Elettrostatica con bacchette
1.Livello base:
Materiali: Bacchetta di vetro, bacchetta di ebanite o di ambra, bacchetta metallica, sughero, panno,
pezzetti di carta.
Nota preliminare: il risultato dell’esperienza dipende dall’umidità dell’ambiente in cui si opera
Prediligere ambienti secchi!
Metodo:
1. Strofinare il pezzo di sughero con il panno. Avvicinare una bacchetta di vetro al sughero,
senza toccarlo: la bacchetta viene attratta. Allontanare la bacchetta di vetro e avvicinare al
sughero quella di ebanite: la bacchetta viene attratta. Ora avvicinare le due bacchette fra di
loro: si attirano.
2. Ora strofinare di nuovo il sughero. Avvicinare una delle bacchette (non importa quale) al
sughero fino a toccarlo: i due oggetti si respingono.
3. Strofinare ancora il sughero. Avvicinare la bacchetta metallica senza toccare: Viene attratta.
4. Porre le varie bacchette utilizzate nei punti precendenti in condizione di ruotare intorno ad
un asse perpendicolare alla loro dimensione massima. Avvicinare il sughero ad una estremità
senza toccare la bacchetta. Spostare il sughero, mantenendolo a distanza costante dall’asse
di rotazione: le bacchette ruotano seguendo il sughero. Portare ora il sughero in vicinanza
(ma non così vicino come si è fatto al punto 1 !) dell’estremo opposto delle bacchette e
provare a ripetere il trascinamento rotatorio: le bacchette di vetro ed ebanite (se
sufficientemente lunghe) non seguono il sughero; quella metallica sì.
Interpretazione/Discussione:
Le forze responsabili dei fenomeni presentati sono dette elettriche, dal nome greco dell’ambra,
Queste forze si generano fra oggetti dotati di una proprietà fisica che è detta carica
elettrica.
Le esperienze mostrano 3 modi per produrre carica elettrica: per strofinio, per induzione, per
contatto. L’induzione è una prova del fatto che la carica preesiste nei materiali, anche negli
isolanti elettrici quali vetro ed ebanite. Inoltre l’induzione mostra che la forza elettrica è una
forza a distanza (concetto di campo…).
Le esperienze mostrano inoltre che devono esistere almeno due specie di cariche
qualitativamente diverse per spiegare i tre tipi di comportamento: attrazione, repulsione,
indifferenza (che si osserva prima dello strofinio fra materiali).
La carica elettrica “si manifesta” al contatto fra materiali diversi. Tenendo conto
dell’osservazione fatta mediante gli esperimenti di induzione, si può concludere che la
carica si trasferisce da un materiale all’altro oppure si ridistribuisce all’interno dello stesso
materiale. Quindi anche un materiale complessivamente neutro (senza carica elettrica netta)
può mostrare comportamento elettrico.
Esistono classi di materiali dal comportamento elettrico qualitativamente differente: isolanti
(come vetro, ebanite, ambra) e conduttori (i metalli). Mentre nei primi la carica elettrica
resta localizzata la dove viene “generata”, nei secondi essa è libera di distribuirsi all’interno
del materiale (e lo fa in modo tale da minimizzare l’energia dovuta alla repulsione
elettrostatica: principio variazionale….).
Dal punto di vista microscopico, possiamo pensare che, quando due materiali entrano in
contatto, si stabiliscono dei legami chimici tra gli atomi delle rispettive superfici. Se questi
legami sono di tipo polare, gli elettroni di legame saranno più vicini ad uno dei due
materiali. Quando i due materiali vengono allontanati, i legami chimici vengono rotti e resta
un eccesso o un difetto di elettroni su ciascuna interfaccia. Questo eccesso o difetto è la
carica prodotta dalla elettrizzazione per strofinio.
