Corsi di Laurea Tronco Comune 2 e Tronco Comune 4. Dr. Andrea Malizia Prof. Maria Guerrisi

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1 Dr. Andrea Malizia Prof. Maria Guerrisi 1 Lezione 5 Elettricità statica, carica elettrica Isolanti e conduttori Legge di Coulomb Campo elettrico Potenziale elettrico Corrente elettrica Campo magnetico Fisica malizia@ing.uniroma2.it Lezione 5

2 2 Elettricità statica e carica elettrica Si dimostra sperimentalmente che se strofiniamo una bacchetta di plastica o di vetro su di un panno essa è in grado di attrarre dei pezzettini di carta. Questo fatto noi lo giustifichiamo dicendo che la bacchetta di plastica si è caricata di elettricità, cioè ha acquistato una carica elettrica durante lo strofinio con il panno. Quando noi avviciniamo la bacchetta alla carta, si verifica che la carta viene attirata dalla bacchetta di plastica, senza che sia visibile un collegamento meccanico tra i due oggetti. La carica elettrica può essere di segno positivo, che indichiamo con +; o di segno negativo, che indichiamo con il -. Fisica malizia@ing.uniroma2.it

3 3 Elettricità statica e carica elettrica Legge della conservazione della carica elettrica LA CARICA TOTALE PRODOTTA IN QUALSIASI PROCESSO E NULLA Ovvero NON E POSSIBILE CREARE O DISTRUGGERE LA CARICA ELETTRICA Fisica malizia@ing.uniroma2.it

4 4 Isolanti e conduttori Un conduttore è una sostanza in cui una carica può scorrere facilmente. I metalli, oro e argento in particolare, sono buoni conduttori perché i loro atomi hanno elettroni liberi di muoversi, che trasferiscono facilmente l'energia. Un isolante è una sostanza in cui una carica elettrica non scorre facilmente. La plastica e la gomma sono buoni isolanti perché gli elettroni nei loro atomi hanno poca libertà, perciò non si trasferiscono con facilità da un atomo all'altro. Alcuni di questi materiali sono impiegati per isolare i fili conduttori o le macchine elettriche Fisica malizia@ing.uniroma2.it

5 5 Legge di Coulomb La legge di Coulomb descrive la forza che si esercita tra due cariche elettriche puntiformi, ovvero di dimensioni trascurabili rispetto alla loro distanza Charles Augustin de Coulomb ( ) Fisica

6 6 Legge di Coulomb Due corpi puntiformi carichi esercitano l uno sull altro una forza direttamente proporzionale al prodotto delle cariche e inversamente proporzionale al quadrato della loro distanza F Q A r Q 2 AB B A r AB B Fisica malizia@ing.uniroma2.it

7 7 Legge di Coulomb La costante di proporzionalità viene per convenzione scritta in questo modo: 4 1 Dove ε o è detta COSTANTE DIELETTRICA DEL VUOTO, / C N m 2 Fisica malizia@ing.uniroma2.it

8 8 Legge di Coulomb La legge di Coulomb diventa così: F Q Q A r 2 AB B Fisica malizia@ing.uniroma2.it

9 Campo elettrico 9

10 Campo elettrico 10

11 Campo elettrico 11

12 Campo elettrico LINEE DI FORZA DI UN CAMPO ELETTRICO e DIPOLO ELETTRICO Il numero di linee che emergono da una carica positiva o che terminano su una carica negativa è proporzionale al valore della carica; Quanto più dense sono le linee di forza, tanto più elevata è l intensità del campo In elettrostatica un dipolo elettrico è un sistema composto da due cariche elettriche uguali e opposte di segno e separate da una distanza costante nel tempo. È uno dei più semplici sistemi di cariche che si possano studiare e rappresenta l'approssimazione basilare del campo elettrico generato da un insieme di cariche globalmente neutro. 12

13 Campo elettrico 13 PROPRIETA GENERALI LINEE DI FORZE 1) Le linee di forza del campo elettrico individuano la direzione del campo elettrico: in ogni punto dello spazio il campo elettrico è tangente alla linea di forza passante in quel punto; 2) Le linee di forza sono tracciate in modo tale che l intensità del campo elettrico in un punto sia proporzionale al numero di linee che attraversano una superficie di area unitaria posta in quel punto ortogonalmente alle linee di campo. Quanto più le linee di campo sono dense, tanto più elevata è l intensità del campo; 3) Le linee di campo sono uscenti dalle cariche positive ed entranti in quelle negative: il numero di linee che convergono in un punto occupato da una carica puntiforme è proporzionale alla carica.

14 Potenziale elettrico 14 DEFINIZIONE Lavoro= Forza X Spostamento Unità di misura: Newton X metro = Joule

15 Potenziale elettrico 15 FORZA F α Se forza e spostamento non sono paralleli e concordi in verso allora la formula diventa: SPOSTAMETO S L F S cos

16 Potenziale elettrico 16 FORZA F α SPOSTAMETO S Se forza e spostamento sono perpendicolari: cosα=0 E quindi: L=0

17 Potenziale elettrico 17 Se forza e spostamento sono opposti: cosα=-1 E quindi: α L=-F S FORZA F SPOSTAMETO S

18 Potenziale elettrico 18 Quando una carica elettrica q viene posta in un campo elettrico E essa subisce una forza data dalla formula: F=qE

19 Potenziale elettrico 19 E q F Quindi, quando la carica si sposta la forza elettrica compie lavoro

20 Potenziale elettrico 20 E Q=1 coulomb B Il lavoro fatto dalla forza elettrica quando la carica di prova unitaria viene portata dal punto A al punto B, cambiato di segno, si dice DIFFERENZA DI POTENZIALE TRA A E B

21 Potenziale elettrico In formule: 21 V L(carica unitaria) Se la carica non è unitaria si divide il lavoro fatto per la carica stessa V L q La differenza di potenziale è quindi il rapporto tra lavoro e la carica

22 Potenziale elettrico 22 Unità di misura: Joule/Coulomb=VOLT Una differenza di potenziale di un volt corrisponde a un lavoro di un joule compiuto da una carica di un coulomb

23 Potenziale elettrico Il voltaggio indicato su una batteria è la differenza di potenziale tra il polo positivo e quello negativo 23

24 Potenziale elettrico 24 Il simbolo Δ rappresenta una differenza tra valore finale e valore iniziale di una grandezza V V V B A Dove Va e Vb sono il potenziale in A e B rispettivamente

25 Potenziale elettrico Cambiando di segno 25 V ( V V ) A B Possiamo anche scrivere la definizione di differenza di potenziale così: V V A B L q

26 A + - +q Corsi di Laurea Potenziale elettrico B 26 Quando la carica di prova (che è sempre positiva) va dalla piastra positiva a quella negativa il lavoro fatto è positivo

27 A + - +q Corsi di Laurea FORZA SPOSTAMENTO Potenziale elettrico B 27 Infatti la carica positiva è respinta dalla piastra positiva e quindi forza e spostamento sono concordi

28 Potenziale elettrico 28 Fin qui è stata definita la differenza di potenziale; ma che cos è il potenziale? Ovvero; cosa rappresenta Va da solo?

29 A Corsi di Laurea Potenziale elettrico 29 Il potenziale in un punto A è definito come la differenza di potenziale tra quel punto e un altro punto B posto per convenzione a potenziale zero B con V B =0

30 A Corsi di Laurea Potenziale elettrico 30 Come si fa a sapere che un punto si trova a potenziale zero? SI TRATTA DI UNA CONVENZIONE B con V B =0

31 A Corsi di Laurea Potenziale elettrico 31 Nella fisica teorica si adotta come convenzione che il potenziale sia zero all infinito V 0 B con V B =0

32 Linee equipotenziale 32 V=costante Se ci spostiamo da un punto a un altro il potenziale può variare oppure restare costante; l insieme di tutti i punti che si trovano ad uno stesso valore di potenziale forma una superficie chiamata SUPERFICIE EQUIPOTENZIALE

33 Corrente elettrica 33

34 Corrente elettrica Moto delle cariche elettriche 34

35 Corrente elettrica Legge di Ohm 35

36 Corrente elettrica Resistenza e resistività 36

37 Corrente elettrica Conduttori e isolanti 37

38 Corrente elettrica Conduttori e isolanti 38

39 Corrente elettrica Effetto termico della corrente e concetto di Potenza 39

40 Campo magnetico 40

41 Campo magnetico 41

42 Campo magnetico 42

43 Campo magnetico Interazioni magnete-corrente e corrente-corrente 43

44 Campo magnetico Interazioni magnete-corrente e corrente-corrente 44

45 Campo magnetico Campo di induzione magnetica 45

46 Campo magnetico Campo di induzione magnetica 46

47 Campo magnetico 47

48 48 RIFERIMENTI 0) LIBRO DI TESTO 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) 9) 10) Fisica