Appunti prima lezione Fondamenti di elettromagnetismo

Elettromagnetismo

Branca della fisica che si focalizza su fenomeni di natura elettrica e magnetica e sulle loro correlazioni. Studia le interazioni tra campi magnetici e campi elettrici attraverso le celebri equazioni di Maxwell, basi di partenza per qualunque studio di elettrologia: forniscono una spiegazione adeguata a qualunque tipo di fenomeno elettrico, elettromagnetico o magnetico.

Teorema dell'elettromagnetismo

Ricollega tutti i fenomeni elettrici e magnetici osservati sperimentalmente già a partire dall’antichità sino ai giorni nostri.

Interazioni fondamentali per descrivere i fenomeni in natura

• Analogies: Entrambi i moduli sono direttamente proporzionali al prodotto delle sorgenti della forza e a una costante, e inversamente proporzionali al quadrato della distanza fra le due sorgenti.
• Differenze: La prima è una forza solo attrattiva, mentre la forza elettromagnetica può essere sia attrattiva che repulsiva.

Due corpi carichi elettricamente, di massa uguale a 10^-12 g e distanti tra loro di 1 m, sono soggetti a un'interazione di tipo attrattivo gravitazionale e a una forza repulsiva elettrostatica. Il rapporto fra i moduli di queste due forze è pari a 10³⁶. Ciò significa che, nel caso di masse molto piccole, la forza gravitazionale può essere trascurata.

Concetto chiave dell'elettromagnetismo: la carica

Proprietà della carica

Per convenzione, si identificano col segno (+) le cariche positive e col segno (-) quelle negative. Gli atomi, in tal senso, sono composti da elettroni (-) e protoni (+). Esse possono addizionarsi tra di loro e annullarsi. Cariche uguali si respingono, cariche diverse si attraggono.

Struttura degli atomi

Nel nucleo vi sono tanti protoni, particelle cariche positivamente che tendono a respingersi tra di loro. Tuttavia, ciò che giustifica la struttura degli atomi ed il motivo per cui queste rimangono inglobate nel nucleo è il fatto che non risentono della sola forza elettrostatica repulsiva, ma anche della forza nucleare, molto più intensa di F, ma che non percepiamo nella nostra esperienza sperimentale perché lavora su un raggio di azione ridotto.

La materia è costituita da tre tipi di carica elettrica:

• Numero di massa: è la somma tra il numero di protoni e il numero di neutroni presenti nel nucleo di un atomo.
• Numero atomico: esprime il numero di protoni presenti nel nucleo di un atomo, che è uguale al numero di elettroni.

Nota bene: Noi non percepiamo la forza elettromagnetica perché la natura è neutra. Gli atomi che compongono la materia hanno lo stesso numero di protoni e di elettroni.

Materiali e carica

A seconda della loro struttura atomica, esistono due categorie di materiali in natura:

• Materiali isolanti: gli elettroni sono fermi, non lasciano passare elettricità (carica vincolata).
• Materiali conduttori: gli elettroni sono liberi di muoversi, favoriscono il passaggio di elettricità (nube di elettroni).

Altre considerazioni sulla carica elettrica

Q = costante: La carica totale di una porzione di materia considerata si conserva. La carica elettrica può essere definita come una grandezza fisica che misura la capacità dei corpi di elettrizzarsi, ossia di acquisire la capacità di attrarre a sé altri oggetti.

Grandezza fisica: Proprietà di un corpo/sostanza/fenomeno che può essere misurata quantitativamente.

Misura quantitativa: Misura comparativa per la quale è possibile confrontare un valore con ciò che si misura sperimentalmente attraverso l’utilizzo di uno strumento specifico.

Esperimento di A. Bennet – Elettroscopio a foglie d’oro

Strumento utilizzato per rilevare la carica elettrica di un corpo. Il dispositivo si compone di una sfera metallica collegata ad un’asta anch’essa metallica, che termina con queste foglie d’oro, racchiuse in un contenitore in vetro per evitare interazioni con l’aria. Il tutto poggia su un sostegno isolante. Per contatto, un’asta metallica carica positivamente cede alla sferetta.