Magnetismo. La carica elettrica

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1 Introduzione L elettromagnetismo descrive tanti fenomeni: Cariche elettriche Correnti elettriche Magnetismo Onde elettromagnetiche 121 La carica elettrica Due bacchette di vetro strofinate con seta si respingono Una bacchetta di vetro strofinata con seta ed una bacchetta di plastica strofinata con pelle si attraggono Dovuto alla carica elettrica accumulata sulle bacchette Due tipi di carica: Carica positiva (deficit di elettroni) Carica negativa (eccesso di elettroni) Cariche dello stesso segno si respingono Cariche di segno opposto si attraggono 122 1

2 Unità di misura della carica: Coulomb Nel Sistema Internazionale, l unità di misura della carica elettrica è il Coulomb (C) Corrisponde con la carica trasportata da una corrente elettrica di 1 Ampere per 1 secondo: 1C = 1As Un protone ha una carica di e = 1,602 10,-. C Un elettrone ha una carica di e = 1,602 10,-. C Dunque 1C corrisponde con la carica di 6, elettroni 123 Proprietà della carica elettrica La carica elettrica è quantizzata Non esistono particelle libere con cariche minore di e Qualunque carica q = ne, n = ±1, ±2, ±3, e essendo piccolo, sembra un continuo per q e La carica elettrica si conserva elettroni e protoni non possono essere creati né distrutti tranne formazione di coppia γ e ; e, e annichilazione e ; e, γ γ, ma anche questi conservano la carica un corpo viene caricato spostando cariche ad un altro corpo 124 2

3 Conduttori e isolanti Nei conduttori le cariche si muovono abbastanza liberamente metalli, acqua non demineralizzata Negli isolanti le cariche non si muovono gomma, plastica, vetro, acqua pura Nei semiconduttori le cariche si muovono con grande resistenza silicio, germanio Nei superconduttori le cariche si muovono con zero resistenza 125 Forza tra cariche puntiformi Direzione: lungo la retta congiungente delle due cariche: F r = A A repulsione per cariche di segno uguale attrazione per cariche di segno opposto Modulo: proporzionale alla carica q 1 proporzionale alla carica q 2 inversamente proporzionale al quadrato della distanza Obbedisce la terza legge di Newton: F E- = F -E 126 3

4 La legge di Coulomb Forza elettrostatica tra due corpi puntiformi: F = k q -q E r E r = 1 q - q E 4πε I r E r costante elettrostatica: k = 1 = 8, Nm E C,E 4πε I costante dielettrica del vuoto: ε I = 8,85 10,-E C E N,- m,e Forma simile alla forza di gravità! F = G m -m E r E r 127 Forze multiple In caso di più particelle cariche, le forze si sommano vettorialmente: q q q F abc F -,abc = F -E F -e (principio di addizione o principio di sovrapposizione) q q q F abc 128 4

5 Teoremi del guscio Una superficie sferica uniformemente carica attrae o respinge una carica esterna come se tutta la carica fosse concentrata nel suo centro legge di Coulomb valida anche per corpi estesi se hanno distribuzione della carica con simmetria sferica Una carica posta all interno di una superficie chiusa uniformemente carica non ne sente una forza q - q E F r F = 1 q - q E 4πε I r E r 129 Azione a distanza? Il campo elettrico Altra spiegazione: La particella 2 crea un campo elettrico E nello spazio La particella 1 sente la forza F = q - E e vice versa! Il campo elettrico E corrisponde alla forza F su una piccola carica esplorativa q I : E = i j k 130 5

6 Linee di campo elettrico Il campo elettrico si può visualizzare con linee di campo elettrico Il tangente delle linee corrisponde alla direzione del campo densità delle linee corrisponde alla intensità del campo Escono dalle cariche positive Entrano nelle cariche negative 131 Campo elettrico generato da una carica puntiforme Una carica esplorativa q I a distanza r da carica q sente una forza F = 1 qq I 4πε I r E r Con E = i, troviamo j k E = - j r lmn k A o Per cariche multiple si usa il principio di sovrapposizione: E cpc = E - E E E e 132 6