Preparazione all'esame di Fisica 2 - Prima parte

Fisica II – Parte I

Riassunto del libro “Fisica volume II”

CAPITOLO 1 - Forza elettrica. Campo elettrostatico.

Legge di Newton

-11 2 2

γ = 6.67 x 10 Nm /Kg

Forza elettrica

I materiali elettrizzati sono materiali che hanno la capacità di attirare corpi in

quanto manifestano forza elettrica (hanno al loro interno cariche elettriche).

Prendono il nome di:

• Isolanti i corpi che si caricano per strofinio (trattengo al loro interno la

carica elettrica)

che si comportano come il vetro (carica +)

o che si comportano come la bachelite (carica -)

o

• Conduttori i corpi che non sono in grado di trattenere la carica (metalli)

I corpi isolanti possono interagire tra di loro in modo diverso:

• Due corpi dotati della stessa carica si respingono

• Due corpi dotati di carica diversa si attraggono

• Durante lo strofinio i due corpi si scambiano delle cariche (il vetro prenderà

cariche negative mentre la bachelite cariche positive)

Struttura elettrica della materia

La materia è formata da tre elementi:

Massa (Kg) Dimensione (m) Carica (C)

Protone 1.67 x 10 10 1.60 x 10

-27 -15 -19

Neutrone 1.67 x 10 10 No carica

-27 -15

Elettrone 9.11 x 10 <10 -1.60 x 10

-31 -17 -19

L’unione dei tre elementi forma gli atomi:

• Protoni e neutroni sono legati da interazione forte e formano il nucleo

(carica +)

• Gli elettroni si muovono intorno al nucleo (nube di carica -), che esercita

su di loro una azione attrattiva.

Chiamiamo:

• Z il numero di protoni (e quindi anche di elettroni perché l’atomo sia

neutro) presenti nell’atomo numero atomico.



• A la somma di protoni e neutroni presenti nel nucleo numero di massa.



Processo di carica per strofinio

All’inizio abbiamo due corpi neutri. Quando essi vengono strofinati degli elettroni

passano da un corpo ad un altro creando cosi un corpo di carica positiva ed un

1

corpo di carica negativa. I due corpi quindi non sono più neutri ma è ancora

neutro l’insieme formato da essi: principio di conservazione della carica.

Il passaggio di cariche è possibile perché gli atomi dei metalli sono facilmente

ionizzabili, cioè i loro elettroni più esterni sono liberi di muoversi (e quindi si

spostano facilmente).

Induzione permanente Viene avvicinata una bacchetta di bachelite ad un

isolante attualmente neutro

L’isolante, attaccato a terra con un filo metallico, scarica

su di essa le cariche negative

Quando l’isolante risulta carico positivamente viene

scollegato da terra

Allontanando la bachelite l’isolante risulta carico

positivamente.

Legge di Coulomb

La legge di Coulomb serve a misurare la forza che si crea tra due cariche

r

puntiformi poste ad una distanza tra di loro:

k dielettrico nel vuoto = 8.987 x 10 Nm /C

9 2 2 r

è applicabile solo se le sfere sono piccole rispetto a

F

è possibile trovare espressa anche come:

ε costante dielettrica nel vuoto = 8.85 x 10 C /Nm

-12 2 2

0

La forza esercitata da due cariche poste alla stessa distanza da una

terza carica stanno tra di loro come le cariche stesse. R

Il rapporto tra le cariche dipende anche dal loro raggio .

La carica si misura in coulomb (C) ed equivale alla carica trasportata da 1 A di

corrente in 1 sec 1 C = 1 A*s.

 2

Forma vettoriale della Legge di Coulomb

La direzione della forza di Coulomb è quella della retta che congiunge le due

cariche. Se esse si trovano nello spazio, quindi, la forza sarà vettoriale:

Dove

Se le due cariche hanno lo stesso segno la forza ha lo

stesso segno del versore, se invece le cariche sono di

segno opposto allora la forza ha segno opposto al

versore.

Campo elettrostatico

Il campo elettrostatico (grandezza vettoriale) è la somma delle forze elettriche

q q

che agiscono su una carica di prova . Più è piccola più il campo è preciso

0 0

q

perché non perturbato da .

0 q

se è positiva il suo campo è uscente mentre

 1

se è negativa il suo campo è entrante.

Il campo elettrico si misura in N/C.

Le densità di carica

Le densità di carica mi indicano come le cariche sono distribuite all’interno di un

volume, di una superficie o di una linea. volume del corpo

Densità spaziale τ

(C/m )

3 dovremo calcolare 3 integrali

Densità superficiale superficie

Σ

(C/m )

2

Densità lineare lunghezza

L

(C/m)

In caso le cariche siano distribuite uniformemente all’interno del corpo non è

necessario svolgere l’integrale: .

Linee di forza

Una carica posta in qualsiasi punto risente di una forza dovuta al campo elettrico.

Questa forza è possibile rappresentarla con delle linee di campo (o di forza):

Se la carica è positiva Se la carica è negativa

allora escono da essa entrano in essa in

in direzione radiale direzione radiale 3

Due linee di forza non si incrociano mai ma

nascono da cariche positive e finiscono in

cariche negative. Quindi se si hanno vicino

due cariche dello stesso tipo tutte le linee

termineranno all’infinito se no entreranno

in una carica negativa (anche passando

per l’infinito per non incrociare altre linee

di forza).

Esperimento di Rutherford E

Innanzitutto, dobbiamo ricordare che anche se il campo è costante nel tempo

esso non lo è nello spazio e quindi se la carica lo attraversa in punti diversi sarà

sottoposta ad una azione diversa.

L’esperimento di Rutherford ha permesso di determinare com’è fatto un atomo,

come lo conosciamo noi ora; prima si pensava che l’atomo fosse un insieme di

cariche positive e negative non organizzate secondo una

determinata struttura.

Egli ha bombardato delle sottili lamine metalliche con delle

particelle e si è accorto che queste particelle non

α

attraversavano in linea retta le lamine ma avevano

comportamenti diversi. È arrivato quindi alla soluzione che gli

atomi dovevano avere una carica positiva concentrata nel centro

(in cui si trova il 99% della massa dell’atomo, che respinge le

particelle) e una nube di cariche negative attorno (che

permettono il passaggio delle particelle).

Esperimento di Millikan

L’esperimento di Millikan ha permesso di determinare il valore della carica

elementare. Egli ha studiato il comportamento delle gocce d’olio nebulizzate al

variare del campo elettrico tra i due dischi e si è accorto che esse potevano

rimanere ferme, scendere o salire più o meno

velocemente ma la loro carica era sempre un

multiplo di un determinato numero… la carica

elementare.

Questo vale per qualsiasi tipo di carica,

positiva o negativa.

CAPITOLO 2 – Lavoro elettrico. Potenziale elettrostatico.

F = q E

Nel capitolo precedente abbiamo visto la formula , dicendo che si può

0

sempre definire una forza elettrica come il prodotto tra una carica e un campo

elettrico (o elettromotore) a patto che le cariche che generano questo campo

q

siano fisse o costanti e che non lo perturbi.

0 q

Possiamo definire il lavoro della forza per spostare la carica di uno

0

ds

spostamento infinitesimo come: