La polarizzazione
Presentazione di Francesco Giuliano, Marzia Ratti, Pernille Kempe e Tommaso Mazzi
START
INDICE
1.
LA PENNA E I PEZZETTI DI CARTA
2.
COSA SAPPIAMO: I CONDUTTORI
3.
E PER I MATERIALI ISOLANTI?
4.
FORZA DI COULOMB E DIELETTRICI
5.
DEFINIZIONE DI POLARIZZAZIONE
6.
MECCANISMI DI POLARIZZAZIONE
7.
GLI EFFETTI DELLA POLARIZZAZIONE
8.
GLI EFFETTI DELLA POLARIZZAZIONE NELLA CHIMICA
9.
SIMULAZIONE CON PhET Interactive Simulations
LA PENNA E I PEZZETTI DI CARTA
Se si elettrizza una penna e si avvicina a dei pezzetti di carta, questi verranno attratti dalla penna, che risulta elettronegativa in seguito all'elettrizzazione per strofinio. La carta, tuttavia, è neutra. Com'è possibile quindi che un corpo neutro venga attratto da un corpo carico?
COSA SAPPIAMO: I CONDUTTORI
Quando un materiale conduttore neutro si avvicina a un corpo carico, le cariche all'interno di esso subiscono una temporanea ridistribuzione. Le cariche opposte al segno della carica del corpo carico vengono attratte, mentre le altre cercano di allontanarsi il più possibile. Se il corpo è appeso ad un filo, verrà attratto dal corpo carico.
Il fenomeno dell'induzione
Inoltre, per via della natura dei materiali conduttori, se due cariche vengono immerse in un conduttore, la forza di attrazione (o forza di Coulomb) tra di esse si annulla per effetto dell'induzione.
E PER I MATERIALI ISOLANTI?
Sappiamo che nei materiali isolanti le cariche non hanno la libertà di movimento che possiedono quelle dei conduttori. Tuttavia, in presenza di un corpo elettrizzato, nel materiale isolante avvengono dei micro movimenti delle cariche a livello atomico.
I singoli accoppiamenti di cariche positive e negative presenti nel corpo isolante (anche detto dielettrico) si orientano in modo tale che le cariche opposte a quella del corpo elettrizzato siano più vicine ad esso, e le cariche uguali siano più lontane possibile.Avviene il cosiddetto fenomeno della polarizzazione di un dielettrico.
FORZA DI COULOMB E DIELETTRICI
- Nel vuoto, il modulo della forza di Coulomb tra due cariche può essere calcolato con la seguente formula:
F0 =
_____
4π ε₀
|q₁ q₂|
_______
d²
dove il primo prodotto rappresenta la costante di proporzionalità k₀, e ε₀ rappresenta la costante dielettrica nel vuoto.
- Se le due cariche vengono immerse in un materiale dielettrico, la forza di attrazione può essere calcolata con una formula simile, dove cambia soltanto la costante di proporzionalità (qui k):
|q₁ q₂|
εᵣ, ovvero la permittività elettrica relativa, è un valore caratteristico di ogni materiale. È pari al rapporto tra F0 e F, così come al rapporto tra k0 e k.
_______
4π ε₀ εᵣ
_______
F =
d²
DEFINIZIONE DI POLARIZZAZIONE
La polarizzazione nei dielettrici è un fenomeno elettrico in cui le cariche all'interno di un materiale isolante vengono temporaneamente spostate o riorientate in seguito all'avvicinamento di un corpo carico. Questo processo porta alla creazione di una distribuzione di cariche all'interno del dielettrico, generando un momento di dipolo elettrico temporaneo.
un dipolo è una coppia di cariche elettriche di uguale intensità ma di segno opposto, separate da una certa distanza all'interno di un materiale.
La polarizzazione può avvenire attraverso due meccanismi distinti: per deformazione o per orientamento.
MECCANISMI DI POLARIZZAZIONE
Quando una molecola ha una disposizione simmetrica delle particelle cariche, con il centro di simmetria delle cariche negative coincidente con quello delle cariche positive, la molecola è considerata apolare. Se si avvicina un corpo carico, la molecola subisce una deformazione leggera, attrattiva per le cariche opposte, causando una perdita di simmetria nella distribuzione di carica e generando due poli distinti.
Molecole con una disposizione asimmetrica delle cariche mostrano una polarità specifica a causa delle diverse elettronegatività degli atomi. In queste molecole, la nube di elettroni si concentra sull'atomo più elettronegativo. Quando la molecola è esposta a un corpo carico, avviene una polarizzazione per orientamento, con l'estremità carica di segno opposto che si allinea verso il corpo carico. L'allineamento completo delle molecole è però ostacolato dall'agitazione termica.
GLI EFFETTI DELLA POLARIZZAZIONE
Per rispondere alla domanda iniziale su come un corpo isolante neutro (la carta), possa essere attratto da un corpo carico (la penna), è possibile quindi spiegare questo fenomeno attraverso il concetto di polarizzazione.
La polarizzazione, infatti, è l'equivalente, sebbene con modalità diverse, del fenomeno dell'induzione che riguarda i corpi conduttori. Sono entrambi una temporanea ricomposizione dell'ordine delle cariche in un corpo.
GLI EFFETTI DELLA POLARIZZAZIONE NELLA CHIMICA
Quando versiamo cloruro di sodio (NaCl) in acqua, le molecole d'acqua polari si dispongono attorno agli ioni del reticolo cristallino del sale, esercitando una forza di polarizzazione. Questo indebolisce l'attrazione tra gli ioni nel reticolo, e grazie all'agitazione termica, gli ioni si staccano dal reticolo e passano in soluzione. In breve, l'effetto della polarizzazione delle molecole d'acqua facilita la dissoluzione del sale, consentendo agli ioni di distribuirsi nella soluzione.
SIMULAZIONE CON PhET Interactive Simulations
Con questa simulazione è possibile visualizzare gli effetti della polarizzazione su una molecola biatomica esposta a due campi magnetici di segno opposto. È necessario aprire il link cliccando il bottone, dopodiché selezionare "Due atomi", poi selezionare "Potenziale elettrico" come superficie e attivare il campo elettrico. A questo punto si possono variare le elettronegatività dei singoli atomi e osservare i cambiamenti di orientamento che ne conseguono.
FONTI
https://www.youmath.it/lezioni/fisica
https://www.youtube.com/@LaFisicaCheCiPiace
https://it.wikipedia.org/
https://www.skuola.net/
https://www.youmath.it/lezioni/fisica
https://www.chimica-online.it/
Lezioni caricate su classroom
GRAZIE DELLA VOSTRA ATTENZIONE
Presentazione di Francesco Giuliano, Marzia Ratti, Pernille Kempe e Tommaso Mazzi
LA POLARIZZAZIONE
F2196G
Created on January 4, 2024
Presentazione di Francesco Giuliano, Marzia Ratti, Pernille Kempe e Tommaso Mazzi
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La polarizzazione
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LA PENNA E I PEZZETTI DI CARTA
2.
COSA SAPPIAMO: I CONDUTTORI
3.
E PER I MATERIALI ISOLANTI?
4.
FORZA DI COULOMB E DIELETTRICI
5.
DEFINIZIONE DI POLARIZZAZIONE
6.
MECCANISMI DI POLARIZZAZIONE
7.
GLI EFFETTI DELLA POLARIZZAZIONE
8.
GLI EFFETTI DELLA POLARIZZAZIONE NELLA CHIMICA
9.
SIMULAZIONE CON PhET Interactive Simulations
LA PENNA E I PEZZETTI DI CARTA
Se si elettrizza una penna e si avvicina a dei pezzetti di carta, questi verranno attratti dalla penna, che risulta elettronegativa in seguito all'elettrizzazione per strofinio. La carta, tuttavia, è neutra. Com'è possibile quindi che un corpo neutro venga attratto da un corpo carico?
COSA SAPPIAMO: I CONDUTTORI
Quando un materiale conduttore neutro si avvicina a un corpo carico, le cariche all'interno di esso subiscono una temporanea ridistribuzione. Le cariche opposte al segno della carica del corpo carico vengono attratte, mentre le altre cercano di allontanarsi il più possibile. Se il corpo è appeso ad un filo, verrà attratto dal corpo carico.
Il fenomeno dell'induzione
Inoltre, per via della natura dei materiali conduttori, se due cariche vengono immerse in un conduttore, la forza di attrazione (o forza di Coulomb) tra di esse si annulla per effetto dell'induzione.
E PER I MATERIALI ISOLANTI?
Sappiamo che nei materiali isolanti le cariche non hanno la libertà di movimento che possiedono quelle dei conduttori. Tuttavia, in presenza di un corpo elettrizzato, nel materiale isolante avvengono dei micro movimenti delle cariche a livello atomico.
I singoli accoppiamenti di cariche positive e negative presenti nel corpo isolante (anche detto dielettrico) si orientano in modo tale che le cariche opposte a quella del corpo elettrizzato siano più vicine ad esso, e le cariche uguali siano più lontane possibile.Avviene il cosiddetto fenomeno della polarizzazione di un dielettrico.
FORZA DI COULOMB E DIELETTRICI
F0 =
_____
4π ε₀
|q₁ q₂|
_______
d²
dove il primo prodotto rappresenta la costante di proporzionalità k₀, e ε₀ rappresenta la costante dielettrica nel vuoto.
|q₁ q₂|
εᵣ, ovvero la permittività elettrica relativa, è un valore caratteristico di ogni materiale. È pari al rapporto tra F0 e F, così come al rapporto tra k0 e k.
_______
4π ε₀ εᵣ
_______
F =
d²
DEFINIZIONE DI POLARIZZAZIONE
La polarizzazione nei dielettrici è un fenomeno elettrico in cui le cariche all'interno di un materiale isolante vengono temporaneamente spostate o riorientate in seguito all'avvicinamento di un corpo carico. Questo processo porta alla creazione di una distribuzione di cariche all'interno del dielettrico, generando un momento di dipolo elettrico temporaneo.
un dipolo è una coppia di cariche elettriche di uguale intensità ma di segno opposto, separate da una certa distanza all'interno di un materiale.
La polarizzazione può avvenire attraverso due meccanismi distinti: per deformazione o per orientamento.
MECCANISMI DI POLARIZZAZIONE
Quando una molecola ha una disposizione simmetrica delle particelle cariche, con il centro di simmetria delle cariche negative coincidente con quello delle cariche positive, la molecola è considerata apolare. Se si avvicina un corpo carico, la molecola subisce una deformazione leggera, attrattiva per le cariche opposte, causando una perdita di simmetria nella distribuzione di carica e generando due poli distinti.
Molecole con una disposizione asimmetrica delle cariche mostrano una polarità specifica a causa delle diverse elettronegatività degli atomi. In queste molecole, la nube di elettroni si concentra sull'atomo più elettronegativo. Quando la molecola è esposta a un corpo carico, avviene una polarizzazione per orientamento, con l'estremità carica di segno opposto che si allinea verso il corpo carico. L'allineamento completo delle molecole è però ostacolato dall'agitazione termica.
GLI EFFETTI DELLA POLARIZZAZIONE
Per rispondere alla domanda iniziale su come un corpo isolante neutro (la carta), possa essere attratto da un corpo carico (la penna), è possibile quindi spiegare questo fenomeno attraverso il concetto di polarizzazione.
La polarizzazione, infatti, è l'equivalente, sebbene con modalità diverse, del fenomeno dell'induzione che riguarda i corpi conduttori. Sono entrambi una temporanea ricomposizione dell'ordine delle cariche in un corpo.
GLI EFFETTI DELLA POLARIZZAZIONE NELLA CHIMICA
Quando versiamo cloruro di sodio (NaCl) in acqua, le molecole d'acqua polari si dispongono attorno agli ioni del reticolo cristallino del sale, esercitando una forza di polarizzazione. Questo indebolisce l'attrazione tra gli ioni nel reticolo, e grazie all'agitazione termica, gli ioni si staccano dal reticolo e passano in soluzione. In breve, l'effetto della polarizzazione delle molecole d'acqua facilita la dissoluzione del sale, consentendo agli ioni di distribuirsi nella soluzione.
SIMULAZIONE CON PhET Interactive Simulations
Con questa simulazione è possibile visualizzare gli effetti della polarizzazione su una molecola biatomica esposta a due campi magnetici di segno opposto. È necessario aprire il link cliccando il bottone, dopodiché selezionare "Due atomi", poi selezionare "Potenziale elettrico" come superficie e attivare il campo elettrico. A questo punto si possono variare le elettronegatività dei singoli atomi e osservare i cambiamenti di orientamento che ne conseguono.
FONTI
https://www.youmath.it/lezioni/fisica
https://www.youtube.com/@LaFisicaCheCiPiace
https://it.wikipedia.org/
https://www.skuola.net/
https://www.youmath.it/lezioni/fisica
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