La Carica Elettrica e la Legge di Coulomb · Alcune sostanze (ambra, vetro, materie plastiche, …)...
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LA CARICA ELETTRICA E LA LEGGE DI COULOMB V CLASSICO – PROF.SSA DELFINO M. G. 1
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LA CARICA ELETTRICA E LA
LEGGE DI COULOMB
V CLASSICO – PROF.SSA DELFINO M. G.
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UNITÀ 1 - LA CARICA ELETTRICA E LA
LEGGE DI COULOMB
1. Le cariche elettriche
2. La legge di Coulomb
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Due corpi
dotati di carica elettrica
interagiscono con forze
di tipo attrattivo o repulsivo
LEZIONE 1 - LE CARICHE ELETTRICHE
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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
LEZIONE 1 - LE CARICHE ELETTRICHE
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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 9 × 109 N.
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La materia ha proprietà elettriche
J.J. Thomson (1897) – Scoperta dell’elettrone.
Tutti gli atomi contengono elettroni, particelle
dotate di carica negativa qe.
Poiché gli atomi sono complessivamente neutri,
devono contenere anche cariche positive
(Thomson ipotizzò cariche positive diffuse).
R. Millikan (1909) - Un corpo ha una carica Q, positiva o
negativa, che è sempre un multiplo intero della carica
dell’elettrone: Q = n·qe
La carica elettrica è quantizzata, qe è la carica elementare.
LEZIONE 1 - LE CARICHE ELETTRICHE
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LEGGE DI CONSERVAZIONE DELLA
CARICA
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 qp = - qe, e i neutroni, privi di carica.
Un atomo di numero atomico Z possiede Z protoni nel nucleo (carica
del nucleo Q = Z·qp) e Z elettroni intorno al nucleo.
LEZIONE 1 - LE CARICHE ELETTRICHE
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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
LEZIONE 1 - LE CARICHE ELETTRICHE
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La forza che si esercita fra due
cariche elettriche dipende dal
valore delle cariche e dalla loro
distanza
LEZIONE 2 - LA LEGGE DI COULOMB
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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
LEZIONE 2 - LA LEGGE DI COULOMB
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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 Q1 su Q2 e
da Q2 su Q1 sono uguali e opposte: entrambe hanno modulo uguale a F.
LEZIONE 2 - LA LEGGE DI COULOMB
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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
LEZIONE 2 - LA LEGGE DI COULOMB
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Se le cariche si trovano in un mezzo, direzione e verso della forza
elettrostatica non cambiano, mentre l’intensità diminuisce:
εr : costante
dielettrica
relativa del
mezzo.
È sempre εr > 1
LEZIONE 2 - LA LEGGE DI COULOMB
ε : costante dielettrica assoluta 13
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.
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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
LEZIONE 2 - LA LEGGE DI COULOMB
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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
LEZIONE 2 - LA LEGGE DI COULOMB
Si chiama induzione elettrostatica la ridistribuzione di carica
causata, in un conduttore neutro, dalla vicinanza di un corpo
carico
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