ELETTROSTATICA. Elettrostatica Pagina il dipolo elettrico; 31. campo elettrico uniforme

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1 ELETTROSTATICA 1. La carica elettrica. Carica elettrica positiva e negativa 3. Protoni, elettroni, neutroni e carica elettrica; 4. Struttura interna dei protoni e dei neutroni (quarks) e carica elettrica 5. Cosa significa dire che un corpo è elettricamente neutro 6. La forza (interazione) di Coulomb o elettrostatica 7. Grafico della forza elettrostatica in funzione della distanza tra i due corpi carichi 8. Unità di misura della carica elettrica nel S.I., il Coulomb (C). Definizione del Coulomb attraverso la legge di Coulomb 10. Quantizzazione della carica elettrica; carica dell elettrone e del protone 11. Cosa significa elettrizzare un corpo 1. E possibile che un corpo sia elettrizzato negativamente perché ha perso protoni? 13. Confronto tra la forza colombiana e la forza gravitazionale (vedere esercizio1) 14. Il campo elettrico 15. unità di misura del campo elettrico 16. Campo elettrico creato da una carica puntiforme ; 17. Il campo elettrico a simmetria sferica o centrale; 18. Il concetto di campo in fisica 1. Analogie e differenze tra campo gravitazionale e campo elettrico 0. Relazione tra valore del campo elettrico in un punto e forza di Coulomb 1. descrivere il campo elettrico come un sistema fisico che può compiere lavoro.. l energia potenziale elettrica 3. unità di misura dell energia potenziale elettrica. 4. la differenza di energia potenziale elettrica; 5. cosa significa dire che il campo elettrico è conservativo? 6. il potenziale elettrico 7. la differenza di potenziale elettrico 8. unità di misura del potenziale elettrico e della differenza di potenziale;. la relazione L = qv; 30. il dipolo elettrico; 31. campo elettrico uniforme 3. conduttori e isolanti 33. struttura elettrica di un isolante e di un conduttore 34. come e quali elettroni sono quasi liberi di muoversi all interno di un conduttore metallico? Elettrostatica Pagina 1

2 35. Legame metallico 36. movimento collettivo di cariche elettriche; corrente elettrica 37. cosa succede, dal punto di vista elettrico se si sottopone un pezzo di metallo ad una differenza di potenziale? 38. cosa succede, dal punto di vista elettrico se si sottopone un pezzo di metallo ad una differenza di potenziale? 3. resistenza elettrica (ioni del metallo e movimento degli elettroni di valenza) 40. elettrizzazione per induzione in un conduttore e in un isolante 41. come si può fare per elettrizzare totalmente e definitivamente un conduttore? 4. La polarizzazione elettrica di un materiale isolante è definitiva? 43. la legge di Coulomb negli isolanti: costante dielettrica 44. che cosa descrive la costante dielettrica 45. dissociazione elettrolitica del NaCl nell acqua e valore della costante dielettrica nell acqua Elettrostatica Pagina

3 Esercizi svolti Esercizio 1 Confrontare l interazione elettrostatica e l interazione gravitazionale a) Consideriamo l espressione dell interazione elettrostatica Q Q k E 1 d k 10 ; mettiamo Q 1 =1C, Q =1C e d=1m; otteniamo E 10 N G b) Consideriamo adesso l espressione dell interazione gravitazionale G m m 1 d. 11 G 6,6710 ; mettiamo m 1 =1kg, m =1kg e d=1m; otteniamo 11 G 6,6710 N c) Eseguiamo il rapporto E G 10 N 11 6,67 10 N 6, , E G 1, l interazione elettrica è 0 10 volte più intensa dell interazione gravitazionale ( 100 miliardi di miliardi di volte più intensa) Elettrostatica Pagina 3

4 Esercizio Calcolare la forza elettrica repulsiva esistente tra due protoni posti alla distanza di 10 - m. La carica del protone è di 1,6x10-1 C. Risoluzione: consideriamo le due cariche nel vuoto: k Q Q 1 d ; k 10 N m C ( 1, , 6 10 ( 10 ) , ) N Esercizio 3 Un corpo carico negativamente si muove sotto l azione di una differenza di potenziale di 10 4 V. Sapendo che perché questo avvenga è necessario un LAVORO di 4,10-3 J, determinare la carica q del corpo e a quanti elettroni corrisponde. Svolgimento la relazione esistente tra lavoro svolto, carica e differenza di potenziale è data da L = qv dalla quale si ricava: q = L V q 3 4, , 10 C poiché la carica dell elettrone è 1,6x10-1 C, in,1x10-7 C sono contenuti N 1 7, 10 C 1, , elettroni Esercizi da svolgere 1. Calcolare il valore della forza elettrica che agisce tra due corpi conduttori carichi A e B. La carica del corpo A è Q = 6,4x10-5 C, quella del corpo B Q =,x10-6 C e la loro distanza a b reciproca è d=x10 - m.. Nella figura sono rappresentati due oggetti A e B carichi, Q A =,510 - C e Q A = 7,10 - C. Calcolare il valore della forza elettrostatica e tracciarne i vettori. (Usare la scala del disegno) Elettrostatica Pagina 4

5 Q A Q B 3. Calcolare la distanza esistente tra due corpi carichi A e B, sapendo che Q A = 3,5x10 - C; Q B =,4x10-8 C e che fra di essi agisce una forza elettrica di 0, N. 4. Due cariche elettriche inizialmente ad una distanza di 1 m, vengono portate a distanza di 10 cm. Calcolare di quanto aumenta la forza elettrostatica che agisce tra di loro. 5. Un elettrone è posto a 10 - m da un protone. Calcolare la forza di interazione elettrica. 6. Tra due corpi carichi A e B agisce una forza elettrica di 10-4 N ; sapendo che hanno la stessa carica elettrica e che la loro distanza reciproca è di 1 mm, calcolare la carica di A e B. 7. Calcolare la carica elettrica complessiva di 5 quark up e di 3 quark down. 8. Due piccole sfere A e B caricate positivamente con una carica totale pari a C, si respingono con una forza pari a 1 N, quando si trovano a cm l una dall altra. Si calcoli la carica su ciascuna sfera. Attenzione!!!! Carica totale significa: (Q A + Q B ) = C. Calcolare il valore del campo elettrico creato da una carica Q di C in un punto P alla distanza di 3 m. 10. Con riferimento all esercizio precedente a. calcolare la forza che subirebbe una carica q B di C se fosse messa nel punto P; b. sapendo che la carica q B è posta su un oggetto che ha una massa m B di 1 g e considerando la carica Q ferma, calcolare l accelerazione dell oggetto di carica q B. 11. Determinare l intensità del campo elettrico in un punto nel quale sulla carica di 0.7 μc si esercita una forza di 5 mn. 1. In un punto di un campo elettrostatico a simmetria sferica una carica q = C è sottoposta ad una forza elettrostatica di = 10-3 N. Calcolare il valore della carica Q A che crea il campo, sapendo che dista dal punto P mm. Elettrostatica Pagina 5

6 13. Calcolare il campo elettrostatico creato da Q A nel punto B e nel punto C e tracciare i vettori che li rappresentano. Q A = C; (usare la scala del disegno). B Q A C 14. Calcolare il campo elettrostatico creato da Q A nei punti B,C,D e H e tracciare i vettori che li rappresentano. Q A = C; (usare la scala del disegno). B Q A D H C Elettrostatica Pagina 6

7 15. Due cariche puntiformi di valore 7.5 nc e 14.7 nc si trovano a distanza relativa di 5 cm. Determinare l intensità del campo elettrico in un punto che si trova a 3 cm dalla carica positiva e 4 cm dalla carica negativa. 16. Un elettrone (me= kg,e= C) è posto a.10 m da un protone. Quale deve essere la sua velocità minima per poter sfuggire alla forza di attrazione elettrostatica? Considerare il protone fermo (la massa del protone è circa 000 volte più grande di quella dell elettrone) 17. Due cariche elettriche inizialmente ad una distanza di 1 m, vengono portate a distanza di 10 cm. Calcolare di quanto aumenta l energia potenziale del sistema. 1. Una carica elettrica q viene sottoposta ad una differenza di potenziale (ddp) V, si ottiene di conseguenza un lavoro di 45 J. Sapendo che la carica è di 4,510-6 C, calcolare il valore di V. 0. Due corpi conduttori carichi A e B, sono immersi in un materiale isolante che ha una costante dielettrica relativa r = Sapendo che la carica del corpo A è Q a = 6,410-5 C, quella del corpo B Q b =,10-6 C e che la loro distanza reciproca è d=10 - m, calcolare il valore della forza elettrica che agisce fra loro. 1. Calcolare la distanza esistente tra due corpi carichi A e B, sapendo che: Q a = 3,5x10-6 C; Q b =,4x10-5 C e che fra di essi agisce una forza elettrica di 14 N. I due corpi carichi sono posti in un materiale isolante di r = 40.. In un materiale isolante di costante dielettrica relativa r = 1500, sono posti due corpi carichi Q 1 = C e Q = C; sapendo che la loro distanza reciproca è d = 0 cm, determinare la forza elettrica che agisce fra di loro. 3. Per trasportare una carica elettrica Q tra due punti di un campo elettrico, tra i quali esiste una ddp V = 100 V, le forze del campo compiono un lavoro di L = 48 J. Determinare il valore della carica Q. Q A 4. Una carica Q = C è immersa in una sostanza che ha una costante dielettrica relativa di r = 0. Calcolare: a) il campo elettrico creato dalla carica Q ad una distanza di cm; b) la forza elettrica che agisce su una carica +q B =10-10 C, posta alla distanza di 3 cm da Q; c) il valore del potenziale elettrico in un punto C alla distanza di 1 cm da Q; d) il valore del potenziale elettrico in un punto D alla distanza di cm da Q; e) la ddp V tra il punto C e il punto D; f) il lavoro svolto dalle forze del campo elettrico per spostare la carica q B dal punto D al punto C. Elettrostatica Pagina 7

8 7 5. Una carica Q di 5 10 C crea attorno a se un campo elettrico; calcolare: a) Il valore del campo in un punto A alla distanza di 1 cm dalla carica che crea il campo; b) Il potenziale in un punto B alla distanza di 1m. c) La ddp tra i punti A e B; d) Il lavoro svolto dalle forze del campo per spostare una carica di 10 C tra i punti A e B. 6. Determinare l intensità del campo elettrico in un punto del quale sulla carica di Q = 7 nc si esercita una forza di = 5 N 7. Due cariche elettriche inizialmente ad una distanza di 1 m, vengono portate a distanza di 10 cm. Calcolare di quanto aumenta l energia potenziale del sistema. Domande 8. Tra due punti A e B di un campo elettrico esiste una differenza di potenziale V =10 V; il lavoro che le forze del campo devono compiere per spostare una carica di C tra i due punti A e B è: [A] J; [B] 50 J; [C] J; [D] J. L Unità di misura dell energia potenziale elettrica è: [A] il Joule (J); [B] il watt (W); [C ] l ampere (A); [D] il volt (V) 30. L Unità di misura del potenziale elettrico è: [A] il Joule (J); [B] il watt (W); [C ] l ampere (A); [D] il volt (V) Elettrostatica Pagina 8