FISICA SPERIMENTALE II!
ì Corso di laurea in Chimica (6CFU, 48 ORE)!
Docente: Claudio Melis, Ricercatore a tempo determinato presso
il Dipartimento di Fisica!
Email: [email protected]!
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Telefono Ufficio :070 675 4929!
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Pagina web: http://people.unica.it/claudiomelis/!
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Orario di Ricevimento:Venerdì dalle ore 15:00 alle ore 17:00!
Presso il Dipartimento di Fisica, secondo piano torre C ufficio 24!
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Conduttore posto in un campo
elettrico!
In un conduttore immerso in un
campo elettrico esterno le cariche
elettriche!
libere di muoversi vengono spinte
dalla forza del campo elettrico fino
ad addensarsi sulle superfici finché
il campo che esse producono
allʼinterno del conduttore non
annulla completamente il campo
esterno applicato, producendo
così un equilibrio.!
Conduttore posto in un campo
elettrico!
In conclusione:!
!
1) in un conduttore posto in un campo elettrostatico e che
sia in equilibrio elettrico, il campo elettrico nei punti
interni è nullo;!
2) il campo elettrico alla superficie di un conduttore in
equilibrio è normale alla superficie (altrimenti le cariche
sarebbero libere di muoversi fino a raggiungere un equilibrio,
campo nullo);!
!
3) lʼintera carica elettrica di un conduttore in equilibrio si
trova sulla sua superficie!
Dielettrici!
Dielettrico: materiale non conduttore (gomma, vetro, carta paraffinata)!
Al contrario dei conduttori anche in presenza di un campo elettrico esterno
in essi non si genera un movimento di cariche.!
Sperimentalmente si osserva che introducendo tra le armature di un!
condensatore un dielettrico:!
il ΔV (e quindi il campo) diminuisce!
Se lo spazio è completamente riempito:!
Polarizzazione della materia!
Nella materia non conduttrice costituita da atomi, e quindi da un
insieme di cariche positive (nuclei) e negative (elettroni), ci
troviamo in presenza di una situazione di neutralità elettrica a
livello macroscopico.!
A livello microscopico possiamo avere due situazioni: !
(i) i baricentri della carica negativa e di quella positiva non
coincidono; !
(ii) il baricentro della carica positiva e di quella negativa
coincidono.!
Nel primo caso la materia presenta dipoli microscopici. Nel
secondo caso non abbiamo dipoli microscopici.!
Il Dipolo Elettrico !
Dipolo Elettrico: due cariche
(puntiformi) +q e –q (stesso
modulo,segno opposto a
distanza a.!
!
Momento di Dipolo, P: Vettore
di modulo!
qa che va da da –q a +q!
Il Dipolo Elettrico !
Anche per un sistema di più cariche (se neutro) si può
definire un momento di dipolo!
Due tipi di Dipolo !
ì Il dipolo può essere indotto da un campo elettrico
esterno che sposta le cariche positive e negative!
In questo caso Il dipolo ha necessariamente lo stesso
verso del campo esterno!
ì Il dipolo può essere permanente: cʼè una distribuzione
asimmetrica stabile di carica!
In questo caso Il dipolo può avere un
arbitraria!
orientazione
Polarizzazione della materia!
I dipoli elettrici della materia posti in
un campo elettrico!
Nei materiali comuni costituiti da dipoli elettrici
microscopici in assenza di campo elettrico esterno i dipoli
sono orientati in modo casuale, come conseguenza
dellʼagitazione termica, e non si manifesta nessun effetto
elettrico macroscopico.!
I dipoli elettrici della materia posti in
un campo elettrico!
Se il materiale in questione è immerso in un campo elettrico
esterno, i dipoli cominciano ad orientarsi nella direzione
del campo elettrico dando origine ad un effetto elettrico
macroscopico.!
Sostanze polari!
Sostanze polari: possiedono un momento di dipolo intrinseco
(molecole poliatomiche, H2O). In assenza di campo i dipoli sono
orientati a caso. In presenza di E si orientano parallelamente ad
esso, anche se lʼallineamento non è mai completo a causa
dellʼagitazione termica.!
Lʼallineamento cresce al crescere di E esterno e al diminuire
della temperatura.!
Polarizzazione per orientamento!
Ogni molecola acquista un momento di dipolo elettrico
medio parallelo e concorde al campo E:!
n : numero di atomi o molecole per unità di volume n ΔV
numero di atomi o molecole contenute in ΔV!
< p >!
vett. di polarizzazione (momento di dipolo per unità di
volume):!
Materiali privi di dipoli elettrici
microscopici!
(a) il centro di massa delle cariche positive coincide con il centro di massa di
quelle negative!
(b) gli effetti della polarizzazione si hanno solo se si applica un campo elettrico esterno:
i centri delle distribuzioni di carica allʼinterno di ciascuna molecola si separano
sufficientemente da creare i dipoli e quindi la polarizzazione del dielettrico.!
(c) Il tutto può essere visto come lʼaccumularsi di una carica negativa sulla faccia
della lastra vicina allʼelettrodo positivo ed una carica, uguale in modulo, ma positiva
sulla faccia opposta del dielettrico. Globalmente la lastra resta neutra, ma al suo interno
si crea un campo Eʼ minore del campo esterno E0 ed in verso opposto ad esso, pertanto,
lʼeffetto finale è di ottenere un campo E minore di quello di partenza E0.!
Pezzetti di carta attirati dalla
bacchetta carica!
Il vettore polarizzazione!
Se inseriamo un parallelepipedo di
materiale non conduttore (dielettrico)
in un campo elettrico, la sua
polarizzazione crea la comparsa di
una carica positiva da un lato e
una carica negativa dallʼaltro.!
Definiamo la POLARIZZAZIONE P di un materiale
come il vettore che indica il momento di dipolo per
unità di volume. Se p è il momento di dipolo indotto
negli atomi (o quello molecolare), e n è il numero di
dipoli elementari per unità di volume P=np in
genere (per materiali isotropi) la polarizzazione è
parallela al campo elettrico.!
Il vettore polarizzazione!
Un pezzo di dielettrico posto in un campo elettrico esterno si
polarizza !
Polarizzazione ⇒ dipolo macroscopico che tende a muoversi
nella direzione in cui cresce il campo elettrico !
!
Vettore polarizzazione P: momento elettrico di dipolo del
mezzo per unità di volume ( n è il numero di atomi per unità di
volume)!
Il vettore polarizzazione!
In generale è!
Abbiamo cosi!
χe è la suscettività elettrica del materiale, è un numero puro
positivo!
Suscettività elettrica!
