FENOMENI ELETTROSTATICI ELEMENTARI

Alcuni fenomeni elettrici elementari sono noti fin dall’antichitàUn pezzo di ambra strofinato con un panno di lana acquista la capacità di attrarre a sé piccoli corpi leggeri.Il termine elettricità deriva dalla parola greca elektron (=ambra)

FENOMENI ELETTROSTATICI ELEMENTARI

Il medico inglese William Gilbert, alla fine del ‘500, descrisse i fenomeni elettrici e magnetici elementari nel suo trattato “De magnete”.La trattazione è essenzialmente qualitativa e la mancanza di un approccio matematico fu criticata da Galileo

FENOMENI ELETTROSTATICI ELEMENTARI

Per quasi due secoli la trattazione dei fenomeni elettrici rimase a livello qualitativo: all’inizio non era nemmeno chiaro che cosa si dovesse misurare.Questo diede l’impressione che la teoria elettrica fosse una scienza di “serie B” rispetto alla meccanica celeste

FENOMENI ELETTROSTATICI ELEMENTARI

Solo un secolo dopo Gilbert, nel ‘700, si cominciarono a compiere le prime osservazioni quantitative.Jean-Antoine Nollet fu il primo a costruire un elettrometro, cioè un apparecchio in grado di rilevare la carica elettrica e misurarla, anche se in modo grossolano

ELETTROSCOPIO A FOGLIEIl più semplice tipo di elettroscopio è quello “a foglie d’oro”.E’ costituito da un recipiente di vetro in cui è inserita un’asta metallica che termina con due sottili strisce d’oro. Quando il pomello collegato all’asta viene caricato elettricamente le foglie si caricano a loro volta e si respingono

ELETTROSCOPIO A FOGLIEQuesto tipo di strumento non è in grado di dare una misurazione della carica elettrica, ma solo una valutazione approssimata a seconda del grado di divaricazione delle foglie

CORPI ELETTRIZZABILIAll’inizio non era chiaro se l’elettricità fosse una proprietà generale dei corpi.Otto von Guericke, noto per l’esperimento degli emisferi di Magdeburgo, scoprì che tutti i corpi sono più o meno elettrizzabili

CORPI ELETTRIZZABILIEgli costruì una delle prime macchine elettrostatiche, che era in grado di caricare per strofinio delle sfere di zolfo.Per mezzo di questa scoprì che l’elettricità può propagarsi a un filo metallico

CONDUTTORI E ISOLANTIStephen Gray scoprì che alcuni materiali sono in grado di trasmettere meglio di altri l’elettricità.Questi materiali, tra cui ad esempio e metalli, furono poi chiamati conduttori

LA BOTTIGLIA DI LEYDAFu il primo condensatore, apparecchio capace di accumulare grandi quantità di elettricità.E’ costituita da un recipiente di vetro rivestito tanto all’interno quanto all’esterno da fogli metallici.Attraverso un’asta metallica la parte interna può essere caricata da una macchina elettrostatica mentre la parte esterna è messa a terra

LA BOTTIGLIA DI LEYDALa scarica della bottiglia può essere ottenuta unendo il pomello all’armatura esterna con un elemento metallico dotato di impugnatura isolante.

LA PILA DI VOLTALa bottiglia di Leyda è in grado di dare forti scosse elettrostatiche ma non di fornire corrente in modo continuo.Questo fu ottenuto solo con l’invenzione della pila da parte di Alessandro Volta

DUE TIPI DI ELETTRICITA’Charles Du Fay ipotizzò che esistessero due tipi di elettricità, che egli chiamò vetrosa (tipica del vetro) e resinosa (tipica dell’ambra).Egli enunciò la regola fondamentale per cui • corpi con lo stesso tipo di elettricità si respingono• corpi con tipi di elettricità diversi si attraggono

DUE TIPI DI ELETTRICITA’Benjamin Franiklin respinse l’ipotesi di Dufay e sostenne che esistesse un unico fluido elettrico: l’elettricità vetrosa era dovuta a un eccesso di questo fluido, per cui egli la chiamò positiva, mentre quella resinosa era dovuta a una carenza di fluido, per cui venne chiamata negativa

DUE TIPI DI ELETTRICITA’In parte avevano entrambi ragione: in effetti esistono due tipi di carica elettrica, ancor oggi chiamati carica positiva e carica negativa.E’ però vero che l’elettrizzazione statica dei corpi è dovuta esclusivamente a un eccesso o ad una carenza di elettroni:i corpi che si caricano negativamente, come l’ambra, tendono ad acquisire elettroni, mentre quelli che si caricano positivamente, come il vetro, tendono a perderli

COULOMBLa teoria dei fenomeni elettrici entrò a far parte a pieno titolo della fisica “di serie A” quando Charles- Augustin de Coulomb formulò la legge che porta il suo nome e che descrive matematicamente l’interazione tra due corpi carichi elettricamente

L’ELETTRONELa natura dell’elettricità rimase un mistero fino alla scoperta dell’elettrone da parte di J.J. Thompson.Oggi sappiamo che la carica elettrica è una proprietà fondamentale delle particelle elementari.

LA QUANTITA’ DI ELETTRICITA’

Se la carica elettrica è una proprietà fondamentale della materia, la sua misura prende il nome di quantità di elettricità, e l’unità usata per misurarla si chiama coulomb, in onore appunto di Coulomb.Il coulomb non è però un’unità fondamentale, ma derivata: l’unità fondamentale è l’ampère, così chiamato in onore di André Marie Ampère.

L’AMPÈREL’ampère è la corrente che passa in due conduttori rettilinei paralleli e di spessore trascurabile posti a distanza di un metro l’uno dall’altro nel vuoto quando essi si attraggono con una forza di 2∙10-7 newton per metro di lunghezza

IL COULOMBIl coulomb è la quantità di elettricità che passa in un conduttore in un secondo di tempo quando questo è attraversato da una corrente costante di un ampère

LA CARICA DELL’ELETTRONELa carica elettrica dell’elettrone fu misurata per la prima volta in un esperimento da Robert Millikan. Il valore oggi fissato è:

e = 1,6∙10-19 coulomb

LA CARICA DELL’ELETTRONEUn nebulizzatore introduce goccioline d’olio caricate per strofinio tra le piastre di un condensatore. La forza elettrica è regolata in modo da tenere alcune gocce sospese in aria, e permettere quindi di misurarne la carica.L’esperienza dimostrò che la carica delle gocce era sempre un multiplo intero di una unità fissa, la carica dell’elettrone appunto

CONDUTTORII conduttori sono corpi in cui la carica elettrica fluisce più o meno liberamente.Perché un corpo sia un conduttore devono essere presenti in esso particelle cariche elettricamente (elettroni o ioni) libere di muoversi.Queste particelle sono dette PORTATORI DI CARICA

METALLII metalli sono i più tipici conduttori solidi.Nel legame metallico gli elettroni di valenza costituiscono i portatori di carica.Essi sono liberi di vagare in tutto il reticolo cristallino, costituito dagli ioni positivi.L’insieme degli elettroni liberi è detto “mare di Fermi” ed è assimilabile a un gas con proprietà molto particolari

NON METALLIAnche alcuni non metalli sono conduttori, come il carbonio nei suoi stati di grafite e carbone.La grafite è costituita da piani di atomi di carbonio uniti da legami covalenti. I piani, a loro volta, sono uniti tra loro da legami deboli, e tra questi piani gli elettroni possono scorrere quasi liberamente

LIQUIDII sali fusi sono conduttori: infatti quando il sale fonde gli ioni positivi e negativi si liberano dai legami e possono muoversi liberamente, costituendo appunto i portatori di carica liberi

LIQUIDILe soluzioni di acqua e sali, o di acqua e acidi, sono conduttori.Anche in questo caso si ha una dissociazione delle molecole di sale o di acido in ioni, i quali vanno quindi a costituire i portatori di carica

L’ACQUAIl caso dell’acqua è molto particolare. L’acqua pura è un cattiva conduttore, ma non un isolante: infatti una piccola percentuale di molecole di acqua sono dissociate in ioni e quindi costituiscono portatori di carica

I GASI gas sono buoni isolanti finché la tensione elettrica non supera un certo valore di soglia, tipicamente di milioni di volt per metro, oltre il quale diventano forti conduttori.Il passaggio a conduttore avviene in modo piuttosto brusco nei gas a pressione ordinaria

I GASLa lampada al neon produce luce grazie al passaggio di corrente in un gas, il neon appunto.La scarica avviene a basso voltaggio, 100-200 volt, perché il gas contenuto si trova a bassa pressione

ISOLANTIGli isolanti non permettono il flusso di carica elettrica ma la trattengono su di sé se sono caricati.I solidi con legame covalente sono spesso isolanti perché gli elettroni di valenza sono bloccati nei legami e non sono liberi di muoversi

ISOLANTIAnche i solidi ionici, come i Sali, sono isolanti, perché gli ioni sono bloccati nel reticolo cristallino e quindi non sono liberi di muoversi

ISOLANTIIl vetro, solido privo di struttura cristallina, è un isolante.Non tutti gli amorfi sono isolanti: il carbone ad esempio è un conduttore

ISOLANTIGomma e materiali plastici sono i più noti isolanti.Tra i liquidi, quelli che non si dissociano in ioni, come l’alcool

SEMIMETALLISono sostanze che, pur avendo legame covalente, hanno una buona capacità di condurre l’elettricità.Questo è dovuto al fatto che un significativo numero di elettroni si libera dai legami grazie all’energia termica e quindi costituisce portatori di carica.Tra gli elementi sono semimetalli (o semiconduttori) silicio e germanio

LIQUIDII liquidi la cui molecola non ha tendenza a dissociarsi in ioni, come l’alcool, sono isolanti