Fenomeni elettrici

Fenomeni elettrici

L’elettrostatica è una branca della fisica che studia i fenomeni dovuti alla presenza, in una regione di spazio, di cariche elettriche positive e negative, separate le une dalle altre e in quiete.

Nel (C) 5.1 Coulomb si misura >.

La carica elettrica è una proprietà fondamentale della materia che indica la quantità di elettricità di cui è dotato un corpo e può essere positiva o negativa.

Secondo il principio di conservazione della carica elettrica, in una certa quantità di materia la carica elettrica è sempre pari alla somma algebrica delle cariche elettriche dei suoi costituenti e tale somma si conserva in tutte le trasformazioni.

La carica dell’elettrone è il valore più piccolo osservato e ad essa è stato assegnato un valore negativo, mentre al protone un valore positivo.

• Tra cariche di stesso segno si originano forze repulsive.
• Tra cariche di segno opposto forze attrattive.

N.B. Nel caso di azioni gravitazionali tra masse le forze sono solo attrattive e queste sono minori di quelle che agiscono tra cariche elettriche.

Stato neutro

A livello microscopico la materia è costituita da un egual numero di protoni, elettroni e neutroni e se un corpo viene elettrizzato, ovvero possiede un eccesso di carica, tende a cederla per stabilizzarsi. Quando un corpo perde elettroni diventa carico positivamente, viceversa quando li acquista diventa carico negativamente.

Le azioni elettriche sono molto importanti a livello microscopico perché le forze che tengono insieme gli atomi o le molecole sono di natura elettrica.

Legge di Coulomb

Due cariche elettriche puntiformi e in quiete, poste ad una certa distanza l’una dall’altra si attraggono o si respingono con una forza diretta lungo la congiungente r/r che è direttamente proporzionale alle cariche e inversamente proporzionale al quadrato della loro distanza.

KK dalla F costante che 92 natura dipende 91 del r'= : mezzo cui in sono. i r le cariche immerse unità delle dall' cariche di misura E epsilon = K 1. Dipende dal fenomeno di 41T Eo elettrica Er vuoto costante relativa al le cariche del di mezzo > immerse in cui polarizzazione, viene sono accentuata se vi è un momento di dipolo elettrico permanente.

Costante dielettrica vuoto nel. La forza coulombiana nella materia è meno intensa che nel vuoto perché nel vuoto 1E = r materia nella E 1 > r.

La riduzione della forza di Coulomb è determinata dall’effetto di schermo delle cariche elettriche di cui è costituita la materia, mezzo dielettrico.

Infatti in presenza di una carica elettrica, es. positiva, gli elettroni tendono ad avvicinarsi andando a deformare atomi e molecole e provocando la polarizzazione del mezzo dielettrico.

Questa tende a schermare parzialmente le due cariche diminuendone la forza coulombiana.

Campo elettrico

Campo elettrico: generato da una carica chiamata “sorgente di un campo di forze”. Questo campo ha un vettore di intensità: elettriche cariche da percepite piccole più F forza che E ¥> onyme su = q9L la forza quella della coincide direzione con sua il positiva solo è N se verso q suo.

Se il campo elettrico è generato da una distribuzione di cariche, il vettore E è dato dalla somma vettoriale dei vettori intensità di campo elettrico generati da ciascuna carica.

Se il campo elettrico non varia nel tempo si dice che è un campo elettrostatico, il quale è di tipo conservativo. q È Qti →.

L’energia potenziale di una carica dovuta alla forza di Coulomb determinata dalla carica v puntiforme risulta essere inversamente proporzionale alla distanza tra le due cariche: elettriche. QVir 19') : .41T MEo En.

Potenziale elettrico

Potenziale elettrico: atomica 7C unità (N.B. scala volt) di v > su si: misura. elettronvolt utilizza l' U Ep di > q = q.

Se è generato da un’unica carica puntiforme si parla di potenziale monopolo A. 1 1 = . . × 41T MEo En.

La differenza di potenziale elettrico, d.d.p., tra due punti indica il lavoro, cambiato di segno, compiuto dal campo elettrico per portare una carica unitaria e positiva da un punto all’altro.

La Lao Va Il potenziale nel punto A è uguale al lavoro VB B VaV 0=0' se === = che il campo elettrico compie per portare 99 l’unità di carica positiva da A all’infinito.

Nel caso di un campo elettrico generato da diverse cariche, il potenziale in un punto è dato dalla somma algebrica dei potenziali dovute alle singole cariche.

Distribuzioni di cariche elettriche

Dipolo elettrico

Insieme di due cariche elettriche non sovrapposte, uguali e di segno opposto.

V Il potenziale di dipolo elettrico è un valore piuttosto piccolo perché il potenziale della carica positiva tende ad essere annullato da quello di carica negativa.

Un esempio si ha nella conformazione geometrica di alcune molecole, come l’acqua, che presentano un differente baricentro per le cariche negative e positive, con conseguente presenza di un momento dipolo elettrico permanente.

Unità di misura:

• Coulomb*metro nel S.I.
• Debye (Deb) nel sistema pratico.

Strato dipolare

Costituito da una distribuzione superficiale di cariche positive separate di una distanza d da una distribuzione > parallela di un ugual numero di cariche negative.

Tale distribuzione di cariche si può caratterizzare mediante la densità superficiale di carica elettrica definita come la carica distribuita sull’unità di superficie.

Il dipolo elettrico è l’insieme di due cariche elettriche non sovrapposte di segno opposto.

Quando queste cariche si distribuiscono uniformemente su due superfici parallele tra loro generano uno strato dipolare come avviene nelle membrane biologiche.

Supponendo che le due cariche siano separate tra loro da una distanza d e che si voglia calcolare il potenziale elettrico generato dal doppio strato.

Materiali e proprietà elettriche

In base alle proprietà elettriche i materiali si distinguono in:

• Conduttori in cui le cariche elettriche sono libere di muoversi.

> Esempi:

• Metalli.
• Conduttori elettrolitici, soluzioni formate da acqua+sale/acido/base, in cui dalla dissociazione dell’elettrolita in soluzione si ottengono ioni.
• Materia magra perché in essa è presente acqua e la corrente riesce ad attraversarla.

Mancanza o quasi di cariche elettriche libere di muoversi.

• Isolanti: esempi: dielettrici, massa grassa, le cariche hanno difficoltà ad attraversarla.
• Semiconduttori: materiali isolanti a temperature molto basse, mentre a temperatura ambiente conducono elettricità di un solo segno.

Conduttore isolato e capacità elettrica

Quando ad un conduttore isolato viene fornita una certa carica elettrica, questa si distribuisce su tutta la superficie, raggiungendo l’equilibrio.

Tutti i punti hanno lo stesso potenziale.

Perché cariche dello stesso segno si, se così non fosse si avrebbe uno spostamento, respingono e tendono ad interporre tra, di cariche dai punti a potenziale più alto verso, di loro la massima distanza possibile, quelli a potenziale più basso.

Il campo elettrico è nullo, e quindi lo sarà anche il flusso attraverso una qualsiasi superficie interna al conduttore.

Il valore del potenziale assunto dal conduttore su cui è depositata la carica Q corrisponde al lavoro che occorre fare per aggiungere a Q un’unità di carica dello stesso segno.

Il rapporto tra la carica elettrica fornita al conduttore e il potenziale è costante e prende il nome di capacità elettrica del conduttore.

Unità di misura:

• Farad (F) nel S.I.

L - farad (F) nel S.I. a( = V.

Condensatore

Condensatore > presenti sono esse di su Se affrontate, conduttrici armature due da opposte e formato uguali insieme cariche due loro. fra distanza determinata una una ad loro tra poste crea si isolante. materiale un interposto è potenziale. armature di Fra differenza.

La capacità di un condensatore dipende dalla sua superficie, infatti il condensatore può essere:

• Piano (tra le due a