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Elettrostatica

L’elettrostatica è un ambito dell’elettromagnetismo che si occupa di studiare il funzionamento delle cariche elettriche, responsabili della generazione del campo elettrico

Alice Di Maio V AC

Costante dielettrica di un mezzo e gabbia di Faraday

Legge di Coulomb

Induzione elettrostatica e semiconduttori

Cariche elettriche

Conduttori e isolanti

Struttura dell'atomo

Campo elettrico

Diversi tipi di campo elettrico

Biblio-Sitografia

Risale a tempi remoti la scoperta per cui se si strofina l’ambra con un panno di lana, essa attrae corpi più leggeri. Quando un corpo acquista questa proprietà si dice che si elettrizza. Il termine elettricità, infatti, deriva da elektron, nome greco dell’ambra. Anche altre sostante, come il vetro o la plastica, se vengono elettrizzate, attirano corpi più piccoli. Due oggetti elettrizzati agiscono con una forza di attrazione o repulsione. Alla quantità di energia si dà il nome di carica elettrica e nel SI l’unità di misura è il coulomb. Due corpi hanno la carica di 1 coulomb se, posti nel vuoto alla distanza di 1 metro, interagiscono con una forza di 9 x N. Dal momento che il coulomb è una misura troppo grande si usa il microcoulomb: 1 µC= 1 x C.

Risale a tempi remoti la scoperta per cui se si strofina l’ambra con un panno di lana, essa attrae corpi più leggeri. Quando un corpo acquista questa proprietà si dice che si elettrizza. Il termine elettricità, infatti, deriva da elektron, nome greco dell’ambra. Anche altre sostante, come il vetro o la plastica, se vengono elettrizzate, attirano corpi più piccoli. Due oggetti elettrizzati agiscono con una forza di attrazione o repulsione. Alla quantità di energia si dà il nome di carica elettrica e nel SI l’unità di misura è il coulomb. Due corpi hanno la carica di 1 coulomb se, posti nel vuoto alla distanza di 1 metro, interagiscono con una forza di .Dal momento che il coulomb è una misura troppo grande si usa il microcoulomb:

Se le due cariche sono poste a distanza r in un mezzo, la forza elettrostatica tra di esse è minore di quella che si manifesta quando sono poste nel vuoto. Il rapporto tra la forza nel vuoto e la forza del mezzo si chiama costante dielettrica relativa e si indica con ( è un numero puro ed è sempre minore di 1): Gabbia di faraday: è un sistema contenitore in materiale conduttore che serve ad isolare l’ambiente interno da un qualunque campo elettrostatico esterno. Il termine gabbia è utilizzato per sottolineare che il contenitore può essere costituito non solo da un foglio metallico continuo, ma anche da una rete vera e propria o una serie di barre distanziate. https://www.youtube.com/watch?v=ZEMA31_Bs-4

Coulomb comprese che la forza dipendeva sia dal prodotto fra le cariche sia dalla loro distanza. Immaginando che le cariche siano puntiformi, l’espressione della forza è: Caratteristiche: -k è una costante di proporzionalità che dipende dal mezzo in cui sono immerse le cariche. Se sono immerse nel vuoto, il valore di k è - la forza è direttamente proporzionale al prodotto delle cariche; -la forza è inversamente proporzionale al quadrato della distanza fra le cariche. Analogie:- entrambe le forze sono inversamente proporzionali al quadrato della distanzaDifferenze:-il valore delle costanti è diverso: G è molto piccolo , mentre k è molto grande ; - G è una costante universale, invece k dipende dal mezzo in cui si trovano le due cariche; -la forza di Coulomb è direttamente proporzionale al prodotto delle cariche, mentre la forza gravitazionale è direttamente proporzionale al prodotto delle masse;-la forza di coulomb può essere sia attrattiva che repulsiva, quella gravitazionale è solo attrattiva.

I conduttori sono quei materiali (come i metalli) all'interno dei quali le cariche elettriche si propagano con facilità. Si chiamano isolanti quei materiali (come plastica e gomma) in cui la propagazione delle cariche elettriche è ostacolata.Nei metalli gli elettroni più esterni di ogni atomo sfuggono alla forza attrattiva del proprio nucleo e vengono messi in comune con i nuclei vicini. Gli elettroni possono muoversi liberamente all'interno del materiale, per questo sono chiamati elettroni liberi. Essi si respingono, visto che hanno carica di segno uguale, e occupano maggior spazio possibile. Negli isolanti, invece ogni elettrone rimane vicino al proprio nucleo. Lo strumento in grado di rilevare la carica elettrica di un corpo è l'elettroscopio che è formato da una bacchetta metallica, terminante a un'estremità con una sferetta e all'altra con due foglioline metalliche; il tutto è racchiuso in una custodia di vetro. Portando a contatto della sferetta un corpo conduttore elettrizzato, la carica elettrica-grazie alla bacchetta metallica-si trasmette alle foglioline che se sono leggere divergono a causa della forza repulsiva. https://www.youtube.com/watch?v=fWoC1FZRLJI

Se si mettono a contatto tra loro due sfere elettricamente neutre, nel momento in cui è avvicinata una bacchetta carica, è possibile notare una forte migrazione di elettroni dalla sfera più lontana verso quella più vicina alla bacchetta. In questo modo una sfera, che ha perso alcuni elettroni, sarà carica negativamente, e l’altra sarà carica positivamente. Questo processo prende il nome di induzione elettrostatica. I semiconduttori hanno un comportamento intermedio tra isolanti e conduttori. Tuttavia esso può essere modificato tramite un processo detto drogaggio, che genera nel materiale un eccesso di elettroni (semiconduttore di tipo n) oppure un difetto (semiconduttore di tipo p).

Nel 1897 Thomson scoprì che negli atomi sono presenti particelle con carica elettrica negativa, chiamate elettroni. Secondo il fisico le cariche negative sono immerse in una sfera carica positivamente: ogni atomo risulta globalmente neutro, cioè non carico elettricamente. Millikan scoprì che la carica elettrica è una grandezza quantizzata, cioè che la carica elettrica non varia con continuità, ma ogni carica elettrica esistente in natura deve essere un multiplo intero della carica di un elettrone. Nel 1911 Rutherford stabilì che la carica positiva dell'atomo è concentrata nel nucleo. L’atomo più semplice è quello a idrogeno, che può essere paragonato a un piccolo sistema solare, formato da un nucleo centrale dotato di carica positiva (protone) e da una particella che gli ruota attorno di carica negativa (elettrone).A eccezione del nucleo di idrogeno, in tutti gli altri atomi sono presenti anche i neutroni (particelle con carica nulla).

Il campo elettrico è una grandezza vettoriale ed è dato dal rapporto tra la forza di Coulomb e la carica di prova (Carica di prova: è una carica talmente piccola, che non genera un campo elettrico, ed è convenzionalmente positiva): Il campo elettrico è indipendente dalla carica di prova, infatti dipende solo dalla carica sorgente (Q) del campo e dalla distanza r. Nel SI il campo si misura in newton/coulomb, in simboli N/C. Quando la sorgente è positiva, il verso del campo è per convenzione uscente. Quando la sorgente è negativa il verso del campo è per convenzione entrante.

Il campo elettrico, creato da una carica puntiforme, ha uguale intensità in tutti i punti che hanno uguale distanza r dalla carica. I vettori possono avere verso entrante o uscente a seconda del segno della carica: se la carica è negativa, il campo è entrante; se la carica è positiva, il campo è uscente. Il vettore campo elettrico ubbidisce al principio di sovrapposizione. Se in una regione dello spazio sono presenti diverse cariche sergenti, ognuna di esse genera in un punto P un suo campo elettrico. Il campo risultante è la somma vettoriale di tutti i campi elettrici. Le linee di forza del campo magnetico sono delle linee immaginarie che servono a rappresentare il campo magnetico nello spazio Linee di forza del campo elettrico creato rispettivamente da una carica negativa e positiva. Linee di forza del campo elettrico creato da un dipolo elettrico. Un campo elettrico uniforme è rappresentato da linee parallele ed equidistanti.

Libro di testo: Lezioni di fisica 2 https://www.andreaminini.org/fisica/atomo/protoni-neutroni-ed-elettroni https://www.youtube.com/watch?v=fWoC1FZRLJI https://www.youtube.com/watch?v=ZEMA31_Bs-4