Elettrostatica
dal greco electron , ambra
e l e k t r o n
Elettrizzazione per strofinio
• Strofinando una bacchetta di
–ambra
–ebanite
–plastica
–vetro
–plexigas
–…
• con
–panno di lana
–foulard di seta
–pelliccia di gatto
–…
La bacchetta diventa in grado di attrarre piccoli oggetti
(pezzetti di carta, piccoli semi, paglia..)
I corpi elettrizzati esercitano forze su corpi non
elettrizzati
2
Forze fra corpi elettrizzati
• Bacchette di vetro elettrizzata per strofinio con lana o
seta
• Bacchette di plastica elettrizzata per strofinio con seta o
lana
vetro/vetro si respingono
plastica /plastica si respingono
vetro/ plastica si attraggono
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Elettricità positiva e negativa
Si definiscono
• cariche positivamente le sostanze che si
comportano come il vetro, es.: plexiglas
• cariche negativamente quelle che si comportano
come l’ ebanite, es.: plastica, pvc, resine
Due corpi elettricamente carichi si respingono se le
cariche da essi possedute sono dello stesso tipo
(entrambe positive o entrambe negative), si
attraggono se sono di tipo diverso
+++++
–––––
+++++
+++++
4
L’elettrone
Scoperta dell’elettrone da parte di J. J. Thomson (1897).
Modello dell’atomo “a panettone”
Rutherford (1911).
Modello dell’atomo “planetario”
Millikan (1909).
“Quantizzazione” della carica elettrica: tutte le cariche
sono multiplo di una carica elementare
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Corpi elettricamente neutri
• Scoperte dell’elettrone e modelli atomici
• Ogni atomo è composto da cariche positive e cariche
negative che si neutralizzano a vicenda
• I corpi elettricamente neutri non sono privi di cariche,
ma contengono un ugual numero di cariche positive e
negative
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Corpi elettricamente carichi
• I corpi elettricamente carichi contengono un eccesso di
di cariche positive o negative
Elettroni in eccesso
corpo carico
negativamente
Mancanza di elettroni
corpo carico
positivamente
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Pendolino elettrico
• Pendolo costituito da pallina
di polistirolo appesa a filo
seta o nylon.
• Avvicinando alla pallina una
bacchetta di plastica
precedentemente elettrizzata,
si osserva che la pallina si
muove.
• Se appendo due palline, e le
elettrizzo, posso verificare
che si allontanano.
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Conduttori e isolanti
Conduttori (metalli…): la pallina non si muove.
Sono i materiali che permettono alle cariche elettriche
di fluire via
Isolanti (plastica, vetro…): la pallina viene attratta
dalla bacchetta. Sono i materiali nei quali la carica non
si può muovere.
Semiconduttori: hanno proprietà intermedie
La diversità fra conduttori, isolanti e semiconduttori ha
origine nella struttura di questi materiali a livello
microscopico.
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Conduttori
Conduttori solidi
La conduzione è determinata da
particelle portatrici di carica
negativa (elettroni) che sono libere
di muoversi nel materiale.
Conduttori liquidi e gassosi
La conduzione è resa possibile da
ioni positivi o negativi
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Elettrizzazione per contatto
I conduttori possono essere elettrizzati anche mettendoli a
contatto con un corpo elettricamente carico. Metodo:
Conduttore con manico isolante, elettrizzato per strofinio.
Se un altro conduttore isolato da terra viene messo a contatto
con il primo conduttore, la carica si divide fra i due.
La presenza di carica può essere messa in luce tramite un
elettroscopio a foglie
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Elettroscopio a foglie
È costituito da una bottiglia di vetro,
con tappo isolante, nel quale è presente
un foro, attraverso il quale passa
un’asta verticale conduttrice che porta,
in fondo, due sottilissime foglie d’oro.
Toccando con un corpo carico
l’estremità uscente dell’asta, si osserva
che le foglie si separano, perché si
elettrizzano per contatto con cariche
del medesimo segno fra le quali si
esercitano
forze
repulsive
L’elettroscopio a foglie, se dotato di
una scala graduata per misurare la
separazione delle foglie, permette di
dare una definizione operativa di carica
elettrica
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Unità di misura della carica elettrica
• L’unità di misura della carica elettrica è il
Coulomb ( C ).
• Il Coulomb è una grandezza derivata, definita
tramite l’ampere.
• Due punti materiali hanno una carica di 1 C
ciascuno se, posti alla distanza di un metro, si
respingono con una forza pari a 9 109 N
• 1 C è una carica molto grande
• Carica elettrone: - e = -1,6 10-19 C
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Conservazione della carica elettrica
La carica totale (somma algebrica delle cariche
elettriche) di un sistema isolato si conserva,
qualunque siano i fenomeni che si verificano al
suo interno.
Esempio
• Elettrizzazione per strofinio: la bacchetta si carica
positivamente (o negativamente), quanto il panno si
carica negativamente (o positivamente).
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Bilancia di torsione
• Bilancia appesa a un filo,
con una pallina
conduttrice e un
contrappeso. Altra
pallina conduttrice fissa.
• Misurando di quanto
ruota il manubrio su una
scala graduata (misura di
), si risale all’intensità
della forza.
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Legge di Coulomb
F k
qQ
r
2
Con : k = 9 109 N m2 / C2
L’intensità della forza per cariche puntiformi vale:
La direzione della forza è quella della congiungente le due cariche
Il verso è attrattivo se le cariche hanno segno opposto
Il verso è repulsivo se le cariche hanno lo stesso segno
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Legge Coulomb Vs. legge gravitazione
F k
qQ
r
•
•
•
•
•
•
k costante naturale
Forza a distanza
Intensità inversamente proporzionale a
quadrato della distanza
Può essere sia attrattiva che repulsiva
Agisce solo fra corpi dotati di carica
elettrica
Cambia al variare del mezzo in cui
sono poste le cariche
• k = 8,99 10 9 “grande”
FG
2
m1 m 2
r
•
•
•
•
•
•
2
G costante naturale
Forza a distanza
Intensità inversamente
proporzionale a quadrato della
distanza
È solamente attrattiva
Agisce solo fra tutti i corpi
Non cambia al variare del mezzo in
cui sono poste le masse
• G = 6,67 10-11 “piccolo”
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Forza di Coulomb nella materia
La legge di Coulomb vale nel vuoto
Ripetendo l’esperimento in un mezzo isolante, troveremo una
forza che è minore di quella misurata nel vuoto.
Il rapporto fra la forza Fvuoto nel vuoto e la forza Fmezzo in un
mezzo, è una costante indipendente dalle cariche che dipende
solo dal materiale e si chiama costante dielettrica relativa:
e
er
r
1 sempre (vale 1 solo nel vuoto)
Fvuoto
Fmezzo
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ε cost. diel. assoluta (nel vuoto)
o
ε cost. diel. relativa d' una sostanza (isolante)
r
1
9
k 9 10
4e0
1
e0
8,86 10 12
4k
F0
er
Fsost.
qQ
1
qQ
1
qQ
F0 k 2
2 ; Fsost
2
r
4eo r
4eoe r r
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COSTANTE DIELETTRICA
εr
SOSTANZA
acqua dist.
alcool
mica
vetro
porcellana
gomma
plexiglass
ambra
silicone
polistirolo
petrolio
ebanite
aria, gas
vuoto
80,0
25,0
8,0
7,0
5,3
4,0
3,4
2,8
2,8
2,5
2,1
2,0
1,00060
1,00000
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Piatto metallico sorretto
da manico isolante e
appoggiato su supporto
isolante.
•Il supporto viene
elettrizzato per strofinio
•L’elettroforo viene posto
sopra il piatto isolante e si
elettrizza per conduzione.
•Si tocca l’elettroforo in
modo che la carica posta
sulla faccia superiore viene
trascinata via; togliendo il
piatto, questo rimane
carico.
Elettroforo di Volta
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Modalità di elettrizzazione
Metodo
Descrizione
Meccanismo
Materiali
Strofinio
Strofinare fra loro due
corpi
Si strappano gli
elettroni presenti
sulla superficie dei
corpi
Isolanti o
conduttori (con
manico
isolante)
Contatto
Mettere a contatto un
corpo neutro con uno
carico
Spostamento di
cariche da un corpo
all’altro
Conduttori
Induzione
Mettere corpo carico
vicino a conduttore
scarico divisibile in due.
Dividendo in due il
conduttore prima di
allontanare l’induttore
ho suddiviso la carica
Le cariche sul
conduttore subiscono
al forza elettrica e si
redistribuiscono.
conduttori
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