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1 INTRODUZIONE AL CORSO massa --> carica ricevimento testo (Mencuccini-Silvestrini / Mazzoldi-Nigro-Voci / Giancoli / Serway / Tipler / Halliday) come si studia (problema di fisica o di matematica?) esame passaggio II anno tutoring FISICA dal corso precedente azioni sui corpi (forze e momenti di forze) leggi di conservazione energia potenza trigonometria vettori derivate integrali tecniche per la soluzione di problemi applicativi 1

2 PROGRAMMA ESEMPI DI APPLICAZIONI 1) elettrostatica nel vuoto inkjet, xerox, radiografie 2) elettrostatica nella materia elettrodi ECG, v elettroforesi = 0 a = 0 3) corrente elettrica stazionaria motori D.C., v illuminazione 0 a = 0 LED 4) corrente elettrica lentamente variabile defibrillatore, v pacemaker 0 a 0 5) campo magnetico nel vuoto RM, motori elettrici 6) campo magnetico nella materia magneti 7) induzione elettromagnetica 8) onde elettromagnetiche 9) ottica geometrica 10)ottica fisica generatori, trasf., acc. med. nucl. telecomunicazioni strumenti ottici, fibre ottiche OCT:tomografia a coerenza ottica 1) ELETTROSTATICA NEL VUOTO da cosa è costituita la materia? vuoto!!! r elettrone <10-20 m r atomo m r nucleo m + forze fondamentali: Coulomb + forza forte (neutroni) 2

3 1) ELETTROSTATICA NEL VUOTO legge di Coulomb (cariche puntiformi, ferme nel vuoto) F = k ) *) +, + r6 -. da r - a r. k = 9,0 10 ; Nm. C. k = 1 e 4πε 0 = 8,9 + 3 costante dielettrica (o permettività) del vuoto 1 -. F -. = 4πε 3 r. r SI: un coulomb è la carica trasportata da una corrente di intensità un ampere in un secondo: 1 C = 1 A x 1 s 1) ELETTROSTATICA NEL VUOTO caratteristiche delle cariche uantizzazione della carica p = - e = e = 1,6 x C e = unità di carica elementare indivisibile il coulomb è una carica enorme: µc = micro coulomb: 10-6 C nc = nano coulomb: 10-9 C pc = pico coulomb: C 3

4 1) ELETTROSTATICA NEL VUOTO r F Coulomb = intensità della forza 1 4πϵ 3 -. r. rg F B,CD = G m -m. r. rg O P = + /? + Z-,VR-3 X*S? U-,VR-3 X*S? O Q UV,WR-3 + /YB + -,WR-3 X+[ YB ;,-R-3 X\* YB ) ELETTROSTATICA NEL VUOTO intensità della forza se le forze di natura elettrica sono così intense perché invece percepiamo soprattutto la gravità? Q TOT = N protoni x (+e) + N elettroni x (-e) con N protoni = N elettroni à Q TOT = 0!!! LA MATERIA E MACROSCOPICAMENTE NEUTRA 4

5 1) ELETTROSTATICA NEL VUOTO N protoni = N elettroni? X 2 1,7 mm m = 3,9 g a = F/m = 9 ^ 10 ; x Q protoni : acciaio ferro : A = 56; Z = 26 a,; B x 6 ^ 10.a ghidjk x 26 m,cncgk ichdcao x 1,6 ^ 10U-; = 174 kc bv B Acd Acd ghidjc m,cncgj se ci fosse un eccesso al = 1/ à 17,4 nc -W,` R -3 XS + -,WR-3 X\ + x - a,;r-3 X\ 200 m/s 2!!! 1) ELETTROSTATICA NEL VUOTO come perdere la neutralità (localmente) MATERIALI isolanti - dielettrici (cariche fisse) conduttori (cariche libere di muoversi) ROSSO elettroni di valenza BLU elettroni di conduzione (liberi) 5

6 1) ELETTROSTATICA NEL VUOTO come perdere la neutralità (localmente) ELETTROSCOPIO ELETTRIZZAZIONE strofinio (isolanti) contatto (conduttori) induzione per ottenere una carica di 1 nc è sufficiente spostare un elettrone ogni ) ELETTROSTATICA NEL VUOTO elettrizzazione STROFINIO FRA MATERIALI ISOLANTI la forza di attrito strappa alcuni elettroni che passano da un materiale all altro l ambra prende e - (elettricità resinosa PVC - ) il vetro cede e - (elettricità vetrosa plexiglas + ) si possono ottenere microcoulomb ambra <-> electron 6

7 1) ELETTROSTATICA NEL VUOTO elettrizzazione CONTATTO FRA MATERIALI CONDUTTORI nel contatto gli elettroni si ridistribuiscono fra i due corpi 1) ELETTROSTATICA NEL VUOTO elettrizzazione INDUZIONE SU MATERIALI CONDUTTORI gli elettroni si ridistribuiscono per allontanarsi uanto più possibile tra di loro ma risentendo dell eventuale attrazione da parte di cariche positive neutralità induzione messa a terra attrazione allontanamento 7

8 1) ELETTROSTATICA NEL VUOTO elettrizzazione INDUZIONE SU MATERIALI ISOLANTI gli elettroni del dielettrico subiscono l azione delle forze originate dal corpo carico ma non sono in grado di allontanarsi dai rispettivi nuclei (polarizzazione) à vedremo dopo 1) ELETTROSTATICA NEL VUOTO F -. = esempio πε 3 r. r Q r r F = - ) rg ` } ~, + r r??? 8

9 1) ELETTROSTATICA NEL VUOTO additività/sovrapposizione F = - /. ) r ƒ ` ~, r + r r. = r. + d. 2 F cos F sin F 1) ELETTROSTATICA NEL VUOTO additività/sovrapposizione F sin F = - /. ) r ƒƒ ` ~, + r r F r. = r. + d 2 F cos. 9

10 1) ELETTROSTATICA NEL VUOTO additività/sovrapposizione F = - /. ) r ƒ F = - /. ) r ƒƒ ` ~, + ` ~, + r. = r. + d 2. r. = r. + d 2. r. = r. = r. + d 2. r F = F = F = r r - /. ) ` ~, + Z ˆ + F sin + F ƒ F ƒ!!! F 2Fcos F F sin 1) ELETTROSTATICA NEL VUOTO additività/sovrapposizione - /. ) F = F = F = ` ~, + Z ˆ + 2Fcosθ = 2 1 r 4πε 3 + r. + d. 2 r. + d 2 = 1 Q 1 4πε 3 r. 1 + d. a/. se d << r allora cosθ 1 2r F sin r r r F sin F F 2Fcos. 10

11 1) ELETTROSTATICA NEL VUOTO dalla forza al campo 0 CARICA ESPLORATRICE E r CAMPO VETTORIALE r E 1 -. F -. = 4πε 3 r. r F = 4πε 3 r. rg E(r ) = F 0 = 1 4πε 3 r. rg g = F peso m g = G M terra R 2 [E] = N/C = V/m = volt/metro rg 11