Le linee di forza

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Scheda
Le linee di forza
PREREQUISITI
Per affrontare la prova devi sapere:
쮿 Come si rappresenta il campo elettrico
쮿 Qual è il significato di tensione (o differenza di potenziale)
1 Titolo
In alcune situazioni relativamente semplici, visualizziamo il campo elettrico. Intitoliamo perciò questa
esperienza: Le linee di forza.
2 Obiettivi
Lo scopo consiste nel cercare di mettere in evidenza le linee di forza generate da cariche elettriche puntiformi e da cariche distribuite su superfici piane parallele (come accade nel condensatore).
3a Schema e/o disegno
Riporti i disegni delle linee di forza nelle diverse situazioni analizzate man mano che sviluppi la relazione (vedi figure 1, 2 e 3).
3b Materiale e strumenti
L’elenco che segue è ciò di cui hai bisogno:
• generatore di tensione;
• elettrodi di forma circolare e piana (ed eventualmente uno a forma di spira);
• contenitore di vetro di diametro abbastanza grande (da collocare possibilmente sul piano della lavagna
luminosa per proiettare le immagini sulla parete);
• bacchetta isolante;
• olio di vaselina e semolino.
4 Contenuti teorici
Puoi esporre il concetto di campo elettrico, magari facendo un parallelo con il campo gravitazionale, e
parlare della sua rappresentazione attraverso le linee di forza (riservandoti di esaminare le loro caratteristiche dopo avere svolto i passaggi illustrati più avanti).
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5-6-7 Descrizione della prova, raccolta dei dati, elaborazione
In questo caso non devi effettuare un’elaborazione matematica, in quanto non ricavi dei dati numerici.
Tuttavia, dovrai osservare attentamente quello che accade e darne una giustificazione fisica.
Parte I: cariche puntiformi
Per evidenziare le linee di forza dei campi elettrici faremo ricorso alla paraffina liquida (olio di vaselina) e a
un po’ di semolino molto fine. Disponendo tali ingredienti in un contenitore trasparente e appoggiando
quest’ultimo sul piano di una lavagna luminosa, si può ingrandire e rendere più visibile il fenomeno studiato.
a) Prendi un generatore di tensione assicurandoti che non sia acceso e
collega con il polo positivo del generatore l’elettrodo circolare che
simula la carica puntiforme.
b) Dopo avere versato nel contenitore, per un’altezza di circa mezzo centimetro, l’olio di vaselina, disponi l’elettrodo al centro, con la base circolare immersa nell’olio (vedi fig. 1).
+
c) Spargi un po’ di semolino nell’olio tutt’attorno all’elettrodo e, quindi,
se la manopola di regolazione della tensione è a zero, accendi il generatore.
d) Aumenta gradualmente la tensione, fino a quando vedi i granelli di
semolino disporsi secondo linee di forza identificabili con chiarezza.
(Con una bacchetta isolante puoi agitare all’occorrenza il semolino.)
Figura 1
e) Se la disposizione del semolino dovesse essere troppo confusa, puoi
disporre un elettrodo ad anello collegato a terra dentro il contenitore,
in modo da accrescere il campo elettrico a cui sono sottoposti i granelli (fig. 1).
f) Secondo quali linee ti sembra che si sia disposto il semolino nell’olio?
..............................................................................................................................................................
g) Introduci ora nel contenitore un altro elettrodo di forma circolare e collegalo, sempre a generatore spento, al polo negativo o a terra (fig. 2).
(In questo caso non ci deve essere l’anello esterno.)
+
h) Accendi il generatore e aumenta la tensione tramite l’apposita manopola. Se è necessario, aggiungi del semolino e nell’olio rimescolalo.
i) Come si dispongono adesso i granelli di semolino? ...........................................
Figura 2
.............................................................................................................................................................
l) Ripeti la prova precedente, collegando però entrambi gli elettrodi al polo positivo, eventualmente utilizzando l’elettrodo ad anello con polarità contraria a quella degli altri due elettrodi.
m) Quali linee mettono in evidenza adesso i granelli?
................................................................................................................
................................................................................................................................................................................................................................
Completa le frasi
Riordiniamo le tue osservazioni.
• Nel caso di carica puntiforme le linee di forza del campo elettrico sono delle
................................................
uscenti dalla ............................................................................................... in direzione .......................................................................
• Quando si hanno due cariche puntiformi di segno opposto, allora le linee di forza sono delle linee
(aperte/chiuse) .................................................................. che vanno da una ................................................................... all’altra.
• Se invece le due cariche puntiformi hanno lo stesso segno, le linee di forza sono delle linee (aperte/chiuse) ....................................................................... che partono da ciascuna ...............................................................................
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Parte II: cariche su superfici piane e parallele
In questa seconda parte vediamo quali sono le caratteristiche del campo
elettrico tra due superfici piane e parallele, situazione analoga a quella che
si ha in un condensatore.
+
a) Inserisci dentro il contenitore con l’olio due elettrodi di forma piana e
disponili a una certa distanza in modo tale che le due superfici affacciate siano parallele (fig. 3).
b) Se necessario, aggiungi del semolino nella zona compresa tra le due
superfici piane.
c) Collega i due elettrodi uno al polo positivo e l’altro a quello negativo del
generatore e aumenta gradualmente la tensione, fino a quando i granelli non si dispongono in modo da evidenziare delle linee chiaramente
distinguibili. Come sono adesso le linee di forza tra i due elettrodi?
Figura 3
..................................................................................................................................................................................................................................
d) Allontana tra loro i due elettrodi piani. Che cosa succede? ...................................................................................................
..................................................................................................................................................................................................................................
e) Come diventano le linee di forza, in prossimità dei bordi laterali delle due superfici? .......................................
..................................................................................................................................................................................................................................
Completa le frasi
Riassumiamo quanto abbiamo visto.
• Il campo elettrico tra due superfici piane parallele, escludendo le zone dei bordi, è costituito da linee
....................................................................................................................................................................................................................................
• Tali linee sono tendenzialmente (equidistanti/irregolari)
....................................................................................................
rappresentando perciò un campo elettrico (uniforme/variabile) ....................................................................................
• Quanto più le linee sono (vicine/lontane) .................................................................................................................... tra loro,
tanto più il campo elettrico è (debole/forte) ...................................................................................................................................
8 Analisi dei risultati e conclusioni
A seguito di questa prova di carattere puramente qualitativo, puoi cercare di dire qualcosa di generale
sulle linee di forza: di che cosa sono le manifestazioni, che cosa rappresentano fisicamente, che cosa
provocano...