appunti di fisica
lezione n. 1
Proprietà elementari delle cariche elettriche
Strofinando con un panno di lana del vetro o della resina si evidenzia l’esistenza di due tipi di carica
elettrica:
vetrosa carica positiva
protoni
resinosa carica negativa elettroni
Cariche dello stesso segno si respingono, mentre cariche di segno opposto si attraggono.
Unità di misura della carica elettrica nel S.I. “Coulomb”
definita tramite l’ampere
1C=1As
e = -1,6 10-19 C
Carica dell’elettrone :
A = ampere ; s = secondi
Carica del protone :
p = +1,6 10-19 C
Conduttori :
1. conducono bene la corrente elettrica
2. ci sono al loro interno cariche libere di muoversi
Esempi : metalli (elettroni esterni)
soluzioni liquide (ioni disciolti sia positivi che negativi)
gas ionizzati (ioni ed elettroni)
Isolanti :
1. non conducono la corrente elettrica
2. le loro cariche non sono libere di muoversi
Esempi : vetro, plastica, ceramica, legno secco etc.
Tre modi di elettrizzazione :
1. Strofinio
2. Contatto
3. Induzione elettrostatica
conduttore
carico
+++++
+++++
conduttore
neutro
+
+
appunti di fisica
lezione n. 2
Forza tra cariche elettriche : LEGGE DI COULOMB
F
F
q1
q q
F K 122
r
nel S.I. (e per il vuoto) si ha K = 9 109 Nm2/C2
r
q2
(valore molto grande)
la legge si può enunciare così :“la forza tra due cariche elettriche è direttamente proporzionale al
prodotto delle due cariche ed inversamente proporzionale al quadrato della loro distanza”
La forza elettrica può essere sia attrattiva che repulsiva, a seconda dei segni delle cariche.
N.B.
la formula è simile a quella di Newton per la forza gravitazionale tra due masse :
F G
m1 m2
r2
forza sempre attrattiva
G = 6,67 10-11 Nm2/kg2 (molto piccola)
Esempi di calcolo
forza di attrazione elettrica tra protone ed elettrone nell’atomo di idrogeno
q1 = q2 =1,6 10-19C
r = 5 10-11 m (raggio dell’atomo)
Fel K
19
q1 q 2
C 1,6 10 19 C
9 1,6 10
9
10
9,2 10 8 N
2
2
11
r
5 10 m
forza di attrazione gravitazionale tra protone ed elettrone nell’atomo di idrogeno
m1 = 1,6 10-27 kg
m2 = 9,1 10-31 kg
Fg G
27
m1 m2
kg 9,1 10 31 kg
11 1,6 10
6
,
67
10
3,9 10 47 N
2
11
r2
5 10 m
Come si nota Fel >>Fg (di circa 2 1039 volte !!) Questo ribadisce che la forza gravitazionale è
prevalente per oggetti come stelle, pianeti ... ossia per l’universo in grande, mentre a livello
atomico è di gran lunga maggiore la forza elettrica.
Forza elettrica in un materiale isolante
In un materiale isolante la costante K viene ridotta di un fattore r (costante dielettrica relativa del
materiale), cioè la forza è più piccola r volte di quanto sarebbe nel vuoto, a causa della polarizzazione del
materiale.
Ad esempio
r (aria) = 1,0003 praticamente come nel vuoto
r (acqua) = 80 perché la molecola di H2O è altamente polare
L’acqua è un buon solvente proprio perché la forza dei legami atomici viene ridotta di un fattore 80 rispetto
all’aria, quindi le molecole si dissociano facilmente in ioni positivi e negativi (es. cloruro di sodio Na +Cl- ).
appunti di fisica
lezione n. 3
Definizione del vettore campo elettrico E
Se noi mettiamo una carica di prova q in un
punto P dello spazio ed essa subisce una forza
elettrica, diremo che in quel punto agisce un
F
La stessa cosa si può fare in
tutti i puntiq dello spazio definendo così come
campo vettoriale ilP campo elettrico E .
campo elettrico E .
La forza sulla carica q è direttamente
proporzionale alla carica stessa, quindi il rapporto
F/q è costante e viene usato per definire il campo
elettrico E in quel punto
E
F
q
l’unità di misura
nel SI è N/C
Il campo elettrico è uno degli oggetti fondamentali dell’elettrostatica.
Campo elettrico prodotto da una carica puntiforme Q
Nel caso in cui la sorgente del campo elettrico
sia una singola carica puntiforme Q, il campo
elettrico a distanza r da essa si calcola con la
formula qui a lato.
EK
Esso è diretto in direzione opposta a Q se
positiva ; è diretto verso la carica se è
negativa.
Si può vedere ad esempio la rappresentazione
grafica nei punti A e B, disegnata qui di
seguito per il caso di carica sorgente Q
positiva.
Q
r2
A
EA
Q
B
EB
Campo elettrico prodotto da più cariche
puntiformi Q1, Q2, Q3, Q4 ...
Nel caso di più cariche puntiformi il calcolo del
campo elettrico si fa sommando vettorialmente
tutti i campi elettrici delle singole cariche.
Trattandosi di una somma vettoriale, il calcolo è
complicato.
E E1 E 2 E 3 E 4 ....
