C q

ELETTROSTATICA
1.
La carica elettrica
2.
Carica elettrica positiva e negativa
3.
Protoni, elettroni, neutroni e carica elettrica;
4.
Struttura interna dei protoni e dei neutroni (quarks) e carica elettrica
5.
Cosa significa dire che un corpo è elettricamente neutro
6.
La forza (interazione) di Coulomb o elettrostatica
7.
Grafico della forza elettrostatica in funzione della distanza tra i due corpi carichi
8.
Unità di misura della carica elettrica nel S.I., il Coulomb (C)
9.
Definizione del Coulomb attraverso la legge di Coulomb
10. Quantizzazione della carica elettrica; carica dell’elettrone e del protone
11. Cosa significa elettrizzare un corpo
12. E’ possibile che un corpo sia elettrizzato negativamente perché ha perso protoni?
13. Confronto tra la forza colombiana e la forza gravitazionale (vedere esercizio1)
14. Il campo elettrico
15. unità di misura del campo elettrico
16. Campo elettrico creato da una carica “puntiforme”;
17. Il campo elettrico a simmetria sferica o centrale;
18. Il concetto di campo in fisica
19. Analogie e differenze tra campo gravitazionale e campo elettrico
20. Relazione tra valore del campo elettrico in un punto e forza di Coulomb
21. descrivere il campo elettrico come un sistema fisico che può compiere lavoro.
22. l’energia potenziale elettrica
23. unità di misura dell’energia potenziale elettrica.
24. la differenza di energia potenziale elettrica;
25. cosa significa dire che il campo elettrico è “conservativo”?
26. il potenziale elettrico
27. la differenza di potenziale elettrico
28. unità di misura del potenziale elettrico e della differenza di potenziale;
29. la relazione L = qV;
30. il dipolo elettrico;
31. campo elettrico uniforme
32. conduttori e isolanti
33. struttura elettrica di un isolante e di un conduttore
34. come e quali elettroni sono “quasi liberi” di muoversi all’interno di un conduttore metallico?
Elettrostatica
Pagina 1
35. Legame metallico
36. movimento collettivo di cariche elettriche; corrente elettrica
37. cosa succede, dal punto di vista elettrico se si sottopone un pezzo di metallo ad una
differenza di potenziale?
38. cosa succede, dal punto di vista elettrico se si sottopone un pezzo di metallo ad una
differenza di potenziale?
39. resistenza elettrica (ioni del metallo e movimento degli elettroni di valenza)
40. elettrizzazione per induzione in un conduttore e in un isolante
41. come si può fare per elettrizzare totalmente e definitivamente un conduttore?
42. La polarizzazione elettrica di un materiale isolante è definitiva?
43. la legge di Coulomb negli isolanti: costante dielettrica
44. che cosa descrive la costante dielettrica
45. dissociazione elettrolitica del NaCl nell’acqua e valore della costante dielettrica nell’acqua
Elettrostatica
Pagina 2
Esercizi svolti
Esercizio 1
Confrontare l’interazione elettrostatica e l’interazione gravitazionale
a) Consideriamo l’espressione dell’interazione elettrostatica
FE  k
Q1  Q2
d2
k  9  109 ; mettiamo Q1=1C,
Q2=1C e d=1m; otteniamo
FE  9  109 N .
b) Consideriamo adesso l’espressione dell’interazione gravitazionale
FG  G
m1  m2
d2
G  6,67  1011 ;
mettiamo
m1=1kg,
m2=1kg
e
d=1m;
otteniamo
FG  6,67  1011 N
c) Eseguiamo il rapporto
FE
9  109 N
9
109


 11  1,3  10 20
11
FG 6,67  10 N 6,67 10
FE
 1,3  10 20 l’interazione elettrica è 10 20 volte più intensa
FG
dell’interazione gravitazionale ( 100 miliardi di miliardi di volte più intensa)
Elettrostatica
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Esercizio 2
Calcolare la forza elettrica repulsiva esistente tra due protoni posti alla
-9
-19
distanza di 10 m. La carica del protone è di 1,6x10 C.
Risoluzione:
consideriamo le due cariche nel vuoto:
F k
Q1  Q2
d2
N  m2
; k  9  10
C2
9
(1,6  1019  1,6  1019 )
F  9  10
 2 ,3  1010 N
9 2
(10 )
9
Esercizio 3
Un corpo carico negativamente si muove sotto l’azione di una differenza di potenziale di
4
-3
210 V. Sapendo che perché questo avvenga è necessario un LAVORO di 4,210 J,
determinare la carica q del corpo e a quanti elettroni corrisponde.
Svolgimento
la relazione esistente tra lavoro svolto, carica e differenza di potenziale è data da L = qV
dalla quale si ricava:
q=
4 ,2  10 3
q
 2 ,1  10 7 C
4
2  10
L
∆V
poiché la carica dell’elettrone è 1,6x10
-19
C,
-7
in 2,1x10 C sono contenuti
2 ,1  10 7 C
12
N 

1
,
3

10
elettroni
1,6  10 19
Esercizi da svolgere
1. Calcolare il valore della forza elettrica che agisce tra due corpi conduttori carichi A e B. La
-5
-6
carica del corpo A è Q = 6,4x10 C, quella del corpo B Q = 2,2x10 C e la loro distanza
a
b
-2
reciproca è d=2x10
m.
-9
-9
2. Nella figura sono rappresentati due oggetti A e B carichi, QA = 2,510 C e QA = 7,210 C.
Calcolare il valore della forza elettrostatica e tracciarne i vettori. (Usare la scala del disegno)
Elettrostatica
Pagina 4
QA
QB
-9
3. Calcolare la distanza esistente tra due corpi carichi A e B, sapendo che QA = 3,5x10 C;
-8
QB = 2,4x10 C e che fra di essi agisce una forza elettrica di 0,9 N.
4. Due cariche elettriche inizialmente ad una distanza di 1 m, vengono portate a distanza di 10 cm.
Calcolare di quanto aumenta la forza elettrostatica che agisce tra di loro.
5. Un elettrone è posto a 210-9 m da un protone. Calcolare la forza di interazione elettrica.
6. Tra due corpi carichi A e B agisce una forza elettrica di 910 N ; sapendo che hanno la
stessa carica elettrica e che la loro distanza reciproca è di 1 mm, calcolare la carica di A e B.
-4
7. Calcolare la carica elettrica complessiva di 5 quark up e di 3 quark down.
8. Due piccole sfere A e B caricate positivamente con una carica totale pari a 4.10-8 C, si
respingono con una forza pari a 1 N, quando si trovano a 2 cm l’una dall’altra. Si calcoli la
carica su ciascuna sfera. Attenzione!!!! Carica totale significa: (QA + QB) = 410-8 C
-5
9. Calcolare il valore del campo elettrico creato da una carica Q di +210 C in un punto P alla
distanza di 3 m.
10. Con riferimento all’esercizio precedente
-10
a. calcolare la forza che subirebbe una carica qB di 510 C se fosse messa nel punto P;
b. sapendo che la carica qB è posta su un oggetto che ha una massa mB di 1 g e
considerando la carica Q ferma, calcolare l’accelerazione dell’oggetto di carica qB.
11. Determinare l’intensità del campo elettrico in un punto nel quale sulla carica di 0.7 μC si
esercita una forza di 5 mN.
-12
12. In un punto di un campo elettrostatico a simmetria sferica una carica q = 410 C è
-3
sottoposta ad una forza elettrostatica di F = 910 N. Calcolare il valore della carica QA che
crea il campo, sapendo che dista dal punto P 2 mm.
Elettrostatica
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13. Calcolare il campo elettrostatico creato da QA nel punto B e nel punto C e tracciare i vettori
che li rappresentano. QA = +6 10-7 C; (usare la scala del disegno).
B
•
•C
QA
14. Calcolare il campo elettrostatico creato da QA nei punti B,C,D e H e tracciare i vettori che
li rappresentano. QA = +6 10-7 C; (usare la scala del disegno)
.
B
•
•D
QA
•H
Elettrostatica
•C
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15. Due cariche puntiformi di valore 7.5 nC e –14.7 nC si trovano a distanza relativa di 5 cm.
Determinare l’intensità del campo elettrico in un punto che si trova a 3 cm dalla carica
positiva e 4 cm dalla carica negativa.
16. Un elettrone (me=9.1.10-31 kg ,e=1.602.10-19 C) è posto a 2.10-9 m da un protone. Quale deve
essere la sua velocità minima per poter sfuggire alla forza di attrazione elettrostatica?
Considerare il protone fermo (la massa del protone è circa 2000 volte più grande di quella
dell’elettrone)
17. Due cariche elettriche inizialmente ad una distanza di 1 m, vengono portate a distanza
di 10 cm. Calcolare di quanto aumenta l’energia potenziale del sistema.
19. Una carica elettrica q viene sottoposta ad una differenza di potenziale (ddp) V, si ottiene
-6
di conseguenza un lavoro di 45 J. Sapendo che la carica è di 4,510 C, calcolare il
valore di V.
20. Due corpi conduttori carichi A e B, sono immersi in un materiale isolante che ha una
costante dielettrica relativa r= 1500. Sapendo che la carica del corpo A è Qa = 6,410 C,
-2
-6
quella del corpo B Qb = 2,210 C e che la loro distanza reciproca è d=210 m, calcolare
il valore della forza elettrica che agisce fra loro.
-5
21. Calcolare la distanza esistente tra due corpi carichi A e B, sapendo che:
-6
-5
Qa = 3,5x10 C; Qb = 2,4x10 C e che fra di essi agisce una forza elettrica di 14 N. I due
corpi carichi sono posti in un materiale isolante di r = 40.
22. In un materiale isolante di costante dielettrica relativa r = 1500, sono posti due corpi
-6
-5
carichi Q1 = 510 C e Q2 = 610 C; sapendo che la loro distanza reciproca è d = 20
cm, determinare la forza elettrica che agisce fra di loro.
23. Per trasportare una carica elettrica Q tra due punti di un campo elettrico, tra i quali
esiste una ddp V = 1200 V, le forze del campo compiono un lavoro di
L = 48 J. Determinare il valore della carica Q.
24. Una carica
QA
Q = -610-6 C è immersa
in una sostanza che ha una costante dielettrica
relativa di r = 90. Calcolare:
a) il campo elettrico creato dalla carica Q ad una distanza di 2 cm;
-10
b) la forza elettrica che agisce su una carica +qB =10
C , posta alla distanza di 3 cm da
Q;
c) il valore del potenziale elettrico in un punto C alla distanza di 1 cm da Q;
d) il valore del potenziale elettrico in un punto D alla distanza di 2 cm da Q;
e) la ddp V tra il punto C e il punto D;
f) il lavoro svolto dalle forze del campo elettrico per spostare la carica
punto C.
Elettrostatica
qB dal punto D al
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25. Una carica Q di 5  10 7 C crea attorno a se un campo elettrico; calcolare:
a) Il valore del campo in un punto A alla distanza di 1 cm dalla carica che crea il
campo;
b) Il potenziale in un punto B alla distanza di 1m.
c) La ddp tra i punti A e B;
d) Il lavoro svolto dalle forze del campo per spostare una carica di 2  10 9 C tra i punti
A e B.
26. Determinare l’intensità del campo elettrico in un punto del quale sulla carica di Q = 7 nC si
esercita una forza di F = 5
N
27. Due cariche elettriche inizialmente ad una distanza di 1 m, vengono portate a distanza di
10 cm. Calcolare di quanto aumenta l’energia potenziale del sistema.
Domande
28. Tra due punti A e B di un campo elettrico esiste una differenza di potenziale V =10 V; il
lavoro che le forze del campo devono compiere per spostare una carica di 510-8 C tra i due
punti A e B è:
-
[A] 510 7 J;
8
[C] 510 J;
[B] 50 J;
-8
[D] 510 J
29. L’Unità di misura dell’energia potenziale elettrica è:
[A] il Joule (J); [B] il watt (W);
[C ] l’ampere (A);
[D] il volt (V)
30. L’Unità di misura del potenziale elettrico è:
[A] il Joule (J); [B] il watt (W);
[C ] l’ampere (A);
[D] il volt (V)
Elettrostatica
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