Elettromagnetismo: riassunto di fisica

ELETTROMAGNETISMO RIASSUNTO

Elettromagnetismo.

La carica elettrica. Materiali come l’ambra o il vetro, quando vengono sfregati con un panno di lana, acquistano la proprietà di attrarre corpi leggeri (come pezzetti di carta). Questo fenomeno è noto come elettrizzazione (per strofinio). Lo stato di elettrizzazione di un corpo è attribuito alla carica elettrica. La carica elettrica è una proprietà fondamentale delle particelle elementari che determina le loro interazioni elettromagnetiche. Essa è una grandezza fisica scalare dotata di segno: positiva (come nel caso del vetro) o negativa (come nel caso della plastica).
Nel sistema SI l'unità di carica è il Coulomb. La carica misurabile più piccola è quella trasportata dall'elettrone, e viene indicata con -e = 1,610-19 C (la carica di un protone è pari a e = 1,60206 10-19C, uguale a quella dell’elettrone ma di segno opposto).

ELETTROMAGNETISMO IN BREVE

Quindi un corpo che possegga una carica negativa di 1C avrebbe un enorme eccesso di elettroni. Un corpo elettricamente neutro non è privo di cariche, ma contiene cariche positive e negative in egual numero. Un corpo carico contiene invece un eccesso di cariche di un segno (la plastica, che si carica negativamente, acquista elettroni, mentre la lana ne perde diventando così carica positivamente). L’elettrizzazione prodotta in un corpo si può comunicare ad un altro corpo per contatto. Le sostanze in cui l’elettrizzazione rimane confinata sono chiamate isolanti; le sostanze, invece, in cui l’elettrizzazione non resta localizzata sono detti conduttori.

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ELETTROMAGNETISMO SPIEGAZIONE SEMPLICE

Nei conduttori le cariche elettriche sono libere di muoversi: nel caso di conduttori metallici le cariche libere di muoversi sono gli elettroni; in un liquido e in un gas possono invece partecipare alla conduzione sia gli ioni positivi che gli ioni negativi. Negli isolanti, al contrario, le cariche elettriche sono piuttosto vincolate e poco libere di muoversi. I semiconduttori sono materiali che hanno proprietà intermedie (un semiconduttore è un materiale isolante a temperature molto basse, ma che ha una apprezzabile conducibilità elettrica a temperatura ambiente). La carica elettrica è una grandezza fisica conservativa. Ossia: la carica elettrica totale di un sistema fisico isolato rimane costante. Questa è una legge fondamentale della natura.
Polarizzazione di un isolante. Anche un corpo isolante neutro è attirato da un corpo carico. Le cariche che si trovano nell’isolante non sono libere di muoversi, ma in ogni molecola la carica positiva e quella negativa vengono leggermente separate dall’azione del corpo carico esterno, che attrae le cariche di segno opposto e respinge quelle dello stesso segno. In questo modo si crea una ridistribuzione di carica nell’isolante.
L'elettroscopio a foglie è uno strumento di misura che serve per rilevare la presenza o assenza di carica elettrica in un corpo e quantificarla. Il principio di funzionamento si fonda sul fatto che le cariche dello stesso segno si respingono. È costituito da un'ampolla di vetro dalla quale fuoriesce una barra metallica che all'interno si assottiglia sempre di più fino a portare all'estremità due sottili foglioline d'oro o di alluminio. Il corpo del quale si vuole misurare la carica viene messo a contatto della barra metallica; se è carico (indipendentemente dal segno) le foglioline si respingeranno con un angolo proporzionale alla grandezza della carica. L’elettroscopio serve anche a determinare se un corpo è un buon conduttore o un buon isolante. Dopo aver caricato l’elettroscopio, mettiamo a contatto della sua sfera metallica uno dopo l’altro i diversi corpi (scarichi), tenendoli per mano.

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APPUNTI DI FISICA ELETTROMAGNETISMO

Se dopo il contatto le foglie continuano a restare divaricate, il corpo in esame è un isolante. Se invece le foglie si chiudono rapidamente, si tratta di un conduttore. L'elettroforo di Alessandro Volta è un generatore elettrostatico in grado di accumulare una modesta quantità di carica elettrica in modo discontinuo. È costituito da un disco metallico impugnabile attraverso un manico isolante e viene utilizzato in abbinamento ad una superficie in materiale isolante, per esempio ebanite, ed panno di lana. Preventivamente si carica la superficie isolante strofinandola con il panno di lana, dopodiché si appoggia il disco al piano. Il sistema si comporta come un condensatore: per induzione, sulla faccia del disco prossima al panno di lana si accumula carica negativa attratta dalla carica positiva formatasi sul piano, mentre nel lato opposto si ha un conseguente svuotamento di elettroni e formazione di carica positiva. Quando si avvicina il dito alla faccia superiore le cariche elettriche presenti su questa si scaricano a terra attraverso il corpo dell'operatore, così il disco rimane carico con segno opposto a quello del piano.

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