Le basi dell elettrostatica

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Ambra Pizzi
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venivano attiati da un pezzo di amba stofinata con la lana.

paola eletticità dalla paola geca électon che vuol die amba.

stofinate con un panno di lana e poi avvicinate ta loo; concluse che, poiché bacchette di veto si espingono mente una di veto e l'alta

1 1 Le basi dell elettostatica 1. Fenomeni elettici elementai Fin dal VI- VII secolo avanti Cisto ea noto ai geci (Talete di Mileto) che pezzetti di paglia o di sugheo venivano attiati da un pezzo di amba stofinata con la lana. Studi sistematici sulla elettizzazione pe stofinino fuono eseguiti anni dopo Talete dal medico inglese Gilbet ( ) che coniò la paola eletticità dalla paola geca électon che vuol die amba. Gilbet, sulla base di espeienze fatte utilizzando bacchette di veto o ebanite tenute sospese ad un sottile filo di seta che venivano stofinate con un panno di lana e poi avvicinate ta loo; concluse che, poiché bacchette di veto si espingono mente una di veto e l'alta di ebanite si attaggono, pe stofinino il veto e l ebanite acquistano una caica elettica che è peò divesa due tipi di caica elettica eletticità positiva William Gilbet (veto) e eletticità negativa (ebanite). Le sostanze (vetose) che vengono attatte dall'amba (o dall ebanite) possiedono una eletticità positiva mente tutte quelle che vengono espinte dall'amba possiedono una eletticità negativa.

1.1. Caica elettica Fino a tutto il XIX secolo l'eletticità venne intepetata come un fluido immateiale posseduto dai copi; la compensione dell'oigine dei fenomeni di elettizzazione dei copi si

L idea modena di eletticità si basa sulla teoia elettonica della mateia, secondo la quale la mateia è fatta di atomi con un nucleo positivo, intono al quale uotano gli elettoni negativi.

2 1.1. Caica elettica Fino a tutto il XIX secolo l'eletticità venne intepetata come un fluido immateiale posseduto dai copi; la compensione dell'oigine dei fenomeni di elettizzazione dei copi si sviluppò, successivamente, con l affemasi dell idea che la mateia sia costituita da atomi. L idea modena di eletticità si basa sulla teoia elettonica della mateia, secondo la quale la mateia è fatta di atomi con un nucleo positivo, intono al quale uotano gli elettoni negativi. Un atomo, in genee, è neuto cioè ha un uguale numeo di potoni positivi e di elettoni negativi. Quando due diffeenti mateiali sono stofinati fa loo, il mateiale con maggioe affinità pe gli elettoni stappa gli elettoni all alto e si caica negativamente. Il secondo mateiale, invece, pedendo gli elettoni si caica positivamente. Ma la caica positiva dell uno e la caica negativa dell alto imangono numeicamente uguali. Stofinata l ebanite con la lana, alcuni elettoni degli atomi della lana passano sulla supeficie dell ebanite l ebanite si caica negativamente e la lana, inizialmente neuta, si caica positivamente Caiche elettiche dello stesso segno si espingono, e caiche elettiche di segno opposto si attaggono. 1.. Caica elettica e unità di misua L unità di misua della caica elettica nel S.I. è deivata dall ampee (A) unità di misua della intensità di coente elettica (moto odinato di caiche elettiche all inteno di metalli o soluzioni saline, fenomeno conosciuto pima della costituzione atomica della mateia). L unità di misua della caica elettica, detta coulomb (C), è la quantità di caica che viene taspotata da una coente di 1 ampee in 1 secondo. 1 C = 1 A 1 S

3 3 La caica elettica è una gandezza scalae che caatteizza lo stato di elettizzazione di un copo. Essa può essee sia positiva che negativa. La più piccola caica elettica misuata è quella dell elettone, che viene detta caica elementae: e = 1, C, In tutti gli espeimenti condotti si è sempe constatato che la caica posseduta dai copi è un multiplo inteo della caica dell elettone. q=n e Si dice quindi che la caica è quantizzata Conduttoi ed isolanti Nel 173 il fisico inglese Gay suddivise in mateiali in due categoie: conduttoi e isolanti (o dielettici o coibenti). I conduttoi si lasciano attavesae dalle caiche elettiche e quindi lasciano sfuggie le caiche (come il feo, il ame,...). Gli isolanti non lasciano sfuggie le caiche (come il veto,l ebanite, la plastica, la gomma,...). Nei conduttoi vi sono paticelle caiche che sono libee di muovesi e sono dette potatoi di caica nei metalli sono gli elettoni di conduzione, nei conduttoi liquidi e gassosi sono gli ioni. Negli isolanti gli elettoni non possono allontanasi dagli atomi di cui fanno pate e, se stofinati, accumulano gli elettoni che acquistano facendo così aumentae la caica elettica. I semiconduttoi, infine, sono una classe di mateiali con popietà intemedie fa i conduttoi e gli isolanti Legge di Coulomb E' noto che caiche elettiche dello stesso segno si espingono e caiche elettiche di segno opposto si attaggono, l'intensità della foza di attazione o epulsione ta

F = k Q Q 1 Nel vuoto F = k Q Q 1 con k Nm C 9 = 8,99 1 Coulomb opeò con delle sfeette aventi una deteminata caica e le pose a vaie distanze, dalle misue fatte icavò: Dipendenza della foza dalla

4 4 caiche fu deteminata nel 1785 da Coulomb che deteminò la legge di Coulomb sevendosi di una bilancia di tosione. La foza attattiva o epulsiva fa due caiche elettiche è diettamente popozionale al podotto delle caiche e invesamente popozionale al quadato della distanza che le sepaa. F = k Q Q 1 Nel vuoto F = k Q Q 1 con k Nm C 9 = 8,99 1 Coulomb opeò con delle sfeette aventi una deteminata caica e le pose a vaie distanze, dalle misue fatte icavò: Dipendenza della foza dalla distanza Se la distanza addoppia la foza diviene quatto volte più piccola, se la distanza tiplica la foza diviene nove volte più piccola, se la distanza si dimezza la foza diviene quatto volte più gande ecc... Quindi la foza di inteazione ta due caiche puntifomi è invesamente popozionale al quadato della distanza. Dipendenza della foza dalle caiche Non vaiando la distanza, la foza è diettamente popozionale a ciascuna delle due caiche, quindi al loo podotto. Quindi la foza di inteazione ta due caiche puntifomi è diettamente popozionale al podotto delle due caiche. Riunendo i due isultati è possibile scivee: equazione che espime la Legge di Coulomb. 1 F= k Q Q Chales Augustin Coulomb

Quindi nel vuoto si ha nella mateia F = 1 4πε Q Q 1 F = 1 Q Q 1 Q Q = 4πε ε πε 1 4 1 1.5.

5 5 La costante k è stoicamente espessa nella foma costante dielettica assoluta del vuoto. Il valoe di ε è k def 1 4πε dove ε si chiama Nel caso di un qualsiasi dielettico, si pone: ε = ε ε dove ε si chiama costante dielettica elativa del dielettico in cui sono immese le caiche. Quindi nel vuoto si ha nella mateia F = 1 4πε Q Q 1 F = 1 Q Q 1 Q Q = 4πε ε πε Tipi di elettizzazione Elettizzazione pe stofinio (isolanti e conduttoi) Fenomeno caatteistico di divesi mateiali (sia isolanti che conduttoi) che, se stofinati, acquistano la capacità di attiae o espingee alti oggetti leggei, che possono essee stati a loo volta stofinati. Esempio: la plastica stofinata con un panno di lana attia dei pezzetti di cata. Elettizzazione pe contatto (conduttoi) Un conduttoe neuto può essee caicato mettendolo a contatto con un alto copo caico. Mettendo a contatto i due copi, pate della caica posseduta dal pimo copo passa sul secondo che quindi isulteà caico dello stesso segno.

6 1. Sfea conduttice neuta. Avvicinamento oggetto caico positivamente 3. Contatto con tasfeimento di caica 4.

metallica elettizzata pe stofinino la pima si elettizza peché la caica della seconda si è ipatita ta le bacchette.

6 6 1. Sfea conduttice neuta. Avvicinamento oggetto caico positivamente 3. Contatto con tasfeimento di caica 4. I due oggetti si espingono peché entambi positivi Esempio: una bacchette metallica eletticamente neuta viene toccata da una seconda bacchetta. metallica elettizzata pe stofinino la pima si elettizza peché la caica della seconda si è ipatita ta le bacchette. Elettoscopio a foglie La popietà dei conduttoi di tasmettee la caica elettica da un'estemità all'alta tova applicazione nell'elettoscopio, un dispositivo pe mezzo del quale è possibile ivelae la caica elettica di un copo. Esso è costituito da una bacchetta metallica teminante a un'estemità con una sfeetta e all'alta con due foglioline metalliche molto leggee, genealmente d'oo; il tutto è acchiuso in una custodia di veto. Potando a contatto della sfeetta dell'elettoscopio un copo conduttoe elettizzato, la caica elettica, tamite la bacchetta metallica, si tasmette alle foglioline d'oo. Acquistando una caica dello stesso segno, queste esecitano l'una sull'alta una foza epulsiva e, se sono sufficientemente leggee, divegono (fig. a). Anche quando il conduttoe elettizzato è allontanato dall'elettoscopio, le foglioline imangono apete, il che dimosta che su di esse è imasta una pate della caica iniziale del copo conduttoe (fig. b). Elettizzazione pe induzione (conduttoi) Un fenomeno elettostatico che consiste nell elettizzazione tempoanea di un copo inizialmente neuto, posto vicino ad un copo caico. In questo caso le caiche che si tovano su di esso si idistibuiscono. Le caiche di segno opposto a quelle del copo inducente sono da esso attiate, le alte allontanate.

7 Il conduttoe quindi è attiato dal copo inducente, petanto se il conduttoe si può dividee in due, è sufficiente sepaale affinché isultino elettizzate con caiche uguali e di segno opposto.

Polaizzazione degli isolanti Un fenomeno tipico degli isolanti consiste nella polaizzazione di un isolante.

In un isolante neuto gli elettoni non sono libei di muovesi ma, quando gli si avvicina un copo caico, questi si spostano di poco ceando una idistibuzione della caica.

7 7 Il conduttoe quindi è attiato dal copo inducente, petanto se il conduttoe si può dividee in due, è sufficiente sepaale affinché isultino elettizzate con caiche uguali e di segno opposto. Il conduttoe indotto può anche essee un conduttoe qualsiasi che viene messo a tea toccandolo con le dita o con un filo metallico collegato a tea Polaizzazione degli isolanti Un fenomeno tipico degli isolanti consiste nella polaizzazione di un isolante. La polaizzazione di un isolante è la modificazione della distibuzione della caica in un isolante neuto, causata dalla vicinanza di un copo caico. In un isolante neuto gli elettoni non sono libei di muovesi ma, quando gli si avvicina un copo caico, questi si spostano di poco ceando una idistibuzione della caica. La somma delle foze attattive che si esecitano ta la nuova distibuzione delle caiche dell isolante e le caiche del copo caico (di segno opposto) è leggemente maggioe ispetto alla somma delle foze epulsive a causa della diffeente distanza: petanto, il copo caico attia a sé l isolante polaizzato. Esempio: Un pettine di plastica, che è stato elettizzato negativamente pe stofinio, attia dei pezzetti di cata che sono di mateiale isolante. Il pettine espinge gli elettoni della cata in modo che le caiche di segno opposto gli siano più vicine.

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