Dotto Formazione a tutto tondo Rapid Training 2018 Corso di Fisica Argomento 12 Elettricità: forza e campo elettrico

Transcript

1

2 Dotto Formazione a tutto tondo Rapid Training 2018 Corso di Fisica Argomento 12 Elettricità: forza e campo elettrico 2

3 La carica elettrica La carica elettrica è una proprietà della materia. si è stabilito che la carica dell elettrone è negativa: e = e le cariche elettriche attratte dall elettrone si definiscono positive, quelle respinte negative. come conseguenza le cariche positive si respingono. 3

4 Proprietà fondamentali della carica 1) La carica è quantizzata: assume solo valori multipli di una carica fondamentale che è quella dell elettrone. e = C q = ne n Z 2) In tutti i processi fisici la carica totale, intesa come somma algebrica delle cariche, si conserva. 4

5 La Legge di Coulomb nel vuoto Due cariche Q e q interagiscono tra loro con una forza avente: come direzione la retta congiungente; verso attrattivo se le cariche sono discordi, repulsiva se sono concordi; modulo dato dalla legge di Coulomb: F = k Q q d 2 k 1 N m πε 0 C 2 ε 0 = C 2 N m 2 5

6 Esercizio 12.1 Due cariche puntiformi q 1 e q 2 vengono allontanate nello stesso mezzo in modo che la forza di interazione diventi 1/2 del valore iniziale. La loro distanza è aumentata di un fattore: A) 1/2 B) 4 C) 2 D) 1 E) 2 6

7 Esercizio 12.2 Due cariche puntiformi q 1 e q 2 sono poste ad una distanza r. Quale delle seguenti modifiche lascia la forza inalterata? A) q 1 2, 2q 2, r 2 B) 2q 1, 2q 2, 2r C) q 1 2, q 2 2, r 4 D) 2q 1, 2q 2, 4r E) nessuna delle opzioni precedenti 7

8 La Legge di Coulomb nei mezzi Si osserva sperimentalmente che in un mezzo la forza di interazione elettrica è inferiore rispetto al vuoto: F vuoto F mezzo ε r > 1 F mezzo = 1 Q q 4πε 0 ε r d 2 8

9 Esercizio 12.3 Due cariche puntiformi q 1 e q 2 si attraggono nel vuoto con una forza F. Se le cariche vengono poste in un mezzo ignoto la forza riduce la propria intensità di 80 volte. La costante dielettrica relativa del mezzo vale: A) 20 B) 6400 C) 80 D) 1/80 E)

10 Il campo Nasce dall esigenza di descrivere un interazione (di qualunque natura) solamente in termini della sorgente dell interazione. Il campo è una funzione (scalare o vettoriale) che dipende dal tempo e dal punto dello spazio in cui si esamina l interazione. 10

11 Il campo elettrico (1) Il campo elettrico è il rapporto tra la forza che agisce su una carica di prova q 0 (piccola e positiva) e la carica di prova stessa. F E = Ԧ E q 0 + F Le linee di campo sono linee orientate dello spazio la cui retta tangente in un punto indica la direzione di E in quel punto. E Q 1 Q 1 Q 2 E Q 2 11

12 Il campo elettrico (2) Le linee di campo generate da una carica puntiforme Q sono: radiali aperte uscenti se la carica è positiva, entranti se la carica è negativa. Il campo elettrico in modulo vale: E = k Q r 2 12

13 Esercizio 12.4 Quale dei seguenti grafici rappresenta l andamento del campo elettrico agente su una carica di prova posta ad una distanza r da una carica sorgente? A) i numeri 1 e 2 indistintamente B) il numero 1 C) il numero 3 D) i numeri 4 e 5 indistintamente E) il numero 5 E r 13

14 Il principio di sovrapposizione Il campo elettrico agente su una q 1 + carica q 0 è la somma vettoriale di tutti i campi elettrici dovuti q 0 + E 1 all interazione tra la carica q 0 e le altre cariche sorgenti che q 2 + E 3 E 12 compongono il sistema: E 2 q 3 E TOT E TOT = E 1 + E E N 14

15 Esercizio 12.5 Il dipolo elettrico è composto da due cariche opposte ma uguali in modulo Q poste ad una distanza d. Nel punto centrale del segmento che congiunge le due cariche il campo elettrico vale: A) 2kQ 2 /d 2 diretto verso la carica positiva B) 2kQ 2 /d 2 diretto verso la carica negativa C) 2kQ 2 /d 2 diretto perpendicolarmente alla congiungente le cariche D) 0 E) 8kQ 2 /d 2 diretto verso la carica negativa 15

16 Esercizio 12.6 Due cariche uguali (positive) sono poste ad una distanza d. In quali punti tra quelli raffigurati una carica di prova rimane in equilibrio? A) 1 e 5 B) 1, 2 e 5 C) 4 D) 2 E) 2 e Q +Q 16

17 Il Teorema di Gauss Il flusso del campo elettrico attraverso una superficie chiusa arbitraria è uguale alla somma delle cariche interne alla superficie, diviso la costante elettrica del mezzo in cui si trovano le cariche: Φ E = σ i=1 N ε q i + 17

18 Esercizio 12.7 Una carica puntiforme genera un flusso Φ attraverso una superficie sferica di raggio r. Se il raggio della superficie triplicasse, il flusso sarebbe: A) Φ B) 3Φ C) 9Φ D) Φ/3 E) Φ/9 18

19 Distribuzione lineare di carica Il campo elettrico generato da una distribuzione lineare omogenea e infinita di carica è: perpendicolare in ogni punto alla direzione della distribuzione. uscente se la distribuzione è positiva, entrante se è negativa. λ = Q l E = λ 2πε 0 r 19

20 Distribuzione piana di carica Il campo elettrico generato da una distribuzione piana omogenea e infinita di carica è: perpendicolare in ogni punto al piano della distribuzione. uscente se la distribuzione è positiva, entrante se è negativa. uniforme. σ = Q S E = σ 2ε 0 20

21 Doppia distribuzione piana Il campo elettrico generato da due distribuzioni piane omogenea e infinite di carica, una positiva, l altra negativa, è: nullo nello spazio esterno perpendicolare in ogni punto alle distribuzioni e uniforme. uscente dalla lastra positiva, entrante in quella negativa. E = σ ε 0 21

22 Compiti Teoria: Editest, Manuale di Teoria, Capitolo Esercizi: Editest, Manuale di Esercizi, n