Domande e risposte Elettromagnetismo

CAMPO ELETTRICO: CONFRONTO TRA FORZA DI COULOMB E FORZA DI NEWTON

Per la legge di Coulomb date due particelle o cariche puntiformi di modulo q1 e q2 separate da una distanza r, la forza elettrostatica scambiata fra di esse ha intensità: F = k * (q1 * q2) / r^2, dove k è la costante elettrostatica (k = 1 / (4 * π * ε0) nel vuoto).

Per la forza di gravità universale fra due corpi di massa m1 e m2, separati da una distanza r, vale: F = G * (m1 * m2) / r^2.

Analogie:

• Entrambe dipendono dall'inverso del quadrato della distanza.
• Coinvolgono una proprietà di interazione delle particelle/corpi (Newton la massa, Coulomb la carica).
• Hanno una costante di proporzionalità (G e k).
• Aderiscono al principio di sovrapposizione.
• Valgono i teoremi del guscio sferico (un guscio sferico attrae/respinge particelle fuori del guscio come se tutte le cariche del guscio fossero concentrate).

Nel suo centro, un guscio sferico di carica uniforme non esercita alcuna forza elettrostatica su una particella carica posta all'interno del guscio. Le forze sono centrali a simmetria sferica e dunque conservative.

Differenze:

• La forza gravitazionale è sempre attrattiva, mentre la forza elettrostatica può essere attrattiva o repulsiva a seconda del segno della carica.
• La differenza dipende dal fatto che esiste un solo tipo di massa, ma due tipi di carica.
• Confrontando quantitativamente le due forze, si ottiene che la forza elettrica è 39 ordini di grandezza più intensa della forza gravitazionale.

2) MISURA DELLA CARICA ELEMENTARE: ESPERIMENTO DI MILLIKAN

L'esperimento di Millikan ha permesso di trovare il valore della carica elementare. Lo strumento utilizzato è costituito da due camere A e C poste una sull'altra e delimitate da due piastre metalliche P1 e P2. Al centro della piastra che separa la camera A dalla camera C troviamo un forellino che mette in comunicazione le due camere. Tramite un nebulizzatore

anch'essa è carica negativamente, la forza sulla gocciolina è quindi rivolta verso l'alto. qE-mg=6πηr V

Possiamo riscrivere l'equazione precedente come EVCon = velocità della gocciolina nel campo elettrico a regimeE ( )νmg Eq= 1+

Facendo il rapporto tra queste due equazioni otteniamo E ν g

Tenendo conto del fatto che la distanza di caduta nella camera C è fissa e misurando per ogni gocciolina il tempo impiegato in discesa e il tempo impiegato in salita, Millikan che q era sempre un multiplo di una grandezza che è la carica elementare.

3) LEGGE DI GAUSS