Nello studio dei fenomeni elettrici occorre far
riferimento alla struttura dell’atomo, caratterizzato
dalla presenza di particelle dotate di carica positiva: i
Protoni, particelle di carica negativa: gli Elettroni e
particelle elettricamente neutre: i Neutroni:
Costituzione dell’atomo: nucleo con protoni (carica +e) e neutroni (carica 0);
elettroni (carica -e) orbitanti attorno al nucleo.
Con elettrizzazione si intende la capacità di alcuni
materiali, strofinati ad un pezzo di lana,
d’attrarre pezzetti di carta, fili di stoffa, ecc. …
La parola elettricità deriva da elettrizzazione, e
con esse si indica una proprietà fondamentale
della materia che si manifesta con fenomeni di
attrazione o repulsione tra corpi dotati di carica
elettrica.
Strofinando una bacchetta di plastica , o di vetro, su di un
panno di lana, questi materiali acquistano una carica
elettrica.
Bacchetta di plastica: gli elettroni del panno di lana
vengono catturati dagli atomi della plastica.
La bacchetta di plastica presenta ora sulla parte strofinata
un eccesso di cariche negative: si è elettrizzata.
Contemporaneamente il panno ha ceduto elettroni , ed ha
acquisito una carica elettrica positiva.
Bacchetta di vetro: il suo comportamento è esattamente
l’opposto della bacchetta di plastica.
Oltre alla elettrizzazione per strofinio si può
elettrizzare un corpo in altri modi:
• Elettrizzazione per contatto;
• Elettrizzazione per induzione.
Le cariche elettriche ( e quindi anche gli oggetti elettrizzati)
hanno un’influenza nello spazio circostante , nel quale
esercita una forza di attrazione (o repulsione) verso cariche
di segno opposto (o uguale).
Questo spazio è detto campo elettrico: il campo elettrico è
caratterizzato da linee di forza lungo le quali si muovono
le cariche elettriche .
Per comprendere questa distinzione occorre tornare
alla natura della materia, ossia agli atomi da cui è
composta: esistono atomi i cui nuclei trattengono
fortemente gli elettroni “più lontani”, ed altri che li
trattengono debolmente.
Che succede se proviamo ad elettrizzare per strofinio
una barretta di metallo e attrarre con essa dei
pezzettini di carta? Nulla!!!
Gli atomi che costituiscono i metalli infatti
trattengono debolmente gli elettroni, per cui quelli
strappati al panno di lana non restano sulla
bacchetta di metallo, ma si disperdono, attraverso
il nostro corpo, sulla Terra.
I conduttori sono quindi materiali costituiti da
atomi che trattengono debolmente gli elettroni
posizionati sugli strati più esterni del loro
guscio elettronico.
Gli isolanti sono, al contrario, costituiti da atomi
che trattengono fortemente gli elettroni.
La corrente elettrica è determinata da cariche
elettriche (elettroni) in movimento.
La corrente elettrica è per molti versi simile ha un
liquido che attraversa un condotto idraulico:
Nel
circuito
idrico
il
liquido
scorre
spontaneamente verso il basso, ma per poter
tornare nel recipiente c’è bisogno di una pompa
che mantenga costante la differenza di livello
tra il liquido nel recipiente e il tubo.
Nel circuito elettrico c’è bisogno di un potenziale
elettrico, ossia di un numero tanto maggiore di
cariche elettriche che si accumulano in un
estremo del circuito, per generare una corrente
elettrica.
Così come nel circuito idrico è necessaria una
pompa per mantenere il dislivello tra i due
recipienti, nel circuito elettrico per mantenere
la differenza di potenziale elettrico c’è bisogno
di un generatore (es. pila).
La differenza di potenziale o tensione viene
misurata in Volt (V);
La quantità di cariche che in un certo intervallo di
tempo attraversa la sezione di un conduttore
rappresenta l’intensità della corrente e si
misura in ampere (I)
Ogni conduttore oppone una certa resistenza al
passaggio della corrente elettrica. Questa
resistenza è dovuta all’attrito tra gli elettroni e
gli atomi del reticolo cristallino del conduttore.
La prima legge di ohm afferma che l’intensità
della corrente (I) in un conduttore è
direttamente proporzionale alla differenza di
potenziale (V) applicata ai due capi del
conduttore e inversamente proporzionale alla
resistenza (R) del conduttore:
I =V/R
La seconda legge di Ohm afferma che la
resistenza (R) di un conduttore è direttamente
proporzionale alla sua lunghezza L e
inversamente proporzionale alla sua sezione s.
R = ρ L/s
La resistenza dipende anche dal materiale di cui è
fatto il conduttore e questa caratteristica è
espressa dal simbolo ρ (ro).
Aumentando la lunghezza del conduttore la resistenza aumenta,
di conseguenza l’intensità della corrente diminuisce.
Aumentando la sezione del conduttore (lo spessore) la resistenza
Diminuisce, di conseguenza l’intensità della corrente aumenta.
I materiali che hanno la capacità di attirare oggetti ferrosi vengono
chiamati magneti.
Vi sono anche magneti artificiali che se sottoposti ad una serie di
trattamenti acquistano, per un periodo più o meno lungo, proprietà
magnetiche.
In ogni magnete si distinguono due estremità: il polo nord magnetico
ed il polo sud magnetico. Se avviciniamo un magnete ad un certa
quantità di limatura di ferro, si può osservare che essa viene attirata
dal magnete, concentrandosi intorno ai poli dove la forza di
attrazione è più intensa.
Se avviciniamo due magneti possiamo constatare
che i polo opposti si attraggono, mentre i poli
uguali si respingono.
I poli magnetici, diversamente dai poli elettrici,
non si possono mai separare.
Una calamita si orienta sempre nella direzione
Nord-Sud geografica, per questo la Terra può
essere considerata un enorme magnete in cui il
polo sud magnetico si trova quasi in
corrispondenza del Nord geografico e il polo
nord magnetico nel punto opposto.
Così come nei fenomeni elettrici è possibile
elettrizzare un corpo attraverso procedure
diverse, queste stesse procedure possono essere
utilizzate per magnetizzare oggetti metallici
(ferro, acciaio).
Per strofinio: il corpo da magnetizzare viene strofinato,
appunto, sullo stesso polo di una calamita;
Per contatto: il corpo da magnetizzare viene posto a
contatto diretto con il magnete;
Per induzione: il corpo da magnetizzare viene soltanto
avvicinato al magnete, senza che vi entri in contatto
diretto.
In generale un corpo magnetizzato perde le sue proprietà
magnetiche quando viene scaldato ad alte temperature
o viene percosso.