LA CARICA ELETTRICA E LA LEGGE DI COULOMB V CLASSICO PROF.SSA DELFINO M. G.

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1 LA CARICA ELETTRICA E LA LEGGE DI COULOMB 1 V CLASSICO PROF.SSA DELFINO M. G.

2 UNITÀ 1 - LA CARICA ELETTRICA E LA LEGGE DI COULOMB 1. Le cariche elettriche 2. La legge di Coulomb 2

3 LEZIONE 1 - LE CARICHE ELETTRICHE Due corpi dotati di carica elettrica interagiscono con forze di tipo attrattivo o repulsivo 3

4 LEZIONE 1 - LE CARICHE ELETTRICHE Alcune sostanze (ambra, vetro, materie plastiche, ) si elettrizzano per strofinio, cioè strofinate con un panno acquistano la capacità di attrarre corpi leggeri. Il termine elettricità deriva da electron, nome greco dell ambra Due oggetti elettrizzati interagiscono con una forza attrattiva o repulsiva L elettrizzazione per strofinio è dovuta al trasferimento di carica elettrica tra il panno che strofina e il corpo che si elettrizza: si dice che il corpo strofinato e il panno si caricano 4

5 LEZIONE 1 - LE CARICHE ELETTRICHE Distinguiamo due tipi di cariche elettriche: carica positiva e carica negativa Hip di Franklin: Cariche dello stesso segno si attraggono, cariche di segno opposto si respingono. Nel SI la carica elettrica è una grandezza derivata e si misura in coulomb (C) Due corpi hanno la carica di 1 coulomb se posti nel vuoto alla distanza di 1 metro interagiscono con una forza di intensità N. 5

6 LEZIONE 1 - LE CARICHE ELETTRICHE La materia ha proprietà elettriche J.J. Thomson (1897) Scoperta dell elettrone. Tutti gli atomi contengono elettroni, particelle dotate di carica negativa q e. Poiché gli atomi sono complessivamente neutri, devono contenere anche cariche positive (Thomson ipotizzò cariche positive diffuse). LEGGE DI CONSERVAZIONE DELLA CARICA R. Millikan (1909) - Un corpo ha una carica Q, positiva o negativa, che è sempre un multiplo intero della carica dell elettrone: Q = n q e La carica elettrica è quantizzata, q e è la carica elementare. 6

7 LEZIONE 1 - LE CARICHE ELETTRICHE Rutherford (1911) In un atomo la carica positiva è concentrata nel nucleo centrale; la carica negativa (gli elettroni) si muove intorno al nucleo. La struttura dell atomo è spiegata solo dalla meccanica quantistica. Il nucleo è composto da due tipi di particelle: i protoni, con carica positiva q p = - q e, e i neutroni, privi di carica. Un atomo di numero atomico Z possiede Z protoni nel nucleo (carica del nucleo Q = Z q p ) e Z elettroni intorno al nucleo. 7

8 LEZIONE 1 - LE CARICHE ELETTRICHE Nei corpi conduttori di elettricità esistono cariche elettriche libere di muoversi. Se si trasferisce carica elettrica a un conduttore, la carica si ridistribuisce su di esso Nei conduttori metallici le cariche libere sono elettroni di conduzione, liberi di muoversi all interno del corpo Definizione operativa di carica: Un oggetto è carico se, messo a contatto con l elettroscopio, fa divaricare le sue foglie Nei corpi isolanti non esistono cariche libere di muoversi. Elettrizzando un isolante, la carica trasferita resta localizzata I materiali semiconduttori hanno proprietà di conduzione elettrica intermedie e sono alla base di tutti i dispositivi elettronici 8

9 LEZIONE 2 - LA LEGGE DI COULOMB La forza che si esercita fra due cariche elettriche dipende dal valore delle cariche e dalla loro distanza 9

10 LEZIONE 2 - LA LEGGE DI COULOMB Bilancia di torsione di Coulomb: il momento della forza di repulsione tra le cariche A e B fa ruotare l asta. L angolo di rotazione, in equilibrio, è direttamente proporzionale al momento, e quindi alla forza elettrica. Misurando l angolo di rotazione è possibile risalire alla forza tra le due cariche 10

11 LEZIONE 2 - LA LEGGE DI COULOMB lntensità della forza elettrostatica: legge di Coulomb La costante di proporzionalità k dipende dal mezzo in cui si trovano le cariche; nel vuoto, in unità SI, si ha: Per il terzo principio della dinamica, le forze esercitate da Q 1 su Q 2 e da Q 2 su Q 1 sono uguali e opposte: entrambe hanno modulo uguale a F. 11

12 LEZIONE 2 - LA LEGGE DI COULOMB Intensità: direttamente proporzionale alle cariche e inversamente proporzionale al quadrato della distanza Direzione: lungo la congiungente delle cariche Verso: attrattivo per cariche discordi, repulsivo per cariche concordi 12

13 LEZIONE 2 - LA LEGGE DI COULOMB Se le cariche si trovano in un mezzo, direzione e verso della forza elettrostatica non cambiano, mentre l intensità diminuisce: ε r : costante dielettrica relativa del mezzo. È sempre ε r > 1 ε : costante dielettrica assoluta 13

14 LEZIONE 2 - LA LEGGE DI COULOMB Forza Elettrica e Forza Gravitazionale ANALOGIE o Agiscono a distanza odecrescono con il quadrato della distanza oagiscono lungo la linea congiungente i due corpi onel caso di cariche con segno opposto, le due forze hanno lo stesso verso DIFFERENZE o La F. Grav. si esercita su tutti i corpi, la F. Elet. solo fra quelli carichi elettricamente ola F. Grav. è sempre attrattiva, la F. Elet. può essere attrattiva o repulsiva ola F. Grav. non risente del mezzo in cui i corpi sono immersi a differenza della F. Grav. ola F. Grav. è più debole della F. Elet. 14

15 LEZIONE 2 - LA LEGGE DI COULOMB Vale il principio di sovrapposizione: in un sistema di cariche, la forza su una carica q è la somma vettoriale delle forze esercitate su q da ciascuna delle altre cariche del sistema 15

16 LEZIONE 2 - LA LEGGE DI COULOMB Un corpo conduttore può essere soggetto a induzione elettrostatica Si avvicina un corpo carico a un conduttore scarico. Le cariche libere del conduttore si muovono: si creano due zone cariche di segno opposto, una più vicina e una più lontana. Il conduttore, se molto leggero, può essere attratto L induzione elettrostatica può essere usata per caricare corpi conduttori Si chiama induzione elettrostatica la ridistribuzione di carica causata, in un conduttore neutro, dalla vicinanza di un corpo carico 16