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Elettromagnetismo - Campo Elettrostatico

Cariche elettriche, conduttori e isolanti


Tra le interazioni esistenti in natura, la prima ad essere scoperta e studiata fu l'interazione gravitazionale, responsabile della maggior parte dei fenomeni macroscopici esistenti nell'universo. Essa è regolata dalla legge di Newton che fornisce il modulo della forza gravitazionale:


           (1.1)

" Due corpi m1 e m2 posti a distanza r molto grande rispetto alle dimensioni dei corpi stessi, interagiscono con una forza attrattiva la cui intensità è proporzionale al prodotto delle masse e inversamente proporzionale al quadrato della distanza". La costante γ = 6,67 · 10-11 Nm2/kg2, che descrive l'intensità dell'interazione , è universale: il suo valore è indipendente sia dalla distanza r che dalle singole masse interagenti.
Un'altra interazione fondamentale è quella elettromagnetica che ha nella forza elettrica la sua manifestazione maggiore. Gli esperimenti risalenti al settimo secolo a.C. mostrano come alcuni materiale come l'ambra, l'ebanite e altri ancora, strofinati con un panno di lana, acquistavano la proprietà di attirare a sè piccoli frammenti di polvere e pagliuzze simili. Queste osservazioni rimasero congelate per secoli fino a quando W. Gilbert, attraverso un'analisi matematica, individuò tutta una serie di sostanze, come il diamante, il vetro o lo zolfo, che presentavano lo stesso comportamento. Egli chiamò elettrizzati i materiali che avevano la capacità di attirare i corpuscoli leggeri e forza elettrica la reazione che si manifestava tra le due sostanze interagenti.
Oggi si attribuisce ad una forza un legame con le cariche elettriche, preesistenti nelle sostanze, che passano da un corpo all'altro a causa dello strofinio, per cui i corpi elettrizzati vengono chiamati anche elettricamente carichi. Da ciò si dice che tutti i corpi capaci di caricarsi elettricamente sono detti isolanti, perché in gradi di trattenere la carica, quelli che non riescono a trattenere carica vengono chiamati conduttori.
In natura, tuttavia, non tutti  i materiali isolanti si comportano alla stessa maniera durante uno strofinio. Gli esperimenti hanno dato vita alle seguenti considerazioni:

  1. Esistono due specie isolanti, quelli che si comportano come il vetro e quelli che si comportano come la bachelite.
  2. Tra due bacchette elettrizzate di medesimo materiale si manifesta sempre una forza repulsiva.
  3. Tra due bacchette elettrizzate di diverso materiale si manifesta sempre una forza attrattiva.
  4. Una forza attrattiva si manifesta sempre tra un materiale isolante elettrizzato e la sostanza con la quale esso è stato elettrizzato.


Da queste considerazioni ed esperimenti si è dedotto che esistono due diverse cariche elettriche: per convenzione è stata chiamata positiva la carica che compare sulla superficie di un materiale tipo vetro, mentre è stata chiamata negativa la carica che compare sulla superficie di sostanze tipo bachelite.

Elettroscopio a foglie


L'elettroscopio a foglie è il primo strumento costruito per rivelare lo stato di carica di una sostanza. Esso è costituito da due foglioline metalliche sottili, d'oro o d'alluminio, sospese ad un'asticella metallica. Allo scopo di proteggere le foglioline metalliche da eventuali movimenti dell'aria che ne altererebbero la posizione queste sono contenute in un involucro di vetro; l'asticciola esce dall'involucro rivestita da un ottimo materiale isolante. Se si tocca con una bacchetta carica l'estremità dell'asticciola, la carica si propaga, attraverso l'asticciola fino alle foglie, andando ad elettrizzarle della stessa carica con la quale è elettrizzata la bacchetta da esaminare. A causa di ciò esse divergeranno dall'asse di equilibrio di un certo angolo α. Se avviciniamo, all'elettroscopio precedentemente caricato, una sostanza dello stesso tipo di quello che ha elettrizzato le foglie, noteremo che l'angolo di deflessione aumenterà. Viceversa se avviciniamo una sostanza di tipo diverso l'angolo diminuirà.

elettroscopio_a_foglie

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