Fenomeni di elettrizzazione e forza di Coulomb


Per elettrizzare un corpo è necessario che su di esso ci sia un eccesso di carica: se il corpo perde elettroni acquista una carica positiva, se li perde possiede una carica negativa. Sono sempre gli elettroni le particelle cariche che si spostano da un atomo all’altro e quindi da un copro all’altro, rendendo i corpi carichi. A seconda di quanto facilmente i materiali permettono questo passaggio di elettroni, si dividono in conduttori e isolanti: i primi lasciano che il passaggio avvenga agevolmente e un esempio di conduttore è il metallo, mentre i materiali isolanti, chimicamente più complessi rispetto ai conduttori, non permettono che gli elettroni li attraversino facilmente, alcuni esempi d’isolanti sono gomma, resine e vetro. Ci sono vari metodi attraverso cui è possibile elettrizzare un corpo: per strofinio, per contatto o induzione. Se strofino un corpo su un altro, per attrito si ha un passaggio di elettroni tra un corpo e l’altro e quindi quest’ultimo si elettrizza; si possono elettrizzare per strofinio solo i materiali isolanti. Se faccio in modo che due corpi, uno carico elettricamente e l’altro no,entrino in contatto, si avrà un passaggio di carica, ma solo se i due copri sono composti di materiale conduttore. L’ultimo metodo d’elettrizzazione consiste nell’avvicinare un corpo neutro ad un altro, di materiale conduttore, che causa nel primo soltanto uno squilibrio nella distribuzione delle cariche, non si ha un passaggio di elettroni. Per verificare che un corpo sia carico possiamo usare l’elettroscopio e l’unità di misura della carica elettrica è il Coulomb, che ha un valore molto alto e per questo si è soliti parlare in termini di micro, nano o pico Coulomb. La carica elettrica si deposita sempre sulla superficie del conduttore e se sono presenti delle estremità appuntite si concentrerà lì. Il verso della forza fra cariche elettriche, che può essere attrattivo o repulsivo,dipende dal loro segno, in quanto se esse hanno segno opposto si attraggano, mentre se hanno stesso segno si respingono. La direzione di tale forza è sempre diretta lungo la congiungente, vale a dire la retta che unisce le due cariche. Il modulo di tale forza è definito dalla legge di Coulomb, che stabilisce che F=KQq/r^2, cioè che la forza che agisce su due cariche è direttamente proporzionale al prodotto delle due cariche e inversamente proporzionale al quadrato della distanza che intercorre tra queste. La costante di proporzionalità tra forza, cariche e distanza K dipende dal mezzo materiale in cui sono immerse le cariche: se si trovano nel vuoto o nell’aria Ko vale 9x 10^9 Nm^2/C^2. A parità di condizioni, la forza elettrica nel mezzo materiale è minore rispetto alla forza elettrica nel vuoto. Si definisce epsilon-r costante dielettrica relativa il rapporto tra la forza nel vuoto e la forza nel mezzo materiale. La legge di Coulomb può essere paragonata alla legge di gravitazione universale: in entrambi i casi si parla di forze, entrambe direttamente proporzionali ad un prodotto,di due cariche nel caso della legge di Coulomb e di due masse nella legge di gravitazione, ed entrambe sono inversamente proporzionali al quadrato della distanza che intercorre tra le due grandezze moltiplicate. La principale differenza tra le due forze è la costante di proporzionalità perché K è un numero molto grande, mentre G è un numero molto piccolo.
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