Chalkboard Presentation

CARICHE ELETTRICHE

Un materiale quando viene elettrizzato acquisisce una carica elettrica (q). Ossia la proprietà misurabile con cui il corpo può esercitare o essere soggetto ad una forza elettrica

La carica elettrica può esserre POSITIVA o NEGATIVA e la sua unità di misura è il Coulomb.

La carica elettrica si presenta sempre come un multiplo positivo o negativo della carica elementare e, valore assoluto della carica dell'elettrone e del protone, che è 19 ordini di grandezza più piccola di un coulomb:e = 1,6022 × 10(-19) C

PRESENTAZIONE DI FISICA

Noemi Fulgione e Sofia Parisi VD a.s. 2023/2024

LE FORZE ELETTRICHE

-Cariche elettriche -Isolanti e conduttori -Legge di Coulomb -Costante dielettrica -Forza di Coulomb e forza gravitazionale

ISOLANTI E CONDUTTORI

Possiamo avere:-ISOLANTI, che trattengono la carica -CONDUTTORI, che lasciano fluire la carica

Quando depositiamo una carica elettrica su un materiale conduttore, questa si distribuisce su tutto il corpo perché non incontra alcuna resistenza al suo movimento. I conduttori infatti, per definizione, permettono alle cariche di spostarsi attraverso di loro. In questo spostamento ogni singolo portatore di carica cerca di stare il più lontano possibile dai suoi omologhi che presentano lo stesso segno: questo a causa della forza di Coulomb, secondo cui cariche dello stesso segno si respingono.

FORZA DI COULOMB

Due cariche puntiformi q1 e q2 si attraggono o si respingono con una forza direttamente proporzionale ai valori assoluti delle due cariche e inversamente proporzionale al quadrato della loro distanza:

• direttamente proporzionale a ciascuna carica• inversamente proporzionale al quadrato della loro distanza

COSTANTE DIELETTRICA

Rappresenta la resistenza al campo elettrico e all’applicazione della forza di Coulomb: maggiore è la costante dielettrica, minore saranno la Forza di Coulomb e il campo Elettrico.

"ε0""

dove rappresenta laCOSTANTE DIELETTRICA NEL VUOTO

-12

C / N M

10

8,854

Forza gravitazionale vs forza di coulomb

FORZA GRAVITAZIONALE

FORZA DI COULOMB

-tra corpi dotati di carica elettrica q -può essere attrattiva o repulsiva, a seconda dei segni delle cariche elettriche dei due corpi

-tra tutti i corpi dotati di massa m. -è sempre attrattiva

IL CAMPO ELETTRICO

-Campo elettrico -Linee di forza -Flusso -Costante dielettrica -Versori -Teorema di Gauss

Campo elettrico

La presenza di una carica Q1 modifica le caratteristiche dello spazio che la circonda, cambiando le proprietà in un punto P in cui si trova una seconda carica: la carica Q1 genera quindi un campo vettoriale detto CAMPO ELETTRICO.

Il campo elettrico è una forza per unità di carica, ossia una grandezza unitaria, e ha come unità di misura il newton fratto coulomb (N/C)

LINEE DI FORZA

Una carica emette LINEE DI FORZA RADIALI, tangenti al campo elettrico

Linee di flusso entranti per il campo elettrico prodotto da una carica negativa nello spazio.

Linee di flusso uscenti per il campo elettrico prodotto da una carica positiva nello spazio.

FLUSSO DI CAMPO ELETTRICO

Il flusso è la quantità di materia che, nell'unità di tempo, passa attraverso una superficie. Si definisce flusso di campo elettrico il prodotto scalare tra il vettore campo elettrico e il vettore superficie.

Il flusso di campo elettrico è direttamente proporzionale al modulo del vettore campo elettrico, al modulo del vettore superficie, e al coseno dell'angolo tra essi formato.

-il flusso aumenta se il campo elettrico aumenta;-il flusso attraverso una superficie perpendicolare al campo è massimo; -il flusso attraverso una superficie parallela al campo è zero.

VErsore

Il versore permette di orientare una superficie: una superficie di cui è stabilito il versore è detta superficie orientata.

Se la superficie è perpendicolare alle linee di campo, mentre il versore è parallelo, il flusso sarà massimo

Se la superficie è parallela alle linee di campo, mentre il versore è perpendicolare, il flusso sarà nullo

α=0°

α=90°

IL TEorema di gauss

Stabilisce che il flusso del campo elettrico attraverso una superficie chiusa e direttamente proporzionale alla carica totale contenuta all'interno della superficie e che la costante di proporzionalità, nel vuoto, è l'inverso della costante dielettrica nel vuoto

DIMOSTRAZIONE

POTENZIALE ELETTRICO

-L'energia potenziale elettrica -L'energia potenziale di un sistema di cariche puntiformi -Potenziale elettrico -La differenza di potenziale -Capacità elettrica - Condensatori

POTENZIALE ELETTRICO

-La forza elettrica è conservativa, poiché dipende dal lavoro che essa compie nello spostamento da un punto A ad un punto B, e non dal percorso che si sceglie di seguire durante lo spostamento. In maniera analoga alla forza gravitazionale, perciò, anche per la Forza elettrica possiamo definire un'energia potenzi ale U. U=q*Q/4πε*r -Cariche di segno opposto U<0: iperbole crescente; -Cariche dello stesso segno U>0: iperbole decrescente.

ENERGIA POTENZIALE ELETTRICA

ENERGIA POTENZIALE DI UN SISTEMA DI CARICHE PUNTIFORMI

POTENZIALE ELETTRICO

Grandezza scalare V= U/q--> V= Q/ 4πεr (carica di prova) L'Unità di misura è il Volt (V) Il potenziale elettrico è rappresentato da superfici equipotenziali, luogo dei punti in cui il potenziale elettrico V assume uno stesso valore. Sono perpendicolari alle linee di campo.

In un sistema di tre o più cariche puntiformi l'U è la somma delle energie potenziali di tutte le possibili coppie di cariche. U= U1+U2+U3

La differenza di potenziale

Indichiamo con WA-> B il lavoro che la forza elettrica compie quando una carica di prova q si sposta da un punto A a un punto B, in un campo elettrico qualsiasi. Dunque la differenza di potenziale ΔV=Vb-Va tra B e A ( detta anche tensione) è definita dalla relazione: ΔV= Vb-Va = - Wa->b/ q ΔU = -Wa->b ΔV= AU/q Si misura con l'elettrometro. Il potenziale elettrico non dipende dalla carica di prova q, ma dalle cariche che generano il campo e dal punto in cui si calcola.

Sostituendo a V0 la sua formula, che vale per una sfera conduttrice nel vuoto, V0= Q/ 4πε0r (V0: potenziale elettrico di una sfera conduttrice isolata. Q: carica sulla superficie della sfera. r: raggio) otteniamo (semplificando) che: C=4πε0*r

CAPACITA' DI UNA SFERA CONDUTTRICE

È il rapporto costante tra la carica e il potenziale di un conduttore: C= Q/V0 L'Unità di misura della capacità (C) è il Farad (F)

CAPACITA' ELETTRICA

CONDENSATORI

Un condensatore è un sistema di due conduttori, separati dal vuoto o da un materiale isolante e fatti in modo che, quando uno di essi riceve una carica Q, l'altro acquisti, per induzione elettrostatica, una carica -Q. I due conduttori di un condensatore sono detti armature; possono avere varie forme. Separano la carica positiva da quella negativa.

Tipi di condensatori

Capacita' di un condensatore

La carica Q dell'armatura positiva di un condensatore (uguale in valore assoluto alla carica dell'armatura negativa) è chiamata carica del condensatore. Gli esperimenti mostrano che: la carica Q di un condensatore è direttamente proporzionale alla differenza di potenziale. (ΔV = V(+) - V(-) ) dell'armatura positiva rispetto a quella negativa. Perciò il rapporto tra Q e ΔV (due grandezze da prendere sempre con il segno positivo) è costante. Definiamo questo rapporto, misurato in farad, come la capacità del condensatore: C= Q/ ΔV (C: capacità di un condensatore; Q: carica del condensatore; ΔV: differenza di potenziale tra le armature)

Condensatori in parallelo

Condensatori in serie

Il condensatore in serie è un sistema di due o più conduttori in serie, cioè il primo caricato negativamente connesso al secondo caricato positivamente.

Il condensatore in parallelo è un sistema di due o più conduttori in parallelo , cioè connessi in maniera diretta, tramite fili elettrici, che hanno la stessa ΔV

GRAZIE PER L'ATTENZIONE!