Martedì 7 ottobre 97 - TED

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appunti di fisica
lezione n. 1
 Proprietà elementari delle cariche elettriche
Strofinando con un panno di lana del vetro o della resina si evidenzia l’esistenza di due tipi di carica
elettrica:
 vetrosa  carica positiva 
protoni
resinosa  carica negativa  elettroni
Cariche dello stesso segno si respingono, mentre cariche di segno opposto si attraggono.
Unità di misura della carica elettrica nel S.I. “Coulomb”
definita tramite l’ampere
1C=1As
e = -1,6  10-19 C
Carica dell’elettrone :
A = ampere ; s = secondi
Carica del protone :
p = +1,6  10-19 C
 Conduttori :
1. conducono bene la corrente elettrica
2. ci sono al loro interno cariche libere di muoversi
Esempi : metalli (elettroni esterni)
soluzioni liquide (ioni disciolti sia positivi che negativi)
gas ionizzati (ioni ed elettroni)
 Isolanti :
1. non conducono la corrente elettrica
2. le loro cariche non sono libere di muoversi
Esempi : vetro, plastica, ceramica, legno secco etc.
 Tre modi di elettrizzazione :
1. Strofinio
2. Contatto
3. Induzione elettrostatica
conduttore
carico
+++++
+++++
conduttore
neutro


+
+
appunti di fisica
lezione n. 2
Forza tra cariche elettriche : LEGGE DI COULOMB
F
F
q1
q q
F  K 122
r
nel S.I. (e per il vuoto) si ha K = 9 109 Nm2/C2
r
q2
(valore molto grande)
la legge si può enunciare così :“la forza tra due cariche elettriche è direttamente proporzionale al
prodotto delle due cariche ed inversamente proporzionale al quadrato della loro distanza”
La forza elettrica può essere sia attrattiva che repulsiva, a seconda dei segni delle cariche.
N.B.
la formula è simile a quella di Newton per la forza gravitazionale tra due masse :
F G
m1 m2
r2
forza sempre attrattiva
G = 6,67 10-11 Nm2/kg2 (molto piccola)
 Esempi di calcolo

forza di attrazione elettrica tra protone ed elettrone nell’atomo di idrogeno
q1 = q2 =1,6 10-19C
r = 5 10-11 m (raggio dell’atomo)
Fel  K

19
q1 q 2
C  1,6  10 19 C
9 1,6  10

9

10
 9,2  10 8 N
2
2

11
r
5  10 m


forza di attrazione gravitazionale tra protone ed elettrone nell’atomo di idrogeno
m1 = 1,6 10-27 kg
m2 = 9,1 10-31 kg
Fg  G
27
m1 m2
kg  9,1  10 31 kg
11 1,6  10

6
,
67

10
 3,9  10 47 N
2
11
r2
5  10 m


Come si nota Fel >>Fg (di circa 2 1039 volte !!) Questo ribadisce che la forza gravitazionale è
prevalente per oggetti come stelle, pianeti ... ossia per l’universo in grande, mentre a livello
atomico è di gran lunga maggiore la forza elettrica.
Forza elettrica in un materiale isolante
In un materiale isolante la costante K viene ridotta di un fattore r (costante dielettrica relativa del
materiale), cioè la forza è più piccola r volte di quanto sarebbe nel vuoto, a causa della polarizzazione del
materiale.
Ad esempio
r (aria) = 1,0003 praticamente come nel vuoto
r (acqua) = 80 perché la molecola di H2O è altamente polare
L’acqua è un buon solvente proprio perché la forza dei legami atomici viene ridotta di un fattore 80 rispetto
all’aria, quindi le molecole si dissociano facilmente in ioni positivi e negativi (es. cloruro di sodio Na +Cl- ).
appunti di fisica
lezione n. 3

 Definizione del vettore campo elettrico E
Se noi mettiamo una carica di prova q in un
punto P dello spazio ed essa subisce una forza
elettrica, diremo che in quel punto agisce un


F
La stessa cosa si può fare in
tutti i puntiq dello spazio definendo così come

campo vettoriale ilP campo elettrico E .
campo elettrico E .
La forza sulla carica q è direttamente
proporzionale alla carica stessa, quindi il rapporto
F/q è costante e viene usato per definire il campo
elettrico E in quel punto


E
F
q
l’unità di misura
nel SI è N/C
Il campo elettrico è uno degli oggetti fondamentali dell’elettrostatica.
 Campo elettrico prodotto da una carica puntiforme Q
Nel caso in cui la sorgente del campo elettrico
sia una singola carica puntiforme Q, il campo
elettrico a distanza r da essa si calcola con la
formula qui a lato.
EK
Esso è diretto in direzione opposta a Q se
positiva ; è diretto verso la carica se è
negativa.
Si può vedere ad esempio la rappresentazione
grafica nei punti A e B, disegnata qui di
seguito per il caso di carica sorgente Q
positiva.
Q
r2
A
EA
Q
B
EB
 Campo elettrico prodotto da più cariche
puntiformi Q1, Q2, Q3, Q4 ...
Nel caso di più cariche puntiformi il calcolo del
campo elettrico si fa sommando vettorialmente
tutti i campi elettrici delle singole cariche.
Trattandosi di una somma vettoriale, il calcolo è
complicato.





E  E1  E 2  E 3  E 4  ....
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