Carica Elettrica e Legge di Coulomb

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Prof. Massimo Panzica

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Modelli Atomici

• V – IV a.C. Democrito atomi indivisibili
• non possono essere creati, distrutti o spezzati
• 1808 Dalton riprende il modello di Democrito
• 1) elemento <-> specie atomica
• 2) elementi diversi hanno atomi diversi
• 1904 Thomson modello «a panettone»
• elettroni (-) «affogati» in una sfera con carica (+) diffusa che li tiene uniti

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Modello di Rutherford

Modelli Quantistici

PROBLEMI DEL MODELLO DI RUTHERFORD

• gli elettroni accelerati dovrebbero emettere energia e collassare sul nucleo
• le righe spettrali osservate sono discrete
• 1913 Bohr-Sommerfeld modello quantistico
• viene quantizzato il momento angolare -> le orbite -> le energie
• gli elettroni nell’atomo non emettono energia anche se accelerati
• 1940 modello quantistico-ondulatorio
• assunto di De Broglie: comportamento ondulatorio della materia (e^-)
• principio di indeterminazione di Heisenberg: impossibile conoscere con esattezza posizione e quantità di moto in un dato istante di tempo
• orbita -> orbitale: regione dello spazio dove è «molto probabile» trovare e^-

Le Quattro (Tre) Interazioni Fondamentali

• Tutte le forze in natura si possono ricondurre a sole 3 interazioni fondamentali:
• interazione gravitazionale: tra masse
• es. forza peso, interazione Terra-Luna, interazione Terra-Sole, …
• interazione elettrodebole: forze elettriche e magnetiche tra cariche elettriche ferme o in moto ed interazioni (deboli) in alcuni particolari decadimenti
• es. forza normale, tensione, forza di attrito, …
• interazione forte: forze tra nucleoni (tengono uniti protoni e neutroni nel nucleo atomico) e tra quark (tengono uniti 3 quark dentro i singoli protoni e neutroni)

Carica Elementare

Unità di Misura della Carica e Prefissi

Conduttori ed Isolanti

• Nei conduttori vi sono alcuni elettroni liberi che formano un nube elettronica e che si muovono sotto l’azione di un campo elettrico

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• Negli isolanti o dielettrici non vi sono elettroni liberi, tuttavia le molecole presentano dei momenti di dipolo elettrico (che può essere permanente oppure indotto) a causa della separazione di carica (+) e (-), pur mantenendo una carica globale nulla, orientati casualmente.

Elettrizzazione

Un corpo si può elettrizzare per:

• strofinio: in questo caso un corpo si carica negativamente strappando alcuni elettroni ad un secondo corpo che si carica positivamente;
• ad esempio il vetro (+) con la seta (-) oppure la plastica (-) con la lana (+)
• contatto: gli elettroni liberi si spostano da un corpo all’altro quando i corpi si toccano;
• induzione: un corpo carico induce una separazione di carica in un conduttore scarico che, se collegato a terra, si carica di segno opposto a quello del corpo inducente.

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Polarizzazione dei Dielettrici

Nei dielettrici non vi sono, generalmente, cariche libere per cui una carica depositata in un punto (per strofinio o contatto) rimane dov’è.

Vi sono, comunque, dei dipoli elettrici in cui la carica non è uniformemente distribuita.

Un campo elettrico esterno può orientare i dipoli del dielettrico, producendo così delle cariche di polarizzazione dovute all’allineamento dei dipoli. In questo caso, comunque, il dielettrico rimane neutro.

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Legge di Coulomb nel Vuoto

Legge di Coulomb nei Dielettrici

Analogia con la Gravitazione Universale

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La legge di Coulomb e la legge di gravitazione universale di Newton hanno la stessa espressione matematica:

• entrambe sono direttamente proporzionali alla proprietà che le produce (la carica o la massa) ed inversamente proporzionale al quadrato della loro distanza
• nella legge di gravitazione universale manca il modulo perché esiste un solo tipo di massa, per convenzione positiva, quindi un solo tipo di forza

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Esercizio 1

PRESTO IN ARRIVO SUI GRANDI SCHERMI…

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