DOMANDE DI FISICA 1. Quali fenomeni indussero i primi scienziati

DOMANDE DI FISICA
1. Quali fenomeni indussero i primi scienziati ad interrogarsi sull’esistenza di una carica elettrica? Perché
si pensò a due tipi differenti di carica?
Alcuni fenomeni fisici furono studiati fin dall’antichità, ma subito non se ne seppe dare una spiegazione.
Solo quando comparirono gli studi riguardo la materia si cominciò a studiare e capire questi fenomeni; Si
osservò che due bacchette di ambra strofinate si respingevano, mentre una bacchetta di ambra e una di
vetro si attraevano. Dapprima con Fay si pensò a due tipi di cariche, denominate carica resinosa e carica
vetrosa. Con Franklin si superò questa denominazione e si arrivo alla denominazione odierna, cioè quella di
considerare cariche negative (ambra) e cariche positive(vetro). L’ambra acquistava elettroni, mentre il vetro
perdeva elettroni.
2. In che cosa si somigliano la forza gravitazionale e quella elettrica? E in cosa differiscono?
La legge della gravità di newton tiene in considerazione la costante di gravitazione universale, la massa
dell’oggetto, quella della terra e la distanza, esprimendo così la formula
Mentre la forza elettrica è espressa dalla legge di Coulomb che tiene in considerazione la costante detta di
coulomb, le due cariche e la distanza tra le cariche, così espressa
Le due leggi sono uguali perché pongono la forza è direttamente proporzionale alla massa, e che la forza è
inversamente proporzionale alla distanza. La differenze sono due; la prima riguarda l’attrazione e la
repulsione. La forza di gravità è solo attrattiva, mentre la forza elettrica è sia attrattiva che repulsiva. La
seconda differenza sta invece negli ostacoli; mentre la forza di gravità non varia se sono posti ostacoli, la
forza elettrica invece, varia a seconda dell’ostacolo o del mezzo.
3. Cosa differenzia un conduttore elettrico da un isolante elettrico nel comportamento macroscopico?
Questa differenza a cosa corrisponde a livello microscopico?
La differenza sostanziale tra un conduttore ed un isolante sta nella capacità elettrica; mentre un isolante
non permette di far passare le cariche un conduttore compie il procedimento inverso. A livello
microscopico questo è causato dalla configurazione elettronica e molecolare degli atomi; i metalli sono dei
buoni conduttori perché all’interno del loro reticolo gli elettroni circolano liberamente e per cui è facile
passare da una parte all’altra. Mentre per gli isolanti, questo non avviene perché ogni elettroni sta
attaccato al suo nucleo e quindi non vi è passaggio di elettroni da una parte all’altra del materiale.
4. Descrivi il fenomeno dell’induzione elettrica.
L’induzione elettrica è quel processo che avviene nei conduttori. Gli elettroni dei conduttori si muovono
all’interno del conduttore, quando gli si avvicina una barretta carica positivamente li elettroni migrano, si
muovono, verso quest’ultima, lasciando scoperta l’altra parte che viene definita come carica positivamente.
Questo avviene perché gli elettroni sono liberi di muoversi.
5. Descrivi il fenomeno della polarizzazione elettrica.
La polarizzazione è quel fenomeno che interessa gli isolanti. Per la loro conformazione gli elettroni di questi
materiali non sono liberi di muoversi ma sono vicino al nucleo. Per cui avvicinando una barretta carica
elettricamente potranno accadere due cose: Se le molecole non sono polari si deformeranno fino ad
assumere una forma polare. Questo processo si definisce di polarizzazione per deformazione. Se invece, le
molecole sono polari si avrà solo un orientamento verso la carica.
6. Cosa è un “modello” in fisica?
Per modello si intende la rappresentazione provvisoria di cosa accadrà veramente nella realtà secondo i
dati fino ad ora da noi raccolti.
7. Descrivi brevemente l’evoluzione nella storia delle idee riguardanti la struttura atomica della materia.
Le prime riflessioni sulla struttura dell’atomo fanno riferimento al V secolo a.c. con Zenone, che riducendo
la materia a parti infinitamente piccole fino a risultare nulle, riduceva la materia al non esistere. Con
Democrito si fece largo l’idea dell’esistenza di una parte piccolissima della realtà che costituiva tutto;
questo era l’atomo ( che significa senza parti). Agli inizi dell’ottocento con Dalton si arrivò a definire l’atomo
e la materia; la materia viene concepita divisibile in parti, chiamati atomi; ciascuno elemento è costituito da
un unico tipo di atomi identici per peso e forma; Elementi diversi sono costituiti da atomi diversi; I composti
sono formati da molecole che sono tutte uguali, e a loro volta le molecole sono fatte da atomi . Nel 1896
Thompson dimostrò sperimentalmente l’esistenza degli elettroni, particelle che componevano l’atomo ed
erano 1836 volte più piccole.
8. Parla del modello atomico di Rutherford
Le particelle alfa sono cariche positivamente e vengono emesse ad altissima velocità da certi materiali
radioattivi. Rutherford usa uno di questi materiali per questo esperimento.
Davanti a questo materiale radioattivo mette un dispositivo che sezionava un sottile fascio orizzontale di
particelle, esse colpivano una lamina metallica e venivano rilasciate su uno schermo fluorescente. Molte
particelle venivano deviate nell’attraversare la lamina, e alcune addirittura respinte.
Rutherford ipotizzo allora che la massa e la carica positiva dell’atomo fossero concentrate in un volume
molto piccolo: il nucleo, e nello spazio intorno ad esso ruotassero gli elettroni aventi massa molto più
piccola.
9. Parla del modello atomico di Bohr
Nel 1913 Bohr propose un nuovo modello atomico. Secondo Bohr gli elettroni non possono trovarsi su una
distanza qualsiasi dal nucleo ma sono su orbite circolari con una raggio ben definito, e su queste orbite gli
elettroni ruotano senza emettere energia. Una variazione di energia dell’atomo si verifica quando si ha un
eccitazione esterna, ed un elettrone che si trova su un orbita più interna si sposta su di un orbita più
esterna. Quando l’eccitazione terminerà l’atomo ritornerà sull’orbita di partenza. Il passaggio di orbite
emette un fotone, cioè energia luminosa.
10. Come si interpretano i fenomeni elettrici elementari (elettrizzazione, induzione e polarizzazione) da
un punto di vista macroscopico?
Quando si parla di elettrizzazioni si parla di uno strofinio tra duo corpi in cui si cedono e si strappano delle
cariche. Quindi un corpo tenderà a perdere elettroni diventando carico positivamente, mentre un altro
corpo acquisterà elettroni divenendo carico negativamente.
Nel fenomeno della polarizzazione, si ha per i corpi isolanti. Quando si avvicina una barretta carica le
molecole dell’oggetto se sono polari si orientano verso la carica, se invece non sono polari la molecola si
deforma fino ad assumere una forma polare.
Nel fenomeno della induzione invece si parla di conduttori. Avvicinando una barretta carica si vedrà la
migrazione degli elettroni opposte verso la parte dove c’è la barretta, creando un momento polare. Questo
è possibile per la caratteristica dei conduttori.
11. In quale modo Coulomb pervenne all’elaborazione della legge che da lui prende il nome?
Coulomb parte dalla legge gravitazionale, la quale ha molte somiglianze con la legge di Coulomb. Attraverso
una bilancia a torsione ci pone due sfere metalliche di diverse dimensioni, che carica; misura così
l’attrazione e nota che la forza è direttamente proporzionale alla carica e che la forza è inversamente
proporzionale al quadrato della distanza.
12.Che forza agisce su una carica di prova posta in vicinanza di due e più cariche elettriche?
La forza che agisce su una carica di prova posta in vicinanza di due o più cariche elettriche, è misurabile con
i vettori, secondo il principio della sovrapposizione. Il vettore forza sarà la somma vettoriale delle forze che
la carica subisce dalla singole cariche che generano il campo.
13. Cosa si intende per campo elettrico?
La zona dello spazio in cui una carica di prova risente di una forza elettrica si dice sede di un campo elettrico
e più semplicemente campo elettrico.
14.In cosa il concetto di campo elettrico risulta più efficace nella discrezione dei fenomeni fisici, rispetto
al concetto di “azione a distanza”?
Il campo elettrico risolve i problemi del concetto di “azione a distanza”,cioè che all’interno di un campo
elettrico si risente della modificazione della carica dopo un tempo, che corrisponde alla velocità che la luce
ci mette a passare da quel determinato punto, che era il punto dove c’era la carica prima, alla carica di
prova.
15. Descrivi il campo elettrico generato da una carica puntiforme.
Il campo elettrico generato da una carica puntiforme ha una simmetria sferica e le linee di forza sono
uscenti se si ha una carica positiva, entranti se si ha una carica negativa. Le superfici equipotenziali hanno
andamento concentrico, il cui centro è espresso dal centro della carica.
=k∙
La formula che lo esprime è
=k∙
16. Cosa sono le linee di forza? Per cosa sono utili?
Le linee di forza sono le linee secondo cui si esercitano le azioni del campo, sono utili poiché sollecitano un
corpo elettrizzato a muoversi soltanto lungo le linee di forza . Sono linee che hanno direzione tangente al
campo elettrico i quel punto, per cui le linee di forza non si incontrano mai.
18. Come si distribuisce la carica in un conduttore carico in equilibrio elettrostatico?
In un conduttore carico si dice in equilibrio se su di esso non si osservano spostamenti di cariche. La carica è
distribuita solo sulla superficie per effetto delle forze repulsive presenti tra le cariche stesse.
19. Quanto vale il campo elettrico generato da una distribuzione piana di carica?
ς è la densità superficiale di carica
ε0 costante dielettrica del vuoto
20. Quanto vale il campo elettrico generato da due distribuzioni piane di carica opposta?
ς è la densità superficiale di carica
ε0 costante dielettrica del vuoto
21.Descrivi il lavoro necessario a spostare una carica di prova nel campo uniforme generato da due
distribuzioni piane di carica opposta. Il lavoro dipende dal cammino seguito?
Il lavoro necessario a spostare una carica di prova nel campo uniforme generato da due distribuzioni piane
di carica opposta è descritto dalla formula
Il campo elettrico è doppio
perché agiscono due forze opposte.
Anche in questo caso il lavoro non dipende dal percorso perché il campo elettrico è conservativo.
22. Cosa significa un campo di forze è conservativo? Il campo elettrico lo è? Che conseguenze ha la
conservatività?
Un campo di forze è conservativo significa che il lavoro compiuto dalla forze del corpo è indipendente dal
percorso, mentre in un campo di forze non conservativo il lavoro compiuto dalla forza del corpo è
dipendente dal percorso. Il campo elettrico è conservativo e questo ci permette di definire un energia detta
energia potenziale elettrica , che è una forza che agisce su quel punto. Ad un preciso punto corrisponderà
un solo lavoro.
23. Cos’è l’energia potenziale elettrica? Com’è definita?
L’energia potenziale elettrica è il lavoro compiuto dalla forza del campo per portare la carica dal punto P
all’infinto.
25. Cosa si intende per potenziale elettrico?
Il potenziale elettrico rappresenta, in un dato punto, il lavoro che le forze interne al campo devono
compiere per spostare una carica positiva ed unitaria dal punto in cui si trova fino ai bordi del campo
elettrico. Questo ci permette di togliere la dipendenza da q (carica di prova).
26. Cosa sono le superfici equipotenziali?
Le superfici equipotenziali sono superfici nel campo che hanno tutti i punti allo stesso potenziale. Esse sono
perpendicolari alla linee di forza.
28. Qual è la definizione di capacità elettrica?
La capacità elettrica è data dalla carica fratto il potenziale, è una caratteristica tipica di ogni singolo
conduttore ed è costante per lo stesso conduttore.
29. Cos’è un condensatore?
Sono dei dispositivi in grado di realizzare una grossa capacità elettrica in piccole dimensioni. I più semplici
sono formate da due armature piane conduttrici poste sui piani paralleli, molto vicino l’una all’altra e
separante da un isolante. La capacità di un condensatore è
è la differenza di potenziale tra le due armature.