Fisica medica - Carica elettrica e campo elettrico

CARICA ELETTRICA

E CAMPO ELETTRICO

Carica elettrica e campo elettrico 1

Elettrizzazione per strofinio

 Era noto fin dal VII secolo a.C. che una barretta di ambra

(elektron) strofinata con stoffa attira frammenti di foglie o

polvere.

 Tale proprietà si manifesta anche con altre sostanze: vetro,

plastica, gomma, etc. Carica elettrica e campo elettrico 2

 A causa dello strofinio, i materiali acquistano una proprietà

chiamata “elettricità ed un corpo che ha acquisito

statica”

questa proprietà si dice che ha una “carica elettrica”.

Esistono due tipi di elettricità: positiva

(vetro strofinato) e negativa (ambra o

plastica strofinata).

Tale scelta arbitraria fu fatta da Franklin

nel XVIII secolo. Questa convenzione è

valida ancora oggi.

Due oggetti con lo stesso tipo di

elettrizzazione (carica elettrica) si

respingono, mentre essi si attraggono se

hanno carica opposta. Carica elettrica e campo elettrico 3

 La materia ha due proprietà fondamentali: la massa (m) e la

carica elettrica (q) che può essere (+), (), (nulla). 

 Si osservi che gli oggetti non evidenziano forze elettrostatiche

si può ritenere che essi sono neutri, cioè composti da cariche (+)

e cariche () in ugual numero.

 Quindi, ogni volta che una certa quantità di carica è prodotta su

un oggetto (es. per strofinio), un’eguale quantità di carica di

segno opposto si produce su un altro corpo.

 Cioè: in ogni processo di elettrizzazione, la somma delle cariche

di un segno e quelle di segno opposto deve sempre essere zero.

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Principio di conservazione della carica elettrica

 In tutti i fenomeni di natura elettrica, la quantità netta di carica

elettrica di un sistema isolato resta costante.

 Nel S.I., l’unità di misura della carica elettrica è il “Coulomb”

(C).

 Sperimentalmente si è trovato che la carica elettrica è una

grandezza quantizzata. Cioè qualsiasi carica è costituita da

19

multipli interi della carica elementare e = 1.6·10 C.

Carica elettrica e campo elettrico 5

Carica elettrica nell’atomo

La materia è costituita da atomi

che hanno un nucleo centrale

formato da “protoni” (carica

“neutroni”

positiva) e (senza

carica). All’esterno del nucleo

esistono gli “elettroni” (carica

negativa). Carica elettrica e campo elettrico 6

 Ciascuna di queste particelle ha una massa

Particella Simbolo Massa

27

Protone p 1.672·10 kg

27

Neutrone n 1.674·10 kg

31

Elettrone e 9.108·10 kg

 Gli atomi sono neutri: essi contengono lo stesso numero di

“protoni” e di “elettroni”. 

 

 10

Dimensione di un atomo: R 10 m 1 Å

A  

 

 15 5

R 10 m 10 Å

Dimensione del nucleo: N

 

1 Å 5

 R / R 10



5

A N 10 Å

Cioè il volume di un atomo è essenzialmente vuoto!!

Carica elettrica e campo elettrico 7

 un oggetto si elettrizza perché c’è un

Nello strofinio, e si formano “ioni”: atomi che hanno

trasferimento di elettroni

acquistato o perduto uno o più elettroni.

 In particolare, nello strofinio di una barretta di vetro mediante un

panno, degli elettroni passano dal vetro (lasciando ioni positivi)

al panno, su cui si formano ioni negativi.

 Viceversa, nello strofinio di una barretta di plastica, degli

elettroni passano dal panno alla barretta, con formazione di ioni

() sulla plastica e ioni (+) sul panno.

Carica elettrica e campo elettrico 8

Conduttori ed isolanti

 Nei materiali conduttori, gli elettroni periferici non sono legati

“liberi”

agli atomi, ma sono di muoversi nel mezzo come un gas

(elettroni liberi o di conduzione). Es.: metalli.

 Nei materiali isolanti anche gli elettroni periferici sono

fortemente legati al nucleo. Es.: legno, ve