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Elettrostatica Elettrostatica dal greco electron, ambra ( )

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Presentazione sul tema: "Elettrostatica Elettrostatica dal greco electron, ambra ( )"— Transcript della presentazione:

1 Elettrostatica Elettrostatica dal greco electron, ambra ( )

2 2 Elettrizzazione per strofinio Strofinando una bacchetta di –ambra –ebanite –plastica –vetro –plexigas –… con –panno di lana –foulard di seta –pelliccia di gatto –… La bacchetta diventa in grado di attrarre piccoli oggetti (pezzetti di carta, piccoli semi, paglia..) I corpi elettrizzati esercitano forze su corpi non elettrizzati

3 3 Bacchette di vetro elettrizzata per strofinio con lana o seta Bacchette di plastica elettrizzata per strofinio con seta o lana Forze fra corpi elettrizzati vetro/vetro si respingono plastica /plastica si respingono vetro/ plastica si attraggono

4 4 Elettricità positiva e negativa Si definiscono cariche positivamente le sostanze che si comportano come il vetro, es.: plexiglas cariche negativamente quelle che si comportano come l ebanite, es.: plastica, pvc, resine Due corpi elettricamente carichi si respingono se le cariche da essi possedute sono dello stesso tipo (entrambe positive o entrambe negative), si attraggono se sono di tipo diverso – – – – –

5 5 Scoperta dellelettrone da parte di J. J. Thomson (1897). Modello dellatomo a panettone Rutherford (1911). Modello dellatomo planetario Millikan (1909). Quantizzazione della carica elettrica: tutte le cariche sono multiplo di una carica elementare Lelettrone

6 6 Corpi elettricamente neutri Scoperte dellelettrone e modelli atomici Ogni atomo è composto da cariche positive e cariche negative che si neutralizzano a vicenda I corpi elettricamente neutri non sono privi di cariche, ma contengono un ugual numero di cariche positive e negative

7 7 Corpi elettricamente carichi I corpi elettricamente carichi contengono un eccesso di di cariche positive o negative Elettroni in eccesso corpo carico negativamente Mancanza di elettroni corpo carico positivamente

8 8 Pendolino elettrico Pendolo costituito da pallina di polistirolo appesa a filo seta o nylon. Avvicinando alla pallina una bacchetta di plastica precedentemente elettrizzata, si osserva che la pallina si muove. Se appendo due palline, e le elettrizzo, posso verificare che si allontanano.

9 9 Non tutto si elettrizza… Non tutti i materiali si elettrizzano. Esperimento: bacchette di vari materiali strofinate con un panno di lana pendolino elettrico. Avvicinando la bacchetta alla pallina, in alcuni casi la pallina si avvicina in altri no, a seconda del materiale di cui è fatta la bacchetta Rifacendo lesperimento del pendolino magnetico con una bacchetta che non dà effetti, ma dotata di manico fatto dai materiali che danno effetti, si osserva che la pallina si muove

10 10 Conduttori e isolanti Conduttori (metalli…): la pallina non si muove. Sono i materiali che permettono alle cariche elettriche di fluire via Isolanti (plastica, vetro…): la pallina viene attratta dalla bacchetta. Sono i materiali nei quali la carica non si può muovere. Semiconduttori: hanno proprietà intermedie La diversità fra conduttori, isolanti e semiconduttori ha origine nella struttura di questi materiali a livello microscopico.

11 11 Conduttori Conduttori solidi La conduzione è determinata da particelle portatrici di carica negativa (elettroni) che sono libere di muoversi nel materiale. Conduttori liquidi e gassosi La conduzione è resa possibile da ioni positivi o negativi

12 12 Elettrizzazione per contatto I conduttori possono essere elettrizzati anche mettendoli a contatto con un corpo elettricamente carico. Metodo: Conduttore con manico isolante, elettrizzato per strofinio. Se un altro conduttore isolato da terra viene messo a contatto con il primo conduttore, la carica si divide fra i due. La presenza di carica può essere messa in luce tramite un ELETTROSCOPIO A FOGLIE

13 13 Elettroscopio a foglie È costituito da una bottiglia di vetro, con tappo isolante, nel quale è presente un foro, attraverso il quale passa unasta verticale conduttrice che porta, in fondo, due sottilissime foglie doro. Toccando con un corpo carico lestremità uscente dellasta, si osserva che le foglie si separano, perché si elettrizzano per contatto con cariche del medesimo segno fra le quali si esercitano forze repulsive Lelettroscopio a foglie, se dotato di una scala graduata per misurare la separazione delle foglie, permette di dare una definizione operativa di carica elettrica

14 14 Unità di misura della carica elettrica Lunità di misura della carica elettrica è il Coulomb ( C ). Il Coulomb è una grandezza derivata, definita tramite lampere. Due punti materiali hanno una carica di 1 C ciascuno se, posti alla distanza di un metro, si respingono con una forza pari a N 1 C è una carica molto grande Carica elettrone: - e = -1, C

15 15 Conservazione della carica elettrica La carica totale (somma algebrica delle cariche elettriche) di un sistema isolato si conserva, qualunque siano i fenomeni che si verificano al suo interno. Esempio Elettrizzazione per strofinio: la bacchetta si carica positivamente (o negativamente), quanto il panno si carica negativamente (o positivamente).

16 16 Bilancia di torsione Bilancia appesa a un filo, con una pallina conduttrice e un contrappeso. Altra pallina conduttrice fissa. Misurando di quanto ruota il manubrio su una scala graduata (misura di ), si risale allintensità della forza.

17 17 Dove k = 8, N m 2 / C 2 Lintensità della forza per cariche puntiformi vale: La direzione della forza è quella della congiungente le due cariche Il verso è attrattivo se le cariche hanno segno opposto Il verso è repulsivo se le cariche hanno lo stesso segno Legge di Coulomb

18 18 k costante naturale Forza a distanza Intensità inversamente proporzionale a quadrato della distanza Può essere sia attrattiva che repulsiva Agisce solo fra corpi dotati di carica elettrica Cambia al variare del mezzo in cui sono poste le cariche k = 8, N m 2 / C 2 (grosso!!!!) Legge Coulomb Vs. legge gravitazione G costante naturale Forza a distanza Intensità inversamente proporzionale a quadrato della distanza È solamente attrattiva Agisce solo fra tutti i corpi Non cambia al variare del mezzo in cui sono poste le masse G = 6, N m 2 / kg 2 (piccolo!!!!)

19 19 La legge di Coulomb vale nel vuoto Ripetendo lesperimento in un mezzo isolante, troveremo una forza che è minore di quella misurata nel vuoto. Il rapporto fra la forza F vuoto nel vuoto e la forza F mezzo in un mezzo, è una costante indipendente dalle cariche che dipende solo dal materiale e si chiama costante dielettrica relativa: r 1 sempre (vale 1 solo nel vuoto) Forza di Coulomb nella materia

20 20 Costante dielettrica relativa Mezzo r r r Aria 1,00059 Alcol etilico 28 Plexiglas 3,4 Vapor acqueo 1,00060 Zucchero 3,3 PVC 4,5 Acqua 80 Vetro 5-15 Ambra 2,8 Ghiaccio 75 Silicio 12 Legno 3-7

21 21 Principio di sovrapposizione Lesperienza mostra che per le cariche elettriche vale il principio di sovrapposizione Se una carica q si trova in presenza di più cariche Q 1, Q 2, Q 3,… Q N, la carica q subisce una forza pari alla somma delle forze che subirebbe in presenza di ciascuna carica singolarmente.

22 22 Induzione elettrostatica Un corpo carico può esercitare una forza su un corpo neutro (conduttore) avvicinando una bacchetta elettrizzata carica a una pallina conduttrice neutra, agisce una forza attrattiva. Il fenomeno è dovuto alla ridistribuzione della carica nel conduttore: le cariche delle stesso segno di quelle presenti sulla bacchetta se ne allontanano, quelle di segno opposto le si avvicinano. Le cariche sentono leffetto delle forze esercitate dalle cariche presenti sulla bacchetta, e prevale leffetto attrattivo perché le cariche di segno opposto sono più vicine di quelle di segno uguale. Se allontano la bacchetta tutto torna neutro Se prima di allontanare la bacchetta tocco la pallina, porterò via, per contatto, le relative cariche, o separo la pallina in due parti, ho trovato un modo per caricare la pallina senza contatto.

23 23 Elettroforo di Volta Piatto metallico sorretto da manico isolante e appoggiato su supporto isolante. Il supporto viene elettrizzato per strofinio Lelettroforo viene posto sopra il piatto isolante e si elettrizza per conduzione. Si tocca lelettroforo in modo che la carica posta sulla faccia superiore viene trascinata via. togliendo il piatto, questo rimane carico.

24 24 Modalità di elettrizzazione MetodoDescrizioneMeccanismoMateriali Strofinio Strofinare fra loro due corpi Si strappano gli elettroni presenti sulla superficie dei corpi Isolanti o conduttori (con manico isolante) Contatto Mettere a contatto un corpo neutro con uno carico Spostamento di cariche da un corpo allaltro Conduttori Induzione Mettere corpo carico vicino a conduttore scarico divisibile in due. Dividendo in due il conduttore prima di allontanare linduttore ho suddiviso la carica Le cariche sul conduttore subiscono al forza elettrica e si redistribuiscono. conduttori


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