Stati della Materia

• Solido,
Stati della Materia
liquido,
La materia è costituita da atomi
gas
Dentro gli atomi
• Atomo = nucleo +
elettroni
• Nucleo ha carica positiva
• Elettrone ha carica negativa
• Nucleo = protoni e
neutroni
1/2/2009
Dentro il nucleo
• Protoni e Neutroni sono
fatti da quark, chiamati
up e down
• I quark dovrebbero essere
elementari
1/2/2009
Struttura dell’atomo
Nel ‘68 a Stanford si scopre che protoni e neutroni NON sono
fondamentali: essi sono composti da combinazioni di QUARK
(QUestion mARK) denominati SU e GIU’ (Up/Down), che
hanno carica elettrica +2/3 e -1/3 rispetto alla carica
dell’elettrone rispettivamente
ci sono 2 UP ed 1 Down in un protone e viceversa in un
neutrone
Particelle non elementari composte da combinazioni di Quark vengono anche
definiti Adroni, che si distinguono dai Leptoni (elettrone, muone, tau) che non
hanno altri costituenti e non sono sensibili alla Forza Forte
Le Forze




Ad oggi tutte le interazioni sembrano ricondursi a 4 forze fondamentali
Interazione Elettromagnetica
Interazione Gravitazionale
Interazione Nucleare Forte
Interazione Nucleare Debole
Interazioni fondamentali (origine delle forze)
Forte : corto raggio ~10-14m
⇒ lega i protoni ed i neutroni
per formare i nuclei
Nucleare debole:
corto raggio ~ 10-14 m
decadimento neutronico e
radioattività naturale
Elettromagnetica : lungo raggio
lega elettroni e protoni per
formare atomi, che formano
molecole, etc.
argomento del
corso
Gravitazionale:
domina su larga
scala, legata alla
massa
Tornando alle interazioni
I fotoni sono i quanti o i “mediatori” (particelle) delle forze elettriche
(elettromagnetiche); quali per le altre forze?
Interazione
Particella
(Bosoni)
Massa
Nucleare Forte
Gluone (8
possibili stati)
0
Elettromagnetica
Fotone
0
Nucleare Debole
Bosoni W e Z
86,97
Gravitazionale
Gravitone (?)
mai osservato
0
Il nostro corso
INTRODUZIONE
• L’elettromagnetismo è la teoria che
descrive le interazioni tra corpi dotati di
carica elettrica
• In questo ambito, l’argomento
dell’elettrostatica è limitato al caso in cui
tutte le cariche elettriche sono in quiete
• Il caso più generale in cui le cariche
sono in movimento è più complesso e
ne saranno studiati, in questo corso,
solo alcuni aspetti
Carica Elettrica
La carica elettrica è una proprietà intrinseca delle particelle
fondamentali che costituiscono la materia.
Stato di carica possibile:
• negativo (elettrone)
• neutro (p.es., neutrone)
• positivo (p.es., protone)
elettroni
+neutroni
+protoni
atomo
La materia cambia il
suo stato di carica
Acquisendo o perdendo
elettroni
Evidenze sperimentali:
• Lo “sfregamento” (frizione) e/o il contatto provocano il
trasferimento di elettroni da un oggetto ad un altro
• Caricamento per contatto (o conduzione)
Unità di carica elettrica

Coulomb (C): 1 Coulomb è la quantità di carica
che passa in 1 secondo attraverso una
qualsiasi sezione di un filo percorso dalla
corrente di 1 Ampere.
Costante Dielettrica

La costante ke è definita come:
1
9
2
2
ke =
= 8.99 ×10 N ⋅ m / C
4πε 0
ε0 è la costante dielettrica nel vuoto.
CARICA ELETTRICA (1)
• Esistono due tipi di carica elettrica denominati
carica positiva e carica negativa. La carica elettrica
di un corpo è rappresentata da un numero (scalare)
positivo o negativo. Due corpi dotati di carica
elettrica dello stesso segno si respingono, mentre
due corpi dotati di carica elettrica di segno opposto
si attraggono
• La carica elettrica è una proprietà delle particelle
elementari che costituiscono la materia (elettroni e
protoni). Un corpo di dimensioni macroscopiche
possiede una carica elettrica uguale alla somma
algebrica delle cariche elettriche delle particelle
elementari che lo costituiscono
CARICA ELETTRICA (2)
• Le cariche elettriche dell’elettrone e del protone
sono uguali in valore assoluto e di segno opposto.
La carica del protone è positiva (e), mentre quella
dell’elettrone è negativa (-e). La carica elettrica e è
spesso indicata come la carica elementare
•La carica elettrica di un corpo macroscopico è quantizzata,
ovvero è sempre uguale ad un multiplo intero
(positivo o negativo) della carica elementare
CARICA ELETTRICA (3)
• UNITA’ DI MISURA: nessuna delle grandezze
dell’elettromagnetismo deriva dalle grandezze
della meccanica. Per avere un sistema completo
di unità di misura fondamentali si affianca a metro,
chilogrammo, e secondo, l’ampère (A) unità di
misura dell’intensità di corrente elettrica. Il sistema
di unità di misura così costituito si chiama Sistema
Internazionale.
• Nel sistema SI, l’unità di misura della carica
elettrica è il coulomb (C)
•
Conduttori & Isolanti



Conduttori: materiali in cui le cariche elettriche
possono muoversi “liberamente”: metalli, acqua
naturale, corpo umano, …
Isolanti: materiali in cui le cariche elettriche
sono “bloccate”: aria, vetro, plastica, …
Semiconduttori: un tipo di isolanti in cui è
possibile variare il numero ed il tipo (positivo o
negativo) di cariche elettriche mobili (es.
silicio, germanio);
fondamentali per lo sviluppo della
microelettronica e, quindi, dell’informatica !!!
Quantizzazione della Carica
• Unità Fondamentale: carica elementare e
q = ne, n = ±1, ± 2, ± 3, 
•Un elettrone porta una carica –e ; un protone porta una
carica +e
Sono gli elettroni che si muovono
(solitamente) tra oggetti.
• Coulomb (C):1 coulomb è la quantità di carica che
attraversa la sezione di un filo in 1 secondo quando
è percorso dalla corrente di 1 ampere
=
e
1.602177 × 10 −19 C ≈ 1.60 ×10 −19 C
Conservazione della Carica
La carica elettrica netta è conservata in ogni processo fisico.
Ma…
• La carica può essere trasferita da un
oggetto ad un altro.
•Le singole cariche possono, infatti, essere
“distrutte” o “create”, ma non la carica netta
−
+
e +e ↔γ +γ
2
(→ annichilazione)
(← prod. di coppia)
¾Cariche indotte su sfere
+ ++
+ +
+ +
+ +
++
1
2
+ ++ -- ++
+ +
-- + -- ++ + +
+ -+
+
+ +
+
++
1
+
+
2
+ ++ -- ++ +
+ +
-- + -- +
+ +
+-+
+
+ +
-+
++
1
-
+
+
2
+ ++ -- ++ +
+ +
-- + -- +
+ +
+-+
+
+ +
-+
++
-
+
+
F
1
2
+ ++ --- ++ +
+ +
-+
+ +
+
-- + ++
+ +
++
-
+
+
F
1
2
+ ++ --- ++
+ +
-+ +
+
+ +
-+
++
1
+ +
+ -
+
+
F
2
+ ++ --- ++
+ +
-+ +
+
+ +
-+
++
1
-
+
+
+
-
F
2
+ ++ --- ++
+ +
-+ +
+
+ +
-+
++
1
-
+
+
+
-
F
2
- - - --
+ +
+ ++
++
1
2
- - - - --
1
+ +
+ ++
++
F
2
¾Continua finchè le sfere sono neutre
- - - -
1
+ + +
+ + ++
F
2
I. 6RPPDGL VeWtorL (GraIica)
y
F1
F1
F3
F2
Fnet
F2
F3
x
click
y
Fnet
F3
x
/
RUGLQHQRQLPSRUWD
F
F2
1