ELETTRICITA’ E MAGNETISMO

Carica elettrica ed elettroni Nello studio dei fenomeni elettrici occorre far riferimento alla struttura dell’atomo, caratterizzato dalla presenza di particelle dotate di carica positiva: i Protoni, particelle di carica negativa: gli Elettroni e particelle elettricamente neutre: i Neutroni: Costituzione dell’atomo: nucleo con protoni (carica +e) e neutroni (carica 0); elettroni (carica -e) orbitanti attorno al nucleo.

Elettrizzazione e elettricità Con elettrizzazione si intende la capacità di alcuni materiali, strofinati ad un pezzo di lana, d’attrarre pezzetti di carta, fili di stoffa, ecc. … La parola elettricità deriva da elettrizzazione, e con esse si indica una proprietà fondamentale della materia che si manifesta con fenomeni di attrazione o repulsione tra corpi dotati di carica elettrica.

Strofinando una bacchetta di plastica , o di vetro, su di un panno di lana, questi materiali acquistano una carica elettrica. Bacchetta di plastica: gli elettroni del panno di lana vengono catturati dagli atomi della plastica. La bacchetta di plastica presenta ora sulla parte strofinata un eccesso di cariche negative: si è elettrizzata. Contemporaneamente il panno ha ceduto elettroni , ed ha acquisito una carica elettrica positiva. Bacchetta di vetro: il suo comportamento è esattamente l’opposto della bacchetta di plastica.

Oltre alla elettrizzazione per strofinio si può elettrizzare un corpo in altri modi: Elettrizzazione per contatto; Elettrizzazione per induzione.

Campo elettrico e linee di forza Le cariche elettriche ( e quindi anche gli oggetti elettrizzati) hanno un’influenza nello spazio circostante , nel quale esercita una forza di attrazione (o repulsione) verso cariche di segno opposto (o uguale). Questo spazio è detto campo elettrico: il campo elettrico è caratterizzato da linee di forza lungo le quali si muovono le cariche elettriche .

Conduttori e isolanti Per comprendere questa distinzione occorre tornare alla natura della materia, ossia agli atomi da cui è composta: esistono atomi i cui nuclei trattengono fortemente gli elettroni “più lontani”, ed altri che li trattengono debolmente. Che succede se proviamo ad elettrizzare per strofinio una barretta di metallo e attrarre con essa dei pezzettini di carta? Nulla!!! Gli atomi che costituiscono i metalli infatti trattengono debolmente gli elettroni, per cui quelli strappati al panno di lana non restano sulla bacchetta di metallo, ma si disperdono, attraverso il nostro corpo, sulla Terra.

I conduttori sono quindi materiali costituiti da atomi che trattengono debolmente gli elettroni posizionati sugli strati più esterni del loro guscio elettronico. Gli isolanti sono, al contrario, costituiti da atomi che trattengono fortemente gli elettroni.

La corrente elettrica La corrente elettrica è determinata da cariche elettriche (elettroni) in movimento. La corrente elettrica è per molti versi simile ha un liquido che attraversa un condotto idraulico:

Nel circuito idrico il liquido scorre spontaneamente verso il basso, ma per poter tornare nel recipiente c’è bisogno di una pompa che mantenga costante la differenza di livello tra il liquido nel recipiente e il tubo. Nel circuito elettrico c’è bisogno di un potenziale elettrico, ossia di un numero tanto maggiore di cariche elettriche che si accumulano in un estremo del circuito, per generare una corrente elettrica.

Così come nel circuito idrico è necessaria una pompa per mantenere il dislivello tra i due recipienti, nel circuito elettrico per mantenere la differenza di potenziale elettrico c’è bisogno di un generatore (es. pila). La differenza di potenziale o tensione viene misurata in Volt (V); La quantità di cariche che in un certo intervallo di tempo attraversa la sezione di un conduttore rappresenta l’intensità della corrente e si misura in ampere (I)

La resistenza elettrica e le leggi di Ohm Ogni conduttore oppone una certa resistenza al passaggio della corrente elettrica. Questa resistenza è dovuta all’attrito tra gli elettroni e gli atomi del reticolo cristallino del conduttore.

Prima legge di Ohm La prima legge di ohm afferma che l’intensità della corrente (I) in un conduttore è direttamente proporzionale alla differenza di potenziale (V) applicata ai due capi del conduttore e inversamente proporzionale alla resistenza (R) del conduttore: I =V/R

Seconda legge di Ohm La seconda legge di Ohm afferma che la resistenza (R) di un conduttore è direttamente proporzionale alla sua lunghezza L e inversamente proporzionale alla sua sezione s. R = ρ L/s La resistenza dipende anche dal materiale di cui è fatto il conduttore e questa caratteristica è espressa dal simbolo ρ (ro).

Aumentando la lunghezza del conduttore la resistenza aumenta, di conseguenza l’intensità della corrente diminuisce. Aumentando la sezione del conduttore (lo spessore) la resistenza Diminuisce, di conseguenza l’intensità della corrente aumenta.

Le forze magnetiche I materiali che hanno la capacità di attirare oggetti ferrosi vengono chiamati magneti. Vi sono anche magneti artificiali che se sottoposti ad una serie di trattamenti acquistano, per un periodo più o meno lungo, proprietà magnetiche. In ogni magnete si distinguono due estremità: il polo nord magnetico ed il polo sud magnetico. Se avviciniamo un magnete ad un certa quantità di limatura di ferro, si può osservare che essa viene attirata dal magnete, concentrandosi intorno ai poli dove la forza di attrazione è più intensa.

Se avviciniamo due magneti possiamo constatare che i polo opposti si attraggono, mentre i poli uguali si respingono. I poli magnetici, diversamente dai poli elettrici, non si possono mai separare.

Una calamita si orienta sempre nella direzione Nord-Sud geografica, per questo la Terra può essere considerata un enorme magnete in cui il polo sud magnetico si trova quasi in corrispondenza del Nord geografico e il polo nord magnetico nel punto opposto.

magnetizzazione Così come nei fenomeni elettrici è possibile elettrizzare un corpo attraverso procedure diverse, queste stesse procedure possono essere utilizzate per magnetizzare oggetti metallici (ferro, acciaio).

Per strofinio: il corpo da magnetizzare viene strofinato, appunto, sullo stesso polo di una calamita; Per contatto: il corpo da magnetizzare viene posto a contatto diretto con il magnete; Per induzione: il corpo da magnetizzare viene soltanto avvicinato al magnete, senza che vi entri in contatto diretto. In generale un corpo magnetizzato perde le sue proprietà magnetiche quando viene scaldato ad alte temperature o viene percosso.