Forza elettrostatica
Carica elettrica Dimensioni: unità di misura fondamentale
Unità di misura: [SI] coulomb (C)
La carica è quantizzata :
e = 1,602 10-19 C ≡ carica dell’elettrone e del protone.
F =K
F12
F12
+
q1
q1q 2
q2
r2
F12 F21
+
+
q2
q3
+
F4
F3
+ q
F21
F21
-
q1
-
F1
F2
F = F1+ F2 + F3+ F4
+ q4
Il campo elettrico
q2
+
• La forza F dipende
anche da q.
F4
Unità di misura: [SI]
-
F3
+ q
• Il rapporto F/q dipende
solo dalla distribuzione
delle cariche qi
Campo Elettrico:
q3
q1
-
F2
F = F1+ F2 + F3+ F4
F
E =
⇒E =
q
N/C
F1
Fi
∑i q
n
+ q4
Potenziale di azione
++++++++++++++
--------------------A
--------------------++++++++++++++
++++++--++++++
----------++----------------++A------++++++--++++++
+++++-----++++
------++++----------++++A-----+++++----+++++
++++--++--+++
-----++--++---A
-----++--++
----+++++--++--+++++
impulso
impulso
E = 108 N/C
Vi-Ve (mV)
potenziale
d’azione
50
0
potenziale
di riposo
-50
-100
0
0.5
1.0
1.5
t (ms)
Velocità di trasmissione = 25m/s
Linee di forza di una carica positiva
Un modo di visualizzare i campi di forze.
Linea di forza ≡ curva la cui tangente in ogni punto
ha la stessa direzione della forza in quel punto.
Forza agente sulla carica di
prova +q0 in presenza della
carica +q
Linee del campo E prodotto
dalla carica +q.
Semirette uscenti da q
Linee di forza del campo E di una
carica negativa
Semirette entranti in -q.
Il numero di linee di forza del
campo E che attraversano
perpendicolarmente una
superficie, diviso per l’area
della superficie, è
proporzionale al modulo di E.
Nota Bene: Le linee di forza NON esistono, i campi SI!
Linee di forza del campo elettrico di
due cariche uguali
Le linee di forza del campo E sono curve regolari e continue tranne nei
punti in cui sono localizzate le cariche; qui le linee iniziano o terminano
a seconda che la carica sia positiva o negativa.
Forza gravitazionale
F =G
Mm
r
2
M
m
= mg
Costante di gravitazione universale
G = 6,673 x 10-11 Nm2kg-2
(m3kg-1s-2)
Se m è un corpo posto sulla
superficie della Terra
g =G
M
r2
= 6,673 × 10 −11 ×
M = 5,98 x 1024 kg
r = 6,374 x 106 m
5,98 × 10 24
40,628 × 1012
= 9,82 ms − 2
Linee di forza di una carica positiva
Un modo di visualizzare i campi di forze.
Linea di forza ≡ curva la cui tangente in ogni punto
ha la stessa direzione della forza in quel punto.
Forza agente sulla carica di
prova +q0 in presenza della
carica +q
Linee del campo E prodotto
dalla carica +q.
Semirette uscenti da q
Corrente elettrica
+
Q
I =
∆t
v-
+
-
+
S
E
-
+
v+
-
+
verso di I concorde con v delle cariche positive
Q = I∆t ⇒
Qv = I∆t × v = I∆t × l/∆t = Il
equivalenza carica-in-moto elemento-di-corrente
Unità di misura: [SI]
ampère (A) : 1A≡ 1C/s
Forza magnetica Forza tra cariche in moto
(correzione relativistica della forza elettrostatica)
I° caso: Forza tra fili paralleli percorsi da corrente.
F12 F21
I2
I1
r
Fm ∝
I1I 2
r
F12
F21
I1
I2
r
e dipende dall’orientazione reciproca dei fili
Forza magnetica
II° caso: carica q in moto in presenza
di un filo percorso dalla corrente I.
┴ allo
I
I
I
schermo
-
v
Fm
v
v
+
r
I
Fm
v
v
r
+F
m
v
Fm
-
v +
Fm=0
+
Fm
r
Iqv
e all’orientazione di v rispetto al filo
Fm ∝
r
r
Campo B di un filo rettilineo percorso
da corrente
I
B
µ I
B=
2π r
permeabilità magnetica
Generalmente si usa : µ
= µr µ0
permeabilità magnetica
relativa al vuoto del mezzo
considerato
µ 0 = 4π × 10
−7
= 12,56 × 10
−7
kgmC
permeabilità magnetica nel vuoto
-2
sostanze
diamagnetiche
µr<1
rame
argento
acqua
sostanze
paramagnetiche
µr>1
aria
alluminio
platino
sostanze
ferromagnetiche
µr>>1 ferro
nichel
cobalto
Prima Prova in Itinere
DOMANI
LABORATORI DI FISICA “BRUNO PONTECORVO”
VIA TIBURTINA 205
Dal #1 al #65 (ore 14)
Dal #65 (ore 15.30)
Prodotto vettoriale
v3
v2
θ
v1
1. Direzione: ortogonale al piano individuato da v1 e v2
2. Modulo: v3=v1v2 sin θ
3. Verso: Regola della mano destra
Forza elettrostatica e campo Elettrico
q2
q3
+
F4
F3
+
q1
-
-
F1
qprova
F2
+ q4
F = F1+ F2 + F3+ F4
Campo Elettrico:
F
E =
⇒E =
q
Fi
∑i q
n
Il vettore induzione magnetica
In un sistema di riferimento (laboratorio) è presente una distribuzione di cariche
in movimento (circuiti percorsi da correnti elettriche)
Avviciniamo alla distribuzione di cariche in movimento un “circuito di prova”
percorso dalla corrente I
circuito di prova
Distribuzione di
cariche in
movimento
I
∆l
Osserviamo che sull’elemento di filo ∆l agisce una forza ∆F :
1) il modulo della forza è proporzionale a I × ∆l
2) la direzione della forza è ortogonale alla direzione di ∆l
3) il modulo della forza dipende dall’orientamento di ∆l
q3
q2
q1
+
-
F4
F3
+
F1
F
E =
⇒E =
q
qprova
F2
+ q4
circuito di prova
Distribuzione
di cariche in
movimento
Fi
∑i q
n
∆F
I
∆l
r
B
La distribuzione di cariche in movimento genera un campo di induzione
magnetica, B il quale determina sul tratto del circuito di prova una forza ∆F
circuito di prova
∆F
I
∆l
Ricordando che:
r
r
r
∆ F = I∆ l ∧ B
∆q
I =
∆t
r
r
r
∆l
∧B
∆F = ∆q
∆t
r
r
r
F = qv ∧ B
Riassumendo:
1) Una distribuzione di cariche in movimento
genera un campo di induzione magnetica
r
B
Distribuzione di
cariche in
movimento
2) Un campo di induzione magnetica esercita
una forza magnetica su cariche in movimento
r
B
r
F
circuito di prova
I
∆l
Il vettore Forza magnetica (il prodotto vettore)
Fm
B
θ
v
direzione e verso:Fm ┴v
r
r
r
Fm = qv ∧ B
e
┴
B
modulo: vB sen θ ≡ area del
parallelogramma di lati v e B
Fm ┴v (Il) e
Fm = qvB sin θ
┴
B
r
r
r
Fm = I l ∧ B
Fm = IlB sin θ
Il campo di induzione magnetica
Campo di Induzione Magnetica:
(Fm )max
(Fm )max
⇔ B =
B =
qv
I∆l
Direzione di un ago magnetico con verso dal polo sud
al polo nord
Unità di misura: [SI]
tesla (T)
1 gauss=10-4 tesla
1T ≡ 1N.s/(C.m)
Il campo magnetico di più correnti
Il campo magnetico prodotto in un punto dello spazio da
più correnti è uguale al vettore risultante dei campi
magnetici che ciascuna corrente genererebbe se essa
soltanto fosse presente.
Le linee di forza del campo B sono
sempre delle curve chiuse che
racchiudono al loro interno qualche
corrente elettrica
Forza magnetica
q
III° caso: carica q in moto in presenza
di magneti permanenti.
S
S
+ v
q
N
v
N
Fm ┴ v
Fm ∝ qv
L’induzione magnetica
p
o
ol
N
I
Fm
p
B
o
ol
S
Fm
normale
B
B
θ=90°
θ=45°
θ=0°
RMNucleare
Se sottoposti ad un campo magnetico
esterno gli spin dei protoni si ALLINEANO
B0
S
N