Fondamenti di elettrostatica e la legge di Coulomb

L'elettrostatica è quella disciplina facente parte dell'elettromagnetismo che si occupa dello studio delle cariche elettriche stazionarie nel tempo.

Scoperta dell'elettricità

Il concetto di elettricità fu scoperto ben 2000 anni fa grazie al contributo dei Greci che avevano scoperto l'ambra, che è una resina fossile di conifera, la quale se viene strofinata mediante un panno di lana attira a sé dei piccoli oggetti. La causa è la carica elettrica, cioè una proprietà che i corpi acquisiscono in vari modi e che crea un'interazione fra essi. Ci sono tre tipi di elettrizzazione:

1) per strofinio:se due corpi neutri vengono strofinati notiamo che uno dei due corpi attrae oggetti perché si spostano gli elettroni: ad esempio, con una bacchetta di plastica e la lana, la bacchetta acquista elettroni e la lana li cede.

Funzionamento dell'elettroscopio

Lo strumento che rileva le cariche elettriche si chiama elettroscopio e contiene un'asta metallica con lamine dorate posta all'interno di un contenitore di vetro, e un'asta all'estremità superiore che ha una sfera conduttrice in metallo .

2) per contatto: con l'esempio precedente, notiamo che la bacchetta di plastica carica positivamente tocca la sfera e le lamine si aprono perchè c'è un passaggio di carica: esse si caricano positivamente e divergono perchè 2 cariche positive si respingono. Inizialmente la sfera è neutra e attrae gli elettroni (con cariche di segno opposto) e respinge cariche dello stesso segno. SE tocco l'elettroscopio sono in grado di scaricarlo perchè cedo elettroni (che io umano attraggo dalla terra). Se lo tocco con i guanti di plastica invece (plastica=isolante) non lo scaricherò.

Induzione elettrostatica

3) per induzione elettrostatica: processo in cui in un conduttore neutro le cariche si spostano grazie alla presenza di un altro conduttore carico posto nelle vicinanze. Le cariche si spostano così che gli elettroni si spostano più vicino ai protoni dell'altro conduttore. I protoni vengono respinti e vanno più lontano dagli altri protoni= semplice spostamento di cariche.
I conduttori sono sostanze (metalli) nelle quali le cariche elettriche possono spostarsi.

Gli isolanti sono sostanze nelle quali le cariche non si spostano e sono detti dielettrici (es: plastica, vetro, legno..)

I semiconduttori hanno un comportamento intermedio (es: silicio, selenio...).

Nei metalli l'atomo è formato dal reticolo cristallino, gli elettroni esterni al nucleo sono legati debolmente ad esso quindi sono liberi di muoversi mentre negli isolanti ciò non avviene.

Legge di Coulomb

Coulomb è un fisico francese che era stato in grado di calcolare quello che era il modulo di attrazione o di repulsione tra le cariche elettriche con la bilancia di torsione.

F=K x q1 x q2: r alla seconda

k= costante di proporzione che dipende dalle caratteristiche del materiale.

q1 e q2= le due cariche elettriche.

r alla seconda= distanza fra le 2 cariche.

essendo un vettore ha: modulo, verso e direzione.

Verso: la forza attrae se le due cariche sono di segno opposto, quindi vanno verso l'interno.

é repulsiva se le due cariche hanno stesso segno (verso esterno)

Direzione: retta che congiunge le due cariche. la forza elettrostatica è messa a confronto con la legge di gravitazione universale di Newton in cui il modulo della forza di attrazione fra 2 corpi con una certa massa è direttamente proporzionale al prodotto delle masse e inversamente proporzionale al quadrato della loro distanza.