Elettrostatica si elettrizzano per strofinio forza attrattiva repulsiva trasferimento di carica elettrica si caricano

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1 Elettrostatica Alcune sostanze (ambra, vetro, materie plastiche, ) si elettrizzano per strofinio, cioè strofinate con un panno acuistano la capacità di attrarre corpi leggeri. Due oggetti elettrizzati interagiscono con una forza attrattiva o repulsiva L elettrizzazione per strofinio è dovuta al trasferimento di carica elettrica tra il panno che strofina e il corpo che si elettrizza: si dice che il corpo strofinato e il panno si caricano

2 Bloccare una pila di giornali o riviste per prevenire lo spostamento durante il trasporto o l imballaggio. Fissare un etichetta ad una brochure prima che la brochure venga imballata nel film Fissare l ultimo sacchetto del rotolo (es. sacchetti della spazzatura) al rotolo per facilitare l imballaggio nel cartone Depositare lo zucchero a velo su un dolce

3 La carica elettrica Distinguiamo due tipi di cariche elettriche: carica positiva e carica negativa Cariche dello stesso segno si attraggono, cariche di segno opposto si respingono. Nel SI la carica elettrica è una grandezza derivata e si misura in coulomb (C)

4 cariche elettriche Elettrostatica Due tipi di cariche definite arbitrariamente Positive (su vetro) Negative su plastica) Cariche trattate algebricamente in un processo Somma totale delle cariche in un processo = ovvero Legge di conservazione della carica elettrica: Non è possibile creare o distruggere la carica elettrica

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6 La carica elettrica La struttura dell atomo è spiegata solo dalla meccanica uantistica. Il nucleo è composto da due tipi di particelle: i protoni, con carica positiva p = - e, e i neutroni, privi di carica. Un atomo di numero atomico Z possiede Z protoni nel nucleo (carica del nucleo Q = Z p ) e Z elettroni intorno al nucleo. R. Millikan (199) - Un corpo ha una carica Q, positiva o negativa, che è sempre un multiplo intero della carica dell elettrone: Q = n e La carica elettrica è uantizzata, e è la carica elementare.

7 conduttori ed isolanti Separazione delle cariche induzione elettrostatica conduttore isolante elettroscopio

8 La legge di Coulomb F k 1 r F k r 1 r

9 F k 1 r = cariche puntiformi nel sistema (C.G.S.) es = 1 statcoulomb, r = 1 cm, F = 1 dyne k Nm / C = costante dielettrica (o permittività) del vuoto 1 4 k C / Nm F r

10 La legge di Coulomb è la costante dielettrica del vuoto (8.854 * 1-1 C /Nm ) F 1 4 r 1 Se le cariche si trovano in un mezzo, direzione e verso della forza elettrostatica non cambiano, mentre l intensità diminuisce: ε r : costante dielettrica relativa del mezzo. È sempre ε r > 1

11 e = 1.6x1-19 C carica dell elettrone la carica si conserva F F i principio di sovrapposizione la carica è uantizzata legge di Coulomb per un mezzo dielettrico omogeneo in presenza di un dielettrico omogeneo in tutte le leggi dell elettrostatica a si sostituisce = r F r r 1 r 4 1

12 Quale è la forza elettrostatica esercitata da un corpo di carica +, su un corpo posto a.53 x 1-1 m di carica, con = 1.6 x 1-19 C F k r x1.6 1 (.531 ) Essendo di segno opposto le cariche si attraggono e la forza sarà diretta verso la loro congiungente

13 Una carica puntiforme di +3.x1-6 C dista 1 cm da una seconda carica puntiforme di x1-6 C. Calcolare l'intensità della forza su ciascuna carica. attrattiva

14 Trovare la distanza che separa due cariche puntiformi 1=6.mC e una carica puntiforme = -47. mc afinché la forza elettrica attrattiva tra di esse sia pari a 5.7N.

15 Date 3 cariche uguali fra loro e poste ai vertici di un triangolo euilatero, determinare l intensità della forza su ciascuna di esse

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17 E F Il campo elettrico F E Il campo è la regione di spazio in cui si manifesta l azione della forza elettrica

18 il campo si rappresenta mediante le linee di forza il campo è tangente alle linee di forza il numero di linee che attraversano una superficie unitaria è proporzionale all intensità del campo le linee di forza sono uscenti dalle cariche positive ed entranti in uelle negative

19 se un campo ha modulo e direzione costante in ogni punto dello spazio è detto uniforme (distribuzione uniforme di cariche) campo elettrico generato da una carica puntiforme F 1 4 r E F 4 1 r

20 vale il principio di sovrapposizione dipolo elettrico E E i F i se le cariche non sono puntiformi ma distribuite su corpi di dimensioni finite E 1 4 d r

21 Flusso di un vettore v A A An vettore areale Il teorema di Gauss lim E A EdA i A i i superficie

22 Il teorema di Gauss Superficie Chiusa: Superficie che divide lo spazio in una regione «interna» e una regione esterna E i E A Carica puntiforme: 1 4 r i E da i i E da EA E da 1 4 r EdA 4r il flusso elettrico attraverso una superficie gaussiana è proporzionale al numero di linee che entrano ed escono dalla superficie

23 la simmetria campo elettrico generato da una carica puntiforme E da EdA E da E4r E 1 4r Alcuni esempi: distribuzione di carica a simmetria sferica distribuzione su una/due lamine piane

24 Sistemi a simmetria piana Superficie gaussiana = cilindro retto chiuso di base A perpendicolare alla lastra Il flusso vale: Il teorema di Gauss dice che: E EdS EA S EA Q Quindi, usando la densità superficiale di carica, si ha: E

25 Doppia Piastra Si considerino due piastre infinite, una con carica superficiale + ed una con carica - e le si avvicinino come in (c) Come nel caso precedente, si sceglie come superficie gaussiana un cilindro retto chiuso di base A perpendicolare alla lastra. All interno del cilindro la carica totale è nulla (essendo le due densità di carica uguali ed opposte) per cui esternamente al doppio strato E=. Tra le due piastre, invece, si ha un contributo di campo elettrico E=/ diretto da sinistra a destra (perché uscente) dovuto alla piastra carica positivamente ed un contributo di campo elettrico E=/ diretto ancora da sinistra a destra (perché entrante) dovuto alla piastra carica negativamente. Per cui, il campo totale vale E= /

26 Piano conduttore carico Consideriamo ora un piano metallico con distribuzione di carica. In pratica, a differenza di prima, dove consideravamo una lamina o un foglio, ora immaginiamo il piano conduttore estendersi indefinitamente E Cilindretto su cui applichiamo il th di Gauss Evidentemente la superficie del cilindretto immersa nel conduttore ha flusso nullo: l unico contributo non nullo è attraverso la superficie superiore, per cui, il campo totale vale E= /

27 Conduttori in euilibrio elettrostatico E da EA int E = all interno del conduttore la carica risiede sulla superficie E = / in un punto prossimo alla superficie del conduttore e ad essa la carica si accumula nei punti della superficie a curvatura maggiore (punte) int A teorema di Coulomb A EA E

28 Gabbia di faraday All interno di un conduttore cavo, per il teorema di Gauss il Campo Elettrico è nullo. La carica si distribuisce sulla superficie in modo da schermare l interno dal campo elettrico esterno

29 Moto di una particella carica in un campo elettrico uniforme F E ma E a m parabola