Concetti Chiave
- L'elettrostatica studia i fenomeni elettrici legati alle interazioni tra cariche, distinguendo tra cariche positive e negative.
- Le cariche possono generare forze attrattive se di segno opposto e repulsive se dello stesso segno.
- I corpi possono caricarsi tramite strofinio, contatto o induzione, meccanismi che determinano il trasferimento o la ridistribuzione delle cariche.
- La polarizzazione negli isolanti avviene per deformazione o orientamento delle molecole, senza effettivo trasferimento di elettroni.
- Conduttori e isolanti si differenziano per la mobilità degli elettroni, con i conduttori che permettono movimenti liberi, mentre gli isolanti li mantengono localizzati.
Esistono due tipi di cariche dette anche ioni:
Positive --> atomo che cede elettroni;
Negative --> atomo che acquista elettroni.
Fra due cariche si possono sviluppare due tipi di forze:
Attrattiva --> se le cariche hanno segno opposto (+ e -);
Repulsiva --> se le cariche hanno lo stesso segno (+ e +)/(- e -).
Si dice che un corpo è carico ce ha un numero di elettroni maggiore o minore del numero dei protoni. Un corpo si può quindi caricare in tre modi differenti: per strofinio, per contatto, per induzione.
STROFINIO: Si ha quando si strofinano due corpi che perdono o acquistano elettroni (relativo al materiale).
Es.: Strofinando una bacchetta di vetro con un panno di lana, la bacchetta si carica negativamente acquistando dal panno elettroni. In tutto ciò vale il principio di conservazione della carica elettrica, secondo cui in un sistema elettricamente isolato, la quantità di carica rimane invariata.
CONTATTO: Si ha quando i corpi sono a contatto.
Es.: Se i corpi sono buoni conduttori nel caso in cui la bacchetta sia carica negativamente, gli elettroni in eccesso si distribuiscono in modo equilibrato in entrambi i corpi e il corpo che prima era neutro, anche quando non vi è più un contatto, risulta carico negativamente. Analoga situazione si ha con le cariche positive.
Es.: Se il corpo neutro è un isolante, le cariche rimangono nel punto di contatto.
INDUZIONE: Si ha quando un corpo carica viene messo vicino a un conduttore (riguarda solo i conduttori).
Es.: Quando un bacchetta di carica positiva (negativa) viene messa vicino a un corpo neutro, gli elettroni di quest'ultimo vengono attratti dalle cariche positive della bacchetta. Le cariche si distribuiscono nel copro in due zone: quella negativa vicino alla bacchetta e quella positiva nel lato opposto.
Collegando il conduttore con una messa a terra, le cariche della zona opposta alla bacchetta vengono neutralizzate dal terreno e, staccando la messa a terra il conduttore rimane carico negativamente (o positivamente).
- Gli elettroni salgono da terra per neutralizzare le cariche positive.
- Gli elettroni vanno verso terra per essere neutralizzati dalle cariche positive.
DISTINZIONE:
- conduttori --> la nube di elettroni è molto più libera di muoversi
- isolanti --> hanno gli elettroni localizzati in un determinato punto
POLARIZZAZIONE
La polarizzazione avviene solo negli isolanti in due modi differenti: per deformazione, per orientamento.
DEFORMAZIONE: Si ha quando un corpo carico viene messo vicino a un isolante e si verifica uno stiramento della molecola.
Es.: Quando una bacchetta carica viene avvicinata a un corpo isolante, all'interno di esso le molecole subiscono uno stiramento, formando dei dipoli, che annullano le cariche. Esternamente si avrà un polo negativo vicino alla bacchetta e un polo positivo dalla parte opposta.
(non vi è uno spostamento effettivo degli elettroni e non si può scaricare a terra poiché gli elettroni sono strettamente legati)
ORIENTAMENTO: Si ha nei corpo che in natura presentano già molecole bipolari orientate casualmente.
Es.: Quando una bacchetta carica viene avvicinata a un corpo isolante, i dipoli si orientano a seconda della carica del corpo esterno. Alcuni dipoli di annullano tranne quelli. Macroscopicamente il risultato sarà uguale alla polarizzazione per deformazione; microscopicamente è invece differente.
Domande da interrogazione
- Quali sono i due tipi di cariche elettriche e come si comportano?
- In che modo un corpo può essere caricato elettricamente?
- Come avviene la polarizzazione negli isolanti?
- Qual è la differenza tra conduttori e isolanti in termini di movimento degli elettroni?
- Cosa succede durante l'induzione elettrica?
Esistono cariche positive, che si formano quando un atomo cede elettroni, e cariche negative, che si formano quando un atomo acquista elettroni. Le cariche opposte si attraggono, mentre quelle dello stesso segno si respingono.
Un corpo può essere caricato per strofinio, contatto o induzione. Strofinio comporta il trasferimento di elettroni tra due materiali, contatto implica la distribuzione di cariche tra corpi a contatto, e induzione avviene quando un corpo carico influenza un conduttore vicino.
La polarizzazione negli isolanti può avvenire per deformazione, dove le molecole si stirano formando dipoli, o per orientamento, dove i dipoli già presenti si allineano in risposta a un campo elettrico esterno.
Nei conduttori, gli elettroni sono liberi di muoversi, mentre negli isolanti gli elettroni sono localizzati in punti specifici e non si spostano facilmente.
Durante l'induzione, un corpo carico vicino a un conduttore provoca una redistribuzione delle cariche nel conduttore, creando zone di carica opposta. Collegando il conduttore a terra, le cariche opposte vengono neutralizzate, lasciando il conduttore carico.
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