Linee di forza del campo elettrico

Linee di forza del campo elettrico

Realizzato da Ingrosso Matteo

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Index

Obbiettivo

Materiale Occorrente

Cos'è un campo elettrico

Descrizione del circuito elettrico utilizzato

Svolgimento

Storia

Bibliografia

Obbiettivi

• Osservare le linee di forza del campo elettrico radiale e del campo uniforme;
• individuazione le differenze tra i due campi elettrici;
• saper riconoscere il fenomeno osservato;
• saper individuare le proprietà del campo in un punto a partire dalla linea di campo passante per quel punto;
• saper individuare le differenze qualitative tra il campo elettrico radiale e il campo elettrico uniforme;
• saper riconoscere l’uniformità del campo elettrico generato dal condensatore piano.

Materiale occorrente

• Generatore di Van de Graaf;
• elettrodi di forma circolare e piana;
• fili elettrici per la costruzione del circuito;
• contenitore di vetro abbastanza largo;
• olio di semi;
• semolino.

Cos'è un campo elettrico

Il campo elettrico è una grandezza vettoriale che descrive la regione di spazio intorno a una carica elettrica in cui altre cariche subiscono una forza, e il suo valore in un punto è dato dalla forza esercitata su una carica di prova posta in quel punto, divisa per il valore della carica stessa (F/q). È generato da cariche elettriche, stazionarie o in movimento, e si manifesta come una "rete invisibile" di interazioni, le cui proprietà (intensità e direzione) sono rappresentate dalle linee di forza.Caratteristiche fondamentali

• È una grandezza vettoriale: Possiede sia un'intensità (modulo) che una direzione.
• Generato da cariche: Ogni carica elettrica genera un campo elettrico che si estende nello spazio circostante.
• Indipendente dalla carica di prova: Sebbene sia definito attraverso una carica di prova, il campo elettrico esiste indipendentemente dalla sua presenza e il suo valore non dipende dalla carica di prova stessa, ma solo dalla sorgente che lo crea.
• Come si manifesta: Si manifesta come una regione di spazio in cui una forza elettrica agisce su altre cariche.

Come si determina l'intensità e la direzioneForza su una carica di prova: In un punto dello spazio, il campo elettrico è definito dalla forza (F) che agisce su una piccola carica di prova positiva (q) posta in quel punto, divisa per il valore della carica stessa (E = F/q).Unità di misura: L'unità di misura nel Sistema Internazionale è il Newton per Coulomb (N/C).Linee di forza: Le linee di forza sono linee immaginarie che indicano la direzione e l'intensità del campo elettrico. Sono uscenti da cariche positive e entranti in cariche negative, e la loro densità è maggiore dove il campo è più intenso

Descrizione del circuito elettrico utilizzato

Si collega uno dei due elettrodi alla sfera metallica (“testa” del generatore di Van de Graaf) e l’altro si utilizza per la messa a terra del circuito elettrico.l generatore di Van de Graaff è una macchina elettrostatica che accumula cariche elettriche su una sfera metallica conduttrice, generando altissime tensioni (milioni di Volt) grazie a una cinghia di materiale isolante che trasporta le cariche dalla base della macchina alla sfera. Il processo inizia con l'elettrificazione della cinghia per strofinio o induzione alla base, che poi trasporta le cariche nella cavità della sfera. Qui, un pettine metallico raccoglie le cariche, che si dispongono sulla superficie esterna della sfera, creando un intenso campo elettrico

Svolgimento

PRIMA FASE In un recipiente trasparente abbastanza largo, in cui abbiamo versato l’olio di semi per un’altezza di circa mezzo centimetro, spargiamo il semolino e, aiutandoci con una bacchetta, distribuiamolo uniformemente. Collocando il recipiente sul piano della lavagna luminosa è possibile proiettare l’immagine su uno schermo e rendere più visibile la “geometria” delle linee di forza prodotte dalla distribuzione del semolino nell’olio. Appoggiamo al fondo del recipiente, l’elettrodo (carica generatrice del campo) ed effettuiamo i collegamenti con gli elettrodi del generatore Mettiamo in funzione la macchina elettrostatica (generatore di Van de Graaf) ed osserviamo con attenzione il distribuirsi del semolino secondo una particolare geometria che mette in evidenza le linee di forza del campo elettrico generato. Il campo elettrico generato da una carica puntiforme é visualizzato tramite linee di forza disposte a raggiera . Tale configurazione delle linee di forza evidenzia un campo radiale. SECONDA FASE Appoggiamo al fondo del recipiente le due piastre piane parallele tra loro (condensatore piano) ed effettuiamo i collegamenti con gli elettrodi del generatore. Mettiamo in funzione la macchina elettrostatica ed osserviamo con attenzione la configurazione geometrica assunta dal semolino che mette in evidenza le linee di forza del campo elettrico generato. Il campo elettrico tra due armature piane disposte parallelamente, escludendo le zone ai bordi, é visualizzato tramite linee di forza tutte parallele tra loro, perpendicolari alle armature ed equidistanti. Tale configurazione delle linee di forza evidenzia un campo uniforme. E’ possibile visualizzare anche l’andamento del campo generato da due cariche puntiformi dello stesso segno o di segno opposto collegando opportunamente i cavi elettrici al generatore ed ottenere la conferma sperimentale dei seguenti disegni Quest’ultima configurazione delle linee di campo è stata creata da due cariche elettriche uguali e opposte poste ad una certa distanza (dipolo elettrico). Il campo creato da un dipolo è la combinazione di due campi radiali in cui le linee di campo si incurvano per incontrarsi. Il campo è particolarmente intenso nello spazio tra le due cariche.

Storia

• L’idea delle linee di campo si deve a Michael Faraday (1791 – 1867) che le utilizzò per rappresentare il campo magnetico cioè la deformazione dello spazio fisico intorno ad un magnete.

• Il generatore di Van de Graaf è un generatore elettrostatico in grado di accumulare una notevole quantità di carica elettrica in un conduttore, creando tra questo ed un elettrodo di riferimento, solitamente messo a terra, un’altissima tensione (si può arrivare fino a milioni di Volt).

Fu inventato verso la fine del 1929 dal fisico statunitense Robert Van de Graaff (1901-1967), da cui prende il nome. Per la sua relativa semplicità è comune nei laboratori di molte scuole.

Bibliografia

• S. Fabbri, M. Masini, Phoenomena LS1-LS2 Laboratorio, SEI
• Per i disegni è stato utilizzato il libro di testo in adozione: A. Caforio, A. Ferilli, Le regole del gioco! Vol.2 – Le Monnier Scuola
• Wikipedia per la descrizione del generatore di Van de Graaf

Grazie per la visione

Ingrosso Matteo