Carica elettrica Propietà della materia Posseduta da: Elettroni (e-) Protoni (e+)

PRINCIPIO DI QUANTIZZAZIONE DELLA CARICA La carica del protone o dell’elettrone sono cariche elementari cioè sono le più piccole possibili e non sono divisibili. Ogni altra carica è multipla della carica elementare, cioè qualunque altra carica è del tipo Q = n ( e) con n numero naturale

In condizioni normali il numero di protoni è uguale al numero degli elettroni per cui la carica totale dell’atomo è zero, l’atomo risulta elettricamente neutro. In condizioni normali i corpi estesi non hanno carica elettrica perché il numero di protoni è uguale al numero degli elettroni A conferire la proprietà «carica elettrica» ai corpi estesi è sempre uno squilibrio di cariche: se il numero di elettroni che esso contiene non è uguale al numero di protoni

L’elettrizzazione consiste semplicemente nel modificare l’equilibrio tra cariche positive e cariche negative presenti nel corpo Un corpo che possiede una carica elettrica non nulla si dice elettrizzato

Isolanti o Dielettrici. Isolanti e Conduttori Isolanti o Dielettrici. Negli isolanti gli elettroni sono legati al nucleo da cui non riescono a staccarsi o se ne staccano in numero molto limitato. Sono i corpi in cui la carica elettrica rimane localizzata nella zona in cui è stata prodotta, le cariche non possono muoversi nel corpo. Esempi: ambra, vetro, legno, ceramica, materie plastiche in genere, ….. Conduttori. Nei conduttori gli elettroni più esterni non sono vincolati al nucleo per cui riescono a sfuggire con estrema facilità (elettroni di conduzione). Nei conduttori la carica elettrica prodotta o fornita in un punto può muoversi liberamente in tutto il corpo. Allora si distribuisce su tutta la superficie perché le cariche dello stesso segno respingendosi si portano il più lontano possibile. Esempi: ferro, rame, argento, in genere tutti metalli.

N.B. a muoversi sono sempre e solo le cariche negative Un corpo conduttore può essere soggetto a induzione elettrostatica Si avvicina un corpo carico a un conduttore scarico. Le cariche libere del conduttore si muovono: si creano due zone cariche di segno opposto, una più vicina e una più lontana. N.B. a muoversi sono sempre e solo le cariche negative

Mediante induzione si può caricare in modo permanente un corpo

Come mai anche piccoli oggetti neutri vengono attratti da un corpo carico?.

Polarizzazione Se invece avviciniamo la sbarretta carica positivamente ad un isolante neutro, le cariche elettriche non si sposteranno, ma osserveremo comunque una carica negativa nella parte del corpo più vicina alla bacchetta carica e positiva nella parte più lontana: a cosa è dovuto questo fenomeno, visto che le cariche non si spostano?

Polarizzazione Negli Isolanti il fenomeno è dovuto alla polarizzazione. Polarizzazione per deformazione: gli atomi più vicini alla superficie dell’isolante, sotto l’azione di un corpo carico, si deformano in seguito allo stiramento delle orbite degli elettroni. Atomo polarizzato Atomo normale gli atomi del corpo si deformano sotto l’azione della carica esterna, gli elettroni sono attratti dalla sbarretta e i protoni ne sono respinti.

Osserveremo quindi una carica negativa nella parte del corpo più vicina alla carica indicente e una carica positiva nella parte più lontana, e di conseguenza i due corpi si attirano

La legge di Coulomb - Elettrostatica Legge di Coulomb: La forza con cui interagiscono due cariche puntiformi è diretta lungo la retta congiungente le due cariche, è repulsiva se le cariche sono concordi, attrattiva se sono discordi, è direttamente proporzionale al prodotto delle cariche q1q2, inversamente proporzionale al quadrato della distanza R2 e dipende dal dielettrico, cioè il mezzo interposto tra le cariche. k = 8,99 109  9 109 Nm2/C2 costante di Coulomb nel vuoto

Prof Biasco 2006

La legge di Coulomb - Elettrostatica Nel vuoto la costante k può essere espressa nella forma Dove 0 = 8,85 1012 C2/(N m2) costante dielettrica del vuoto. N.B. il valore di non dipende dal mezzo, ma solo dalle unità di misura adottate. Per cui la forza d’interazione elettrostatica può essere scritta anche in questo modo:

La legge di Coulomb - Elettrostatica Se le cariche si trovano in un dielettrico  vuoto la forza F con cui esse interagiscono è inferiore alla forza F0 che si avrebbe nel vuoto. F < F0 Ciò è dovuto agli effetti della polarizzazione del dielettrico interposto. Il rapporto F0 / F = r > 1 è costante e caratteristico del dielettrico r costante dielettrica relativa del mezzo Quindi, la forza d’interazione elettrostatica in un dielettrico è data da:

La legge di Coulomb - Elettrostatica Esempio L’elettrone si muove su un’orbita circolare intorno al protone fermo. La forza responsabile del moto circolare dell’elettrone è la forza di attrazione tra protone ed elettrone. Dato che il raggio dell’orbita dell’elettrone è 5,29 1011 m, che la massa dell’elettrone è 9,1 1031 kg, la massa del protone è 1,67 1027 kg calcolare il rapporto tra forza elettrostatica e gravitazionale e la velocità dell’elettrone. Calcoliamo la forza d’interazione elettrostatica tra elettrone e protone:

La legge di Coulomb - Elettrostatica Calcoliamo la forza d’interazione gravitazionale tra elettrone e protone: Calcoliamo il rapporto tra le due forze:

La legge di Coulomb Oss. L’interazione elettrostatica è enormemente più grande della forza gravitazionale, per cui, a livello atomico le forze gravitazionali sono assolutamente irrilevanti. Non così a livello astronomico dove è predominante la forza gravitazionale: - i corpi nel loro complesso sono neutri per cui la forza elettrostatica non ha alcun effetto. - le masse sono molto grandi. Calcoliamo la velocità con cui l’elettrone ruota attorno al nucleo. Poiché la forza centripeta è data dalla forza elettrostatica avremo che:

Principio di Sovrapposizione Come determinare la forza d’interazione quando le cariche elettriche sono più di due? Supponiamo di avere un sistema formato da quattro cariche puntiformi: q1, q2, q3, q4 (fig.). Vogliamo calcolare (per esempio) la forza che agisce sulla carica q2 dovuta alla sua interazione con le altre tre cariche.

Principio di Sovrapposizione Determiniamo le forze: F21 dovuta all’interazione tra le cariche 1 e 2, F23 interazione tra le cariche 2 e 3, F24 dovuta all’interazione tra le cariche 2 e 4. F23 F24 F21