICA FINO A COULOMB Giuseppe Frangiamore con la collaborazione di Vittorio Territo

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1 L ELETTROSTATICA FINO A COULOMB Giuseppe Frangiamore con la collaborazione di Vittorio Territo La parte della fisica che studia i fenomeni dovuti alle cariche elettriche in quiete si chiama: elettrostatica. Nella seconda metà del cinquecento l inglese William Gilbert scopri che il vetro, la resina e lo zolfo erano sostanze chiamate dielettrici o isolanti. Benjamin Franklin denominò l elettricità negativa e quella positiva. Ricordiamo che cariche dello stesso segno si respingono e cariche di segno opposto si attraggono. Per esempio quando si elettrizza una bacchetta per strofinio, un uguale quantità di carica elettrica di segno opposto si forma sul panno usato per strofinare la bacchetta di vetro inizialmente contenuta una uguale quantità di carica positiva e negativa,tanto da risultare neutra. Mediante lo strofinio parte della carica negativa contenuta nella bacchetta viene sottratta dal panno,depositandosi su di esso. La quantità totale di carica elettrica contenuta sulla bacchetta e sul panno non cambia; Watson e Franklin chiamarono questo fenomeno principio di conservazione della carica elettrica. I primi studi sulle forze agenti tra corpi elettrizzati si devono a Coulomb, il quale nella sua legge esprime l intensità della forza elettrica agente tra due cariche puntiformi. La forza di Coulomb è espressa dalla seguente relazione: Dove F è la forza elettrica che agisce tra i due corpi che hanno carica rispettivamente q 1 e q 2, d la loro distanza e k è un fattore di proporzionalità che viene detto costante di Coulomb (pari a Nm 2 /C 2). IL CAMPO ELETTRICO Si definisce campo elettrico la zona dello spazio in cui una carica di prova risente di una forza elettrica. Si definisce invece vettore campo elettrico il rapporto tra la forza che agisce sulla carica e la carica posta in quel punto: 28/11/11 1/5

2 Campo elettrico nel piano di una carica positiva Le linee del campo partono dalla carica positiva e vanno verso l esterno. Campo elettrico nel piano di una carica negativa Le linee del campo dall esterno convergono verso la carica negativa. IL CAMPO ELETTRICO GENERATO DA UNA CARICA PUNTIFORME L intensità del campo elettrico E generato da una carica puntiforme nel punto P vale: E=k_Q_ d 2 La direzione e il verso del vettore campo elettrico saranno quelli della forza che agisce nel punto P su una carica positiva. La direzione sarà quella della retta, il verso dipenderà dal segno della carica che genera il campo. 28/11/11 2/5

3 IL CAMPO ELETTRICO GENERATO DA PIU CARICHE PUNTIFORMI Il campo generato da più cariche puntiformi è dato dalla somma vettoriale dei campi dovuti ad ogni singola carica. RAPPRESENTAZIONE GRAFICA DEL CAMPO ELETTRICO: LE LINEE DI FORZA Un campo di forze, in particolare il campo elettrico può essere rappresentato graficamente con il metodo delle linee di forza. Ogni vettore E ha la caratteristica di essere tangente alla linea di forza nel punto in cui è applicato. Si dovrà apporre su ogni linea di forza una freccia che indichi il verso di E; il verso è sempre tale che le linee escono dalla carica positiva ed entrano nella carica negativa. Le linee di forza generate da due cariche puntiformi positive uguali hanno verso uscente dalle cariche. 28/11/11 3/5

4 Le linee di forza di un campo elettrico generato da due cariche puntiformi uguali si oppongono. Le linee di forza di un campo elettrico generato da due cariche puntiformi opposte si attraggono. CAMPO ELETTRICO UNIFORME Si dice campo uniforme un campo nel quale in ogni punto il vettore campo elettrico è identico, cioè ha lo stesso modulo, la stessa direzione e lo stesso verso. L ENERGIA POTENZIALE ELETTRICA Data una zona sede di campo elettrico il lavoro compiuto dalle forze interne al campo per portare una carica da una posizione A a un altra posizione B coincide con la variazione dell energia potenziale elettrica che subisce la carica. La differenza di energia potenziale di una carica q tra due punti A e B di un campo elettrico è: U b -U a =L int a-->b L energia potenziale di una carica q posta in un campo uniforme è: U=F int x d F int =q x E U=q x E x d 28/11/11 4/5

5 E=Cost IL POTENZIALE ELETTRICO Si definisce potenziale elettrico il rapporto tra energia potenziale elettrica di una carica ed il valore della carica stessa V=_U_ 1V = _1 J_ q 1 C Se il campo elettrico è generato da una carica puntiforme Q, il potenziale in ogni punto è : V=k _Q_ D LA DIFFERENZA DI POTENZIALE La differenza di potenziale è il lavoro che la forza interno al campo compie per spostare una carica positiva da un punto A a B : Va Vb = _Lint a-->b_ q la differenza di potenziale tra A e B in un campo uniforme è : Va-Vb = E x d Ad ogni spostamento all'interno del campo avviene una variazione del potenziale V E= V (V/m) s LE SUPERFICI EQUIPOTENZIALI Le superfici equipotenziali sono superfici che hanno tutti i punti dello stesso potenziale; esse hanno la proprietà di essere perpendicolari alle linee di forza 28/11/11 5/5

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