Lezione 15

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1 Lezione 15 Le forze elettromagnetiche. Elettrostatica. Conduttori ed isolanti. Induzione elettrostatica. Polarizzazione di un dielettrico. Campo e potenziale elettrico.

2 Elettrostatica La materia è formata da varie combinazioni di atomi (mattoni, non elementari). Gli atomi hanno, in generale, una struttura differente l uno dall altro per numero di elettroni (e) nelle varie shell per numero di nucleoni (p,n) nel nucleo Esistono circa 90 atomi (e quindi elementi) diversi. p-e interagiscono tra loro mediante forze attrattive p-p interagiscono tra loro mediante forze repulsive e-e interagiscono tra loro mediante forze repulsive tutte forze elettromagnetiche

3 Carica elettrica La proprietà presentata da e, p di esercitare queste forze prende il nome di carica elettrica. Convenzionalmente: positiva per il p, negativa per l e. NON conosciamo l origine della carica elettrica. Verifichiamo che: qualunque fenomeno accada nella materia soddisfa il principio di conservazione della carica elettrica. qualunque carica elettrica in natura si presenta come multiplo intero o frazionario (per certe frazioni particolari) della carica dell e: principio di quantizzazione della carica elettrica.

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6 Corpi carichi Singoli corpi possiedono, in generale, cariche positive e negative in egual numero. Sono detti neutri. Se invece è presente un eccesso di carica di uno dei due segni il corpo si dice elettricamente carico. Poiché le cariche positive (p) sono sole nei nuclei è chiaro che un corpo sarà carico in funzioni degli e che possiede: in eccesso o in difetto. Corpi carichi esercitano tra loro azioni elettromagnetiche.

7 Perché? La natura elettromagnetica di certi fenomeni è rimasta ignota fino a 2 secoli fa. Perché? La spiegazione va ricercata nel fatto che la forza elettrica può essere sia attrattiva che repulsiva, ma nella materia, in generale, le cariche negative e positive presenti sono sempre esattamente uguali.

8 Da Coulomb a Feynman Il mondo dell elettromagnetismo è stato completamente scoperto dall indagine scientifica. XVI secolo: prime osservazioni sistematiche di fenomeni elettrici e magnetici (Coulomb,Galvani, Volta, Oersted, Ampère, Faraday). 1865: equazioni di J.K. Maxwell (teoria completa dell elettromagnetismo classico relativisticamente corretto, descrizione del mondo macroscopico). XX secolo: R.P. Feynman, J. Shwinger, etc. (elettromagnetismo quantistico:spiega i fenomeni su scala atomica e inferiore, interazione tra particelle cariche e campo e.m.).

9 Evidenza sperimentale dell esistenza delle forze e.m. Strofinando un palloncino sui capelli (in una giornata secca) palloncino e capelli si elettrizzano. Piccoli pezzetti di carta si attaccano fra loro e al pettine in una giornata secca. Strofinando una bacchetta di vetro con della seta si trasferiscono cariche elettriche dal vetro alla seta.

10 Proprietà della forza e.m. Esistono cariche positive e negative. Cariche dello stesso tipo si respingono, di tipo diverso si attraggono.

11 Legge di Coulomb (1785)

12 Coulomb Si definisce Coulomb, carica elettrica unitaria, quella carica (supposta puntiforme) che posta nel vuoto ad un metro di distanza da una carica uguale la respinge con una forza di N. Tale definizione è però poco operativa: Sarebbe difficile sia misurare una forza di 9 mld di N che tenere insieme tante cariche e a formare quella di 1 Coulomb.

13 Principio di sovrapposizione Quando una carica elettrica è soggetta all azione di un certo numero di altre cariche, le varie forze si sommano (vettorialmente). Questo risultato sperimentale conferma il carattere vettoriale della legge di Coulomb.

14 Confronto legge di Coulomb legge di Newton

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17 Campo elettrico

18 Campo elettrico Nella definizione di campo elettrico notiamo una asimmetria fra le 2 cariche coinvolte: q 1 origina un entità presente in tutti i punti dello spazio: il campo elettrico; q 0 sperimenta la forza; tuttavia il campo elettrico esiste anche quando q 0 non c è!!!

19 Visualizzazione suggestiva del campo elettrico

20 Valori tipici

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22 Potenziale elettrico Si definisce differenza di potenziale (ddp) tra due punti di un campo la variazione di energia che subiscono cariche elettriche nel passare da un punto all altro. La ddp si misura in Volt. Se c e ddp tra due punti allora è presente un campo elettrico capace di mettere in moto cariche libere, ovvero di dare a loro energia cinetica. E pari ad 1 Volt quella ddp che mettendo in moto la carica di 1 C fornirà ad essa l energia di 1 J: V=E d, L=qV