Forza Elettrica
Campo Elettrostatico
  Carica
elettrica
  Confronto di cariche elettriche
  Legge di Coulomb
  Principio di sovrapposizione
  Campo elettrostatico
  Distribuzioni continue di carica elettrica
Carica elettrica
 
 
 
 
Esistono cariche positive e negative
La carica elettrica esiste in quantita` discrete
La carica elettrica e` invariante (non dipende
dallo stato di moto dell osservatore)
La carica elettrica e` conservata nelle
interazioni in un sistema elettricamente
isolato
in un sistema elettricamente isolato la somma
algebrica di tutte le cariche elettriche e` costante
Isolanti e conduttori
 
Conduttori: non mantengono localizzata la
carica elettrica. Elettroni di conduzione.
 
Isolanti: mantengono la carica elettrica.
 
 
Gap proibito tra banda di valenza e di conduzione
molto ampio.
L energia termica non e` sufficiente a promuovere gli
elettroni nella banda di conduzione.
Isolanti e conduttori
  La conduzione avviene quando
gli elettroni hanno sufficiente
energia cinetica per occupare la
banda di conduzione
Energia elettroni
  Gli elettroni piu` esterni sono
quelli che forniscono i legami
chimici (elettroni di valenza)
Banda di conduzione
Gap proibito
Banda di valenza
Isolanti e conduttori
Conduttori:
elettroni liberi
Energia elettroni
Bande
sovrapposte
Isolanti (SiO2)
Semiconduttori
Gap stretto
Forza tra cariche e induzione
elettrostatica
 
Forza tra cariche elettriche
 
 
 
repulsiva (stesso segno)
attrattiva (segno opposto)
Induzione elettrostatica
 
avvicinando un isolante carico ad un conduttore gli
elettroni liberi del conduttore sono attratti o respinti e si
crea localmente un eccesso di carica elettrica di segno
opposto a quella presente sull isolante
--------
++++
----- ---
Elettroscopio: rivelazione
di carica elettrostatica
Misura della carica elettrica
r
q1
Q
F1
Q
F2
r
q2
Legge di Coulomb
Forza centrale
Forza su q2 dovuta a q1
z
r1
q1
r
!
er
q2
r2
y
x
Dimensioni della carica
elettrica
 
 
 
 
Usando il sistema LMT (es MKS) la carica elettrica e`
una quantita` derivata
Nel SI si sceglie l unita` di misura della corrente
elettrica (la studieremo piu` avanti): l Ampere (A)
La carica elettrica e` derivata: 1 C = 1 A x 1 s
Da misure di forze si determina K
1C ~
elettroni
Esempi
 
Strofinio di sferette: si spostano ~ 1012 elettr.
Q = 1012e ~ 10-7 C
2 sferette ad 1cm:
Q2
9 ! 109 ! (10"7 )2
F=
=
! 0.9 N
2
"2 2
4!" 0 r
(10 )
  Rapporto
forza gravitazionale/elettrica atomo di idrogeno:
me= 9.1091x10-31
mp= 1.6725x10-27
kg
G = 6.67 x 10-11 m3kg-1s-1
Esempio
 
Perfetta neutralita` della materia
Supponiamo che qe=-e, qp=e+Δq  Δq=qp-e=ef =1.6x10-19 f
Che forza agirebbe tra 2 sfere di ferro di massa M=1 kg poste alla
distanza di 1 m? (Z=26, A=55)
Se np (=ne) e` il numero di protoni (elettroni), avremo:
ΔQ=npΔq=1.6x10-19 f np
n p = ZN Atomi
ZN A
Z
26
=
M = 6 ! 10 23 M = 6 ! 10 23 ! 1000 ! 2.8 ! 10 26
A
A
55
9 × 109 × 2.6 × 10−38 n p 2 f 2
ΔQ 2
−28
2 2
25
2
F=
=
≈
2.3
×
10
n
f
=
1.8
×
10
f
p
4πε 0d 2
12
Con f = 10-9 la forza sarebbe di circa 2x107 N !!
(limite f<10-21)
Esempio
Due cariche q1=+50 nC e q2=+100 nC si trovano rispettivamente
nelle posizioni:
"
!
!
r1 = 2 ex + 4ey cm
"
!
!
r2 = 6 ex + 7ey cm
Calcolare la forza che q1 esercita su q2.
! q q u! q q r! ! r!
F = 1 2 2 = 1 2 !2 !1 3
4!" 0 r
4!" 0 | r2 ! r1 |
! !
!
!
r2 ! r1 = 4e x + 3e y cm
! !
| r2 ! r1 |= 16 + 9 = 5 cm=5 " 10 !2 m
q1q2
= 9 × 109 × 50 × 100 × 10−18 = 4.5 × 10−5
4πε 0
4 ! 10 "2
"2
F x = 4.5 ! 10
!
1.4
!
10
N
"6
125 ! 10
"2
"5 3 ! 10
"2
2
!
1.1
!
10
N
Nm F y = 4.5 ! 10
"6
125 ! 10
"5
Esempio
Fe
tan ! =
Fg
θ
q0
q
r
mg
Fe
qq0
4!" 0 r 2
=
mg