Appunti elettromagnetismo lezione 1

Elettrostatica

È lo studio dei fenomeni elettrici quando tutto è fermo. Come in meccanica e in termodinamica la maggior parte delle forze che si manifestano negli interazioni tra oggetti macroscopici sono riconducibili a forze di contatto o alla gravitazione che costituiscono esse un'unica azione a distanza. Numerose osservazioni sperimentali suggeriscono che gli oggetti macroscopici si esercitino un'azione a distanza dette azioni elettriche. Il fenomeno può essere suddiviso in due parti:

1. Due oggetti nella medesima sostanza, dopo essere stati strofinati con un panno o con altro, se posti l'uno in vicinanza dell'altro si respingono.
2. Ponendo in vicinanza l'un dell'altro, dopo averli strofinati, due oggetti di sostanze diverse si riscontra ancora l'esistenza di forze di mutua interazione. Tali forze possono essere però a seconda dei casi, repulsive o attrattive.

Questo metodo viene chiamato strofinìo che, come abbiamo visto, rende capaci i corpi di attrarre o respingere un altro.

Corpi come l'ambra o il vetro per strofinio si comportano in modo diverso supponendo di avere 3 corpi A, B, C.

Prenotando come riferimento il corpo C ho elettrizzato il mio corpo C per strofinio. Se i corpi A e B hanno lo stesso comportamento rispetto ad C, A e B si respingono tra di loro. In sintesi:

• Se un corpo A e un corpo B sono separatamente attratti o respinti da C, allora A e B si respingono tra loro.
• Se A è attratto da C, B è respinto da C o viceversa, allora A e B si attraggono tra loro.

Da questa osservazione sperimentale si deduce che esistono due stati della materia che chiamiamo stati di carica:

• Positiva
• Negativa

Quindi se due corpi hanno lo stesso stato di carica si respingono, se hanno stati di carica diversi si attraggono.

Per esempio si dice che corpi come il vetro per strofinio acquistano carica elettrica positiva, corpi come l'ambra per strofinìo acquistano carica elettrica negativa.

Per definire oggi veramente una carica dobbiamo arrivare ad intuire una definizione operativa e devo poi capire la legge con cui le cariche interagiscono.

La materia esistente nel mondo che ci circonda è formata a partire da 3 soli costituenti fondamentali:

• Protone mp= 1,6725•10^-24 Kg

• Neutrone mn= 1,6758•10^-24 Kg

• Elettrone me= 9,1091•10^-31 Kg

Questi 3 costituenti formano l’atomo.

Protoni e neutroni vengono anche detti nucleoni. Destinati nella base di questi 3 costituenti vi è la carica elementare, quindi si può dire che la carica elettrica si presenta come una grandezza fisica quantizzata. L’atomo è tenuto insieme tramite 2 delle forze fondamentali della natura:

• Protoni e neutroni si legano fra loro in virtu della forza nucleare a formare il nucleo degli atomi. La carica del nucleo è positiva data dalla somma di protoni che determinano il numero atomico Z. La massa del nucleo è approssimativamente pari alla somma della masse dei nucleoni. Il numero di nucleoni costituenti un nucleo viene detto numero di massa.

• Interno al nucleo attraverso forze di tipo elettrico orbitano elettroni in numero pari al numero atomico del nucleo. L’atomo appare nel complesso come elettricamente neutro.

Se cambia Z o parete il numero atomico cambia il numero di massa si hanno diversi isotopi dello stesso elemento.

Nelle varie sostanze vi è diversa l’intensità del legame con cui gli elettroni sono trattenuti in vicinanza del nucleo. Da ciò deriva anche una classificazione dalla distinta differenza tra materiali detti conduttori e materiali detti isolanti.

Lo strofinio fra due corpi spiega il contatto locale che così si realizza per produrre il passaggio di un certo numero di elettroni da un corpo all’altro. Del corpo in cui gli elettroni sono meno legati non sono quello in cui lo sono di più posso dare che le forze si elettriche:

• Sono manifestazioni della natura delle particelle che costituiscono la materia e di una legge di interazioni fondamentali tra particelle cariche.
• Si manifestano a livello macroscopico quando si distrugge, in qualche modo, l’equilibrio naturale tra cariche elettriche positive e negative.

Quindi lo strofinio è uno dei modi per elettrizzare un corpo.

Elettrizzazione per contatto

Supponiamo di prendere un isolante, caricato tramite strofinio, prendiamo poi una sfera metallica carica.

Per la rappresentazione grafica dei campi è usuale la convenzione

di usare linee di forza. Le linee di forza sono linee al

cui flusso in ogni punto del campo è tangente alla linea di

forza. Inoltre in ogni regione del campo viene disegnato un

numero di linee di forza tale che la loro densità sia proporzionale

all'intensità del campo.

Q è positiva

Il campo si

dice che è

uscente dalla

carica

Q è negativa

Il campo si

dice che è entrante nella

carica

23/09/2016

Riprendendo dalla definizione di campo elettrico che definito come

la perturbazione dello spazio creata da una o più cariche al cui prossimo

altre cariche

l'abbiamo definito operativamente prendendo una carica puntiforme

Q(t) 9(t)

Il campo creato da questa carica lo descrivo a partire dalla legge di

Coulomb, esercitata su una carica q che chiamando carica di prova

posso misurare la forza che agisce sulla carica e divido per la carica

e ottengo un risultato che non dipende dalla carica di prova:

F_1,2 = ¹/_4πε0 Q₁Q₂ ^ε_z,1,2/_z²1,2 = ¹/_4πε0 Q Q₂ ^ε_z,1,2/_z²

la forza va come 1/z² è attrattiva se le due cariche hanno

segno opposto e repulsiva se le due cariche hanno lo stesso

segno attrattiva

N.b. La carica q non deve perturbare la carica Q che crea il campo,

per questo si definisce il campo come:

^E/_→ = lim_q→0 ^F/_→q ; ^E/_→ = ¹/_4πε0 Q^→_z,1,2/_z² ; [^t/_E] = Volt

/m

Campo elettrico generato da un sistema di cariche