Fenomeni elettrici

FENOMENI

ELETTRICI

Branca della fisica che studia i fenomeni dovuti alla

L’ELETTROSTATICA 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

in

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 perchè 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. K

K 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 perchè nel vuoto 1

E =

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: 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 ¥

> ony

me su

= q

9

L

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 Q

ti →

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. Q

Vir 1

9

'

) : .

41T M

Eo En

POTENZIALE ELETTRICO: atomica

7C

unità ( NB 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 M

Eo 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 Va

V 0=0

' se =

=

= = che il campo elettrico compie per portare

9

9 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

Insieme di due cariche elettriche non

DIPOLO ELETTRICO > sovrapposte, uguali e di segno opposto.

V

Il potenziale di dipolo elettrico è un valore piuttosto piccolo perchè 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

Costituito da una distribuzione superficiale di cariche

STRATO DIPOLARE 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

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 perchè 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

Materiali isolanti a temperature molto basse, mentre a temperatura

- semiconduttori ambiente conducono elettricità di un solo segno.

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.

Perchè cariche dello stesso segno si a

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:

L - farad (F) nel S.I.

a

( = V

CONDENSATORE > presenti

sono

esse

di

su

Se

affrontate,

conduttrici

armature

due

da opposte

e

formato uguali

Insieme cariche

due

loro.

fra

d

distanza

determinata una

una

ad loro

tra

poste crea

si

isolante.

materiale

un

interposto

è potenziale.

armature di

le

Fra differenza

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

- piano (tra le due a