Concetti Chiave
- L'approfondimento si concentra sull'elettromagnetismo, trattando esperimenti storici di Oersted e Coulomb, che hanno contribuito allo studio dei campi elettrici e magnetici.
- Viene spiegato il concetto di campo elettrico, con enfasi sulla formula di Coulomb che quantifica la forza tra due cariche puntiformi.
- Il campo elettrico generato da una carica puntiforme è descritto con linee di campo radiali, uscenti se la carica è positiva, entranti se negativa.
- Il documento include un esercizio svolto, che illustra il calcolo del campo elettrico generato da una carica puntiforme all'interno di una sfera.
- Le formule e le regole per il calcolo del campo elettrico sono spiegate in dettaglio, facilitando la comprensione dei concetti teorici ed applicativi.
In quest'appunto di geometria puoi trovare un approfondimento sul campo elettrico generato da una carica puntiforme. In fondo alla pagina è presente un esercizio svolto e commentato. Si riportano anche numerose informazioni relative all’elettromagnetismo, con particolare attenzione a che cosa possa servire. Si descrive per esempio il celebre esperimento di Oersted che viene approfonditamente descritto. Si fa anche un accenno all’esperimento di Couloumb.
Successivamente si passa ad un approfondimento di paragrafo che tratta del campo elettrico e delle sue relative formule. Si descrive anche in maniera molto chiara il concetto di forza in fisica per esempio. Esiste anche il campo generato da una carica di tipo puntiforme. In seguito viene anche riportato per bene un esercizio svolto e anche commentato per bene vertente sul calcolo del campo elettrico generato da una carica puntiforme all'interno di una superficie sferica. Sono presenti anche tutte le formule e anche le regole relative a questi esempi importanti.
Indice
L'elettromagnetismo: cos'è e a cosa serve
La fisica è una disciplina composta da numerose branche: ognuna di essa è focalizzata sullo studio di una specifica tipologia di fenomeno. Una di esse è l'elettromagnetismo, la quale si occupa di tutto ciò che riguarda non solo la formazione di campi elettrici e campi magnetici ma anche la loro interazione.
L'esperimento che sancì la nascita di questa disciplina fu performato da Hans Oersted nel 1820, passato alla storia come Esperienza di Oersted. Osservando, infatti, un ago libero di ruotare in prossimità di un filo conduttore percorso da corrente, Oersted scoprì che l'ago tendeva a deviare fino a posizionarsi perpendicolarmente rispetto al filo e quindi alla corrente.
L'esperienza di Oersted aprì la strada a tutte le successive teorie legate alla creazione di un campo magnetico come conseguenza di un fenomeno di natura elettrica.
Le esperienze di Oersted arrivarono qualche anno dopo rispetto a quelle di Coulomb, limitate al solo campo elettrico. Coulomb, infatti, notò come le cariche, se poste ad una certa distanza, interagiscono tra di loro respingendosi o attraendosi, fino al raggiungimento di un punto di equilibrio.
Il concetto di campo elettrico e relative formule
Ciò che rese gli esperimenti di Coulomb particolarmente importanti fu il fatto che egli riuscì a quantificare la forza con cui le cariche si respingevano o si attraevano, arrivando a definire questa formula:
, dove
è la forza di Coulomb,
e
sono le cariche puntiformi considerate e
è la distanza tra le due cariche.
La forza è quindi direttamente proporzionale alle cariche tra cui agisce e inversamente proporzionale al quadrato della loro distanza.
Il concetto di campo elettrico è strettamente correlato a quello della forza. Esso è un vettore cui intensità è definita come il rapporto tra la forza diviso la carica di prova, e quindi come la forza per unità di carica. Il campo elettrico può essere generato da una o più cariche e a seconda della tipologia di fonti può essere espresso secondo differenti formule.
Il campo elettrico generato da una carica puntiforme
Se il campo elettrico è generato da una carica puntiforme, sarà così fatto:
- le linee di campo presentano una distribuzione radiale rispetto alla carica. Esse sono uscenti se la carica è positiva ed entranti se la carica è negativa
- L'intensità del vettore è dato dal rapporto tra la forza di Coulomb e la carica di prova. La formula per il calcolo dell'intensità è quindi: [math]E=\frac{1}{4\pi\epsilon_0}\frac{q}{r^2}[/math] dove
- la direzione del vettore è la stessa della forza, quindi segue la retta congiungente tra la carica che genera il campo e quella di prova
- Il verso dipende dalla carica di prova: se essa è negativa il verso è opposto rispetto alla forza, mentre se è positiva il verso è analogo alla forza. Il verso del vettore forza è definito dalla regola della mano destra
Esercizio svolto e commentato sul calcolo del campo elettrico generato da una carica puntiforme all'interno di una superficie sferica
Una carica
si trova nel centro di una sfera con una superficie di
.
Calcola il modulo del campo elettrico sui punti della sfera.
Svolgimento
Conoscendo la formula della superficie della sfera, possiamo determinare, attraverso la formula inversa, il valore del raggio:
Per determinare l'intesità del campo elettrico sui punti della sfera utilizziamo la formula
:
Domande da interrogazione
- Qual è l'importanza dell'esperimento di Oersted nell'elettromagnetismo?
- Come si calcola la forza di Coulomb tra due cariche puntiformi?
- Qual è la formula per calcolare l'intensità del campo elettrico generato da una carica puntiforme?
- Come si determina il verso del vettore campo elettrico?
- Qual è il risultato dell'esercizio sul calcolo del campo elettrico generato da una carica puntiforme all'interno di una superficie sferica?
L'esperimento di Oersted, condotto nel 1820, ha dimostrato che un campo magnetico può essere generato da un fenomeno elettrico, aprendo la strada a tutte le successive teorie sull'elettromagnetismo.
La forza di Coulomb si calcola con la formula [math]F=k\frac{q_1q_2}{r^2}[/math], dove [math]q_1[/math] e [math]q_2[/math] sono le cariche e [math]r[/math] è la distanza tra di esse.
L'intensità del campo elettrico generato da una carica puntiforme si calcola con [math]E=\frac{1}{4\pi\epsilon_0}\frac{q}{r^2}[/math], dove [math]q[/math] è la carica e [math]r[/math] è la distanza dalla carica.
Il verso del vettore campo elettrico dipende dalla carica di prova: se è negativa, il verso è opposto alla forza; se è positiva, il verso è lo stesso della forza.
L'intensità del campo elettrico sui punti della sfera è [math]3,9 \cdot 10^8 N/C[/math], calcolata utilizzando la formula [math]E = k_0 \cdot \frac{q}{r^2}[/math].
Accedi a tutti gli appunti
Tutor AI: studia meglio e in meno tempo
