Carica elettrica
Caratteristica instrinseca delle particelle elementari
I corpi carichi esercitano forze gli uni sugli altri
Esistono cariche di due segni diversi, positivo e
negativo: cariche dello stesso segno si respingono,
cariche di segno opposto si attraggono
Conduttori e isolanti
Conduttori: le cariche elettriche si muovono liberamente
Isolanti: le cariche non si muovono
Casi particolari: semiconduttori, superconduttori
Unità di misura della carica
coulomb (C)
i=dq/dt corrente elettrica (ampere)
1 C = 1 A/s
Legge di Coulomb
q1 q2
F=k 2
r
2
1
Nm
k=
= 8.99 ⋅10 9 2
4 πε0
C
F1,net = F12 + F13 + F14 + ...+ F1n
Domanda
Due sfere uniformemente cariche sono ciascuna
saldamente ancorata ad un disco elettricamente isolante
che scivola senza attrito su una superficie piana. La carica
sulla sfera 2 è tre volte maggiore della carica sulla sfera 1.
Quale dei diagrammi illustra correttamente il modulo e la
direzione delle forze elettrostatiche?
Gusci sferici
1- un guscio sferico di carica uniforme attrae o respinge una
particella carica fuori dal guscio stesso come se tutte le
cariche del guscio fossero concentrate nel suo centro.
2- un guscio sferico di carica uniforme non esercita alcuna
forza elettrostatica su una particella carica posta al suo
interno.
Quantizzazione della carica
La carica è una proprietà intrinseca delle particelle
elementari.
Le particelle elementari si possono contare in unità.
La carica elettrica si può contare in unità della carica di una
singola particella elementare.
Atomo 10-10m
Protone +
Neutrone 0
Elettrone -
Nucleo 10-15m
q=n e
-e carica dell’elettrone
e carica di un protone
e= 1.62 10-19C
Forza tra due protoni
Due protoni all’interno del nucleo di un atomo di ferro (raggio
4 10-15m, contenente 26 protoni) sono separati da una
distanza di 4 10-15m. Qual è la forza elettrostatica di
repulsione tra i due protoni?
1 q1 q2
1 e2
F=
=
=
2
2
4 πε0 r
4 πε0 r
8.99 ⋅10 Nm /C )(1.6 ⋅10
(
=
(4.0 ⋅10 m)
9
2
2
−15
−19
2
C)
2
= 14N
Campo elettrico
q0 carica di prova, per rivelare la
presenza di forze elettriche
F
E=
q0
€NB: il campo esiste indipendentemente
da q0 e non dipende dal valore di q0
Energia potenziale elettrica
1- la forza elettrica è conservativa – il lavoro L della forza elettrica
dipende solo dal punto iniziale e dal punto finale
2- si può definire un’energia potenziale U tale che:
ΔU=Uf-Ui=-L
3- L’energia potenziale è definita a meno di una costante additiva.
Consideriamo come cinfigurazione di riferimento il caso in cui le
cariche siano a distanza infinita e poniamo allora U(∞)=0, in modo
che sia U=-L∞ cioè l’energia potenziale uguale al lavoro
necessario a portare le cariche dall’infinito nella posizione
desiderata.
Potenziale elettrico
Energia potenziale per unità di carica:
U
V=
q
U f U i ΔU
ΔV = V f − Vi =
−
=
q
q
q
L
ΔV = V f − Vi = −
q
L∞
V =−
q
Unità di misura del potenziale: 1V=1J/C
€
Lavoro svolto da una forza esterna
ΔK = K f − K f = Lappl + L
Teorema energia cinetica
Lappl = −L
Se le cariche vengono spostate
dall’infinito e posizionate a
riposo nella posizione
desiderata
ΔU = U f − U f = Lappl
Lappl = qΔV