ELETTROSTATICA. Pagina 1 di 6

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1 ELETTROSTATICA Quasi tutti i fenomeni naturali, dai più semplici ai più complessi, si riducono ad azioni elettriche. infatti, le forze in gioco in natura sono di origine gravitazionale elettrica e magnetica, il magnetismo, come vedremo, è una manifestazione dell'elettricità. Ma che cos'è l'elettricità? certo sappiamo che oggi essa è indispensabile come l'aria e preziosa come l'acqua. Molti ricorderanno che la mancanza di energia elettrica, durata appena qualche ora, paralizzò completamente la vita di una grande metropoli come New York, provocando addirittura la morte di alcune persone. Senza il proposito di voler indagare sull'intima essenza dei fenomeni elettrici, descriveremo in questo capitolo quelli in cui le cariche elettriche sono in equilibrio relativo ( ELETTROSTATICA ); successivamente vedremo quali grandezze fisiche li possono meglio caratterizzare e quali relazioni quantitative regolano i fenomeni stessi. Elettrizzazione dei corpi per strofinio Già nel settimo secolo a. C. era noto agli antichi greci che l'ambra strofinata acquista la proprietà di attirare a sé corpi molto leggeri come pezzetti di carta, pagliuzze, piume, limatura di ferro e così via. Sembra che il termine elettricità e tutte le sue varie ramificazioni derivino dal vocabolo greco electron, che vuol dire appunto ambra. AMBRA : resina fossile 80% Carbonio 10% idrogeno 10% ossigeno Il fatto che per molti secoli tale proprietà è stata attribuita quasi esclusivamente all'ambra sta a significare che nelle altre sostanze il fenomeno si manifesta in modo del tutto trascurabile; occorreva allora sperimentare con nuove sostanze oppure rendere più sensibili gli strumenti adoperati in queste osservazioni. In effetti così è avvenuto in seguito all industrializzazione si è trovato che esistono sostanze come il vetro,lo zolfo, l' ebanite, la ceralacca e recentemente molte materie plastiche tra cui il politilene e il plexiglass, che presentano in misura notevole la proprietà di elettrizzarsi per strofinio. Eseguiamo ora delle semplici esperienze per fissare alcuni punti fondamentali che svilupperemo in seguito: Pagina 1 di 6

2 Sulla punta di un'astina d'acciaio sostenuta verticalmente mediante un piedino poggiamo, per la sede conica Posta nella sua parte centrale, una bacchetta di ebanite A B. Strofiniamo quindi con un panno di lana l'estremità C di una seconda bacchetta di ebanite C e accostiamola all'estremità A; possiamo constatare allora che tra C e A si esercita una forza di attrazione. Se invece accostiamo ad A l'estremità D, si può osservare che tra le due parti non si esercita alcuna forza. Un nuovo stato fisico si è destato, per strofinio, sulla bacchetta di ebanite e tale proprietà rimane localizzata nella parte strofinata. Lo stesso effetto si verifica se si strofina una bacchetta di vetro o di plexiglas e si accosta alla bacchetta di ebanite A B:la forza è sempre di attrazione e lo stato fisico rimane localizzato nella parte strofinata. Se invece si adopera una astina di metallo MN, anch'essa strofinata con un panno di lana, si può notare che, accostata alla bacchetta AB, essa non esercita nessuna attrazione. Munendo però l' astina di una impugnatura di vetro e strofinandone l' estremità M si può notare che M attira A come prima e la stessa cosa si verifica per ogni punto dell' astina metallica. In questa dunque lo stato fisico destato per strofinio in una sua parte si trasmette in tutta la superficie del metallo. Le esperienze descritte e molte altre ci inducono ad ammettere che Pagina 2 di 6

3 TUTTI I CORPI SI ELETTRIZZANO PER STROFINIO Essi quindi acquistano una proprietà che prima non avevano, proprietà che viene detta stato elettrico In seguito, fino a quando non sarà precisata. la natura dell'elettricità, per indicare che un corpo si trova in un particolare stato elettrico, diremo indifferentemente che esso è carico di elettricità o che possiede cariche elettriche. Isolanti e conduttori Si è visto che esistono corpi nei quali lo stato elettrico rimane localizzato nella parte in cui viene esercitata l'azione di strofinio e corpi nei quali invece tale stato elettrico si trasmette su tutta la loro superficie. I corpi del primo tipo vengono detti isolanti, gli altri conduttori E bene precisare sin da ora che il potere isolante dei corpi dipende da molti fattori quali, in particolare, il loro stato di purezza e di umidità. Difficilmente si riesce, per esempio, ad elettrizzare per strofinio una bacchetta di vetro non completamente asciutta e tutte le esperienze di elettrostatica, anche se preparate molto accuratamente, danno esito negativo se vengono effettuate in un ambiente molto umido o reso tale dalla presenza di molte persone. Il nostro corpo, la terra, tutti i metalli e le loro combinazioni, l'acqua che non sia pura, le soluzioni di acidi, basi e sali e i corpi con un elevato grado di umidità, si possono considerare conduttori in misura più o meno grande. Le due facce opposte dell elettricità: cariche positive e negative. Sospendiamo per il suo centro una bacchetta di ebanite A B dopo averne strofinato con un panno di lana l'estremità A e accostiamo ad essa l'estremità C di una seconda bacchetta di ebanite C D, elettrizzata come la prima; questa volta possiamo osservare che tra A e C si esercita una forza di repulsione. Pagina 3 di 6

4 Lo stesso fenomeno si verifica operando, per esempio, con due bacchette di vetro o di plexiglas Se invece si effettua l'esperienza con due bacchette, una di vetro e l'altra di ebanite, strofinate con un panno di lana, si osserva ché esse si attirano. Operando con una serie di bacchette si può dimostrare che esse si comportano o come il vetro o come l'ebanite. Tutte queste esperienze sulle azioni tra corpi elettrizzati ci portano a concludere che 1) Esistono due specie di cariche elettriche aventi proprietà opposte: per convenzione vengono considerate POSITIVE quelle che si manifestano nel vetro e NEGATIVE quelle che si manifestano nell ebanite 2) Cariche dello stesso segno si respingono mentre cariche di segno opposto si attraggono 3) Se in uno stesso corpo il numero di cariche positive è uguale al numero di cariche negative, la carica risultante è nulla e il corpo si trova allo stato neutro Elettrizzazione dei corpi per contatto. Realizziamo un pendolino elettrico fissando l'estremo A (fig. 9-10) di un filo di materiale isolante, per esempio di seta, ad un sostegno S e legando l'altro estremo B ad una pallina di sughero o di midollo di sambuco rivestita di un sottile strato metallico. Se tocchiamo la pallina con l'estremità C di una bacchetta di ebanite, strofinata con un panno di lana, possiamo osservare che la pallina viene respinta. Ciò prova che nel contatto la bacchetta elettrizzata ha comunicato alla pallina una carica dello stesso segno, in questo caso negativa. Volendo poi verificare che dopo il distacco la pallina si è elettrizzata negativamente, basta riaccostare ad essa un'altra bacchetta carica; se questa è di vetro, o di un materiale che si comporta come il vetro, la pallina viene attirata, se invece la bacchetta è di ebanite, o di un materiale che si comporta come ebanite, la pallina viene respinta. In tal modo il pendolino elettrico costituisce il più semplice dispositivo che dà la possibilità di riconoscere il segno della carica posseduta da un corpo. Dato però che le dimensioni della sferetta sono molto piccole, la carica che essa acquista è relativamente Pagina 4 di 6

5 debole e si disperde in breve tempo. Per ovviare a questo inconveniente si ricorre all'elettroscopio che, come vedremo, ha una maggiore capacità elettrica. Elettroscopio. Quest'apparecchio nella forma più comune (fig. 9-11) è costituito da un' astina metallica che termina superiormente con una sferetta, anch'essa metallica, mentre nella parte inferiore porta sospese due foglie sottilissime d'oro o d'alluminio. L'astina è montata verticalmente, attraverso un tappo di materiale fortemente isolante, nella parte superiore di una scatola, generalmente metallica, provvista di un'apposita finestra di vetro per consentire la visibilità delle foglie. La custodia metallica viene collegata a terra e serve sia per proteggere le foglie da eventuali correnti d'aria sia per isolare l'ambiente interno da possibili azioni elettriche di cariche esterne. Se si mette a contatto con la sferetta dell'elettroscopio un corpo carico di elettricità, una parte della carica che esso porta si trasmette, attraverso l'astina metallica, alle foglie di conseguenza queste, caricandosi di elettricità dello stesso segno, si respingono e divergono rimanendo in tale posizione finché la carica permane su di esse. Poiché l'isolamento dell'elettroscopio non è mai perfetto, le cariche sfuggono in un tempo più o meno breve e le foglie ricadono disponendosi lungo la verticale. L'esperienza mostra che, collegandolo a terra mediante un conduttore o più semplicemente toccandolo con un dito. l'elettroscopio si scarica istantaneamente. Per questo motivo diciamo che la terra disperde le cariche elettriche. Elettrizzazione dei corpi per induzione. Il fatto che un corpo elettrizzato A (fig. 9-13) attiri a sé un corpo neutro B, si può spiegare ammettendo che nelle parti di B più vicine ad A si destano cariche di segno contrario. Vogliamo approfondire lo studio di questo fenomeno che va sotto il nome di.elettrizzazione per influenza o per induzione Pagina 5 di 6

6 Poniamo un pendolino elettrico 0 P in vicinanza dell'estremità A di un'astina metallica sorretta mediante un supporto isolante L Se accostiamo all'altra estremità B dell'astina un corpo elettrizzato C, possiamo notare che la pallina P viene attirata verso l'estremo A mentre si riporta nella posizione iniziale quando il corpo elettrizzato viene allontanato. E evidente allora che nell'astina metallica viene destata per induzione una carica elettrica che attira appunto la pallina del pendolino. Disponendo poi lungo l'astina (fig. 9-15), ad eguale distanza, dei doppi pendolini sospesi con fili metallici si può osservare che quelli posti vicino ad A e B divergono di più rispetto a quelli che si trovano vicino alla zona centrale; in questa il doppio pendolo resta chiuso. Pertanto si verifica che la distribuzione delle cariche indotte non è uniforme e decresce dagli estremi del conduttore sino ad annullarsi nella zona centrale, detta zona neutra. Volendo precisare il segno delle cariche indotte, eseguiamo un'altra esperienza servendoci del dispositivo illustrato in figura 9-16 nel quale A e B sono due sfere metalliche poste in contatto nel punto D e sostenute da due supporti isolanti M ed N. Accostiamo ad A un corpo C elettrizzato e successivamente separiamo le due sfere in presenza di C, che contemporaneamente viene allontanato da esse. Mediante un pendolino elettrizzato si può constatare che la carica destata in A è opposta rispetto a quella destata in B e precisamente: se il corpo C è elettrizzato positivamente la sfera A, più vicina ad esso, si carica negativamente mentre la sfera B, posta più lontano, si carica positivamente. Pagina 6 di 6