Campo elettrico E
Grandezza fisica vettoriale che esprime le proprietà dello spazio dovute
alla presenza in esso di una o più cariche elettriche.
Il concetto di campo elettrico venne introdotto da Michael Faraday nella
prima meta’ dell’ottocento, per spiegare l’interazione tra cariche poste a
una certa distanza l’una dall’altra.
Il campo elettrico o il campo
gravitazionale modello visivo
Una massa deforma un telo elastico teso
e una seconda pallina si muove
seguendone la curvatura
La massa (azzurra) o, analogamente, la
carica deforma lo spazio circostante
e una massa (grigia) o carica di
prova risente di tale deformazione
Questa deformazione in ogni punto
dello spazio può essere
rappresentata da un vettore
La causa della deformazione è chiamata
sorgente del campo
Intensità, direzione e verso
del campo elettrico
F
E
q
Il campo elettrico è una grandezza vettoriale, definita da un’intensità, da
una direzione e da un verso.
La direzione e il verso del vettore campo elettrico esprimono la direzione e
il verso di percorrenza della traiettoria che una carica positiva di prova q
posta in quel punto prenderebbe per effetto del campo elettrico.
La sua intensità si può valutare misurando la forza F che la carica positiva
di prova q sperimenterebbe: l’intensità è definita come la forza per unità di
carica, ed è quindi data dal rapporto E = F/q. La direzione è la stessa della
forza F e il verso, in generale, è quello orientato dalle cariche positive a
quelle negative.
Nel Sistema internazionale, l’unità di misura del campo elettrico è il
newton/coulomb (N/C).
Vettore campo elettrico generato da una
carica puntiforme positiva Q
Modulo del vettore campo elettrico
Nel caso di una carica
generatrice puntiforme
All’aumentare della
distanza dalla carica
generatrice il campo
decresce rapidamente
E
F
q
1 Q
E
4 0 r 2
In laboratorio
il semolino polarizzato ed orientato si dispone lungo linee radiali, visualizzando
il campo elettrico generato dalla carica posta al centro della figura
Viene naturale rappresentare il campo mediante linee …
Altri esempi
Campo generato da un
dipolo elettrico (due
cariche uguali ma di
segno opposto
Campo generato da
cariche uguali (stessa
intensità e stesso segno)
Linee di forza
(servono per rappresentare graficamente il campo)
Linea di forza:
linea che in ogni punto ha per
tangente la direzione del vettore
campo elettrico in quel punto
Convenzione di Faraday:
il numero di linee di forza che
attraversano una superficie
unitaria disposta
perpendicolarmente ad esse è
proporzionale all’intensità del
campo
Campo elettrico generato da quattro sferette cariche.
Nella sferetta viene indicato il numero delle cariche
elementari che la compongono e il segno della carica.
Il campo è più intenso dove le linee sono più
dense
Proprietà delle linee di forza
Per ogni punto passa una sola
linea di forza
Due linee non si possono
intersecare
Le linee di forza sono linee
orientate: il loro verso (freccia)
coincide con il verso del campo
elettrico
Esempi di campi elettrici
Campo radiale
uscente di una
carica puntiforme
positiva
Campo di due dipoli
vicini.
Le cariche rosse sono
positive, le cariche
azzurre sono negative.
Il valore assoluto delle
cariche e’ lo stesso
b
Campo uniforme di
una distribuzione
piana di cariche
positive
+++++++++++++++
+++++++++++++++
--------------
Campo uniforme di un
condensatore piano.
(due conduttori piani
carichi di segno
opposto, vicini fra loro
ma senza contatto)
Campo generato da molte cariche presenti nello spazio:
Principio di sovrapposizione
Noto il campo generato da una singola carica
puntiforme, il principio di sovrapposizione
permette di calcolare il campo elettrico
generato da qualunque distribuzione di cariche
in quiete nello spazio.
Il principio afferma che l’effetto di piu’ cariche
elettriche in un punto dello spazio è dato dalla
somma vettoriale degli effetti dovuti a
ciascuna delle cariche.
Quindi, noto il campo generato da ciascuna
carica, è possibile determinare intensità,
direzione e verso del campo elettrico generato
dall’insieme delle cariche.
La somma vettoriale si esegue con la regola
del parallelogramma.
Principio di sovrapposizione:
campo di dipolo calcolato nel punto P1 come somma vettoriale dei campi
generati dalla carica positiva (rossa) e dalla carica negativa (azzurra)
Principio di sovrapposizione:
vettore campo elettrico E 2 calcolato nel punto P2 come somma vettoriale dei
campi generati dalla carica positiva (rossa) e dalla carica negativa (azzurra)
Michael Faraday
(1791-1867)
Fu uno dei maggiori scienziati dell'Ottocento
e ottenne straordinari risultati nel campo
della fisica e della chimica. A lui si deve la
scoperta del fenomeno dell'induzione
magnetica, che preparò la strada alla teoria
elettromagnetica di Maxwell e portò a
importanti applicazioni, tra cui il generatore di
corrente. In chimica Faraday ricavò le leggi
dell'elettrolisi e scoprì il benzene.
