LE CARICHE:
Le cariche elettriche,della cui interazione si occupa l'elettricità,possono essere di due tipi: positive (protoni) oppure negative (elettroni). Cariche elettriche dello stesso tipo si respingono, cariche elettriche di tipo diverso si attraggono.
Una qualsiasi carica elettrica q è sempre un multiplo intero(n) della carica elettrica fondamentale ( o quella del protone o quella dell'elettrone). Ossia si ha sempre : q = ne oppure q = np.
CARATTERISTICHE ELETTRICHE E DI MASSA DELLE PRINCIPALI PARTICELLE SUBATOMICHE
carica elettrica convenzionale | carica elettrica espressa in coulomb(C) | massa espressa in chilogrammi (kg) | ||
elettrone (e-) | -1 | -1,6 x 10-19 | 9,109 x 10-31 | elementare |
protone (p) | +1 | +1,6 x 10-19 | 1,6726 x 10-27 | non elementare |
neutrone (n) | 0 | 0 | 1,6750 x 10-27 | non elementare |
LA FORZA ELETTRICA:
Legge di Coulomb:
F = kq1q2/d2
Da qui si evince che la forza di attrazione tra le due cariche è direttamente proporzionale al prodotto delle due cariche stesse e inversamente proporzionale al quadrato della distanza tra di esse.
Legge di gravitazione universale di Newton:
F = Gm1m2/d2
Questa equazione e quella precedente si applicano rispettivamente nella meccanica e nell'elettrostatica: esse sono simili ma mentre la forza di attrazione tra due cariche può essere sia attrattiva sia repulsiva, la forza di attrazione gravitazionale è solo attrattiva. Si ricordi che “k” e “G” sono delle costanti. k è una costante che dipende dal mezzo mentre G è una costante universale; inoltre l'intensità della forza elettrica è molto maggiore di quella di attrazione gravitazionale.
CATIONI E ANIONI:
Quando c'è un trasferimento di elettroni da un atomo all'altro, gli atomi che prima erano elettricamente neutro diventano ioni: se vengono ceduti elettroni diventano ioni positivi ( cationi), se invece vengono acquistati diventano ioni negativi ( anioni).
CAMPO ELETTRICO:
Il campo elettrico è un artificio matematico che non esiste realmente; per cui non è propriamente giusto parlare di grandezza,anche se si comporta come una grandezza vettoriale. Esso ci permette di dire se tra i punti dello spazio rappresentanti le cariche c'è o meno interazione.
E = F/q
Il modulo de campo elettrico E è dato dal rapporto tra la forza agente sul campo elettrico stesso e la carica di prova q, che è una carica piccolissima e sempre positiva ( la carica viene presa sempre molto piccola e positiva per non creare interferenze con le altre cariche). L'unità di misura del campo elettrico E è chiaramente il N/C. Il modulo del campo elettrico può anche essere calcolato attraverso la seguente formula:
E = KQ/ d2
L'intensità del campo elettrico è quindi direttamente proporzionale all'intensità della carica generatrice e inversamente proporzionale al quadrato della distanza.
A determinare invece la direzione e il verso del campo elettrico sono le linee di forza, linee fatte in modo tale che in ogni loro punto la tangente rappresenti la direzione del campo stesso. Se le linee di forza sono parallele si parla di campo elettrico uniforme, se invece le linee di forza non hanno la stessa direzione si parla di campo elettrico non uniforme. Se la carica generatrice è positiva le linee di forza saranno uscenti da essa; se invece la carica generatrice è negativa queste saranno entranti la carica. Per un punto può passare una ed una sola linea di forza: le linee di forza di un campo elettrico non si possono quindi mai intersecare.
TEOREMA DI GAUSS PER I CAMPI ELETTRICI: Con il termine superficie gaussiana intendiamo una qualsiasi superficie chiusa che circonda una carica. Secondo il teorema di Gauss il numero di linee di campo elettrico che attraversano una immaginaria superficie chiusa che circonda una carica ( una superficie gaussiana appunto) è proporzionale alla quantità netta di carica racchiusa in tale superficie. Questa è una definizione qualitativa del teorema di Gauss, che si può definire anche quantitativamente: Il flusso del vettore campo elettrico che attraversa una superficie chiusa S è dato dal rapporto tra la carica netta Q contenuta in S e la costante dielettrica del mezzo materiale nel quale è situata la superficie considerata. Φ = Q/ εo.
(questa è la prima formula per calcolare il flusso elettrico).
IL FLUSSO ELETTRICO: Φ = E x S (questa è la seconda formula per calcolare il flusso elettrico)
Il flusso elettrico Φ è dato dal prodotto scalare tra il campo elettrico e la superficie (per prodotto scalare si intende un prodotto tra due vettori che dà per risultato una grandezza scalare, per prodotto vettoriale invece si intende il prodotto tra due vettori che dà per risultato un prodotto vettoriale; nel prodotto scalare tra due vettori a e b, che si indica con a x b, dobbiamo solo calcolare il modulo che è dato da a x b x sen α; nel prodotto vettoriale tra due vettori a e b, che si indica con a ^ b, dobbiamo invece calcolare la direzione ed il verso seguendo la regola della mano destra e il modulo che è dato da a x b x cos α ).Anche per introdurre il concetto di flusso elettrico bisogna utilizzare un artificio matematico, nel senso che si pensa alla superficie come una grandezza vettoriale ( orientata, con un verso e una direzione) e non come ad una grandezza scalare,come lo è in realtà. Essa va considerata suddivisa in tanti piccoli punti che possono essere pensati come superfici piane: la direzione della superficie in un punto è data dalla normale per la superficie in quel punto.
Il flusso elettrico può essere positivo negativo oppure nullo: ciò dipende da quante linee di forza escono ed entrano dal campo elettrico del flusso.
N.B.: in grassetto sono indicate le grandezze vettoriali(modulo, direzione, verso), invece le grandezze scalari (modulo) non sono indicate in grassetto.
LA DENSITA’ DI CARICA :
La densità è in generale data dal rapporto tra la massa ed il volume di un corpo (ρ = m/V) e si indica con la lettera d oppure ρ e si misura in Kg/m3 ; la densità di carica superficiale di un corpo è invece data dal rapporto tra la quantità di carica presente sulla superficie esterna e la superficie stessa, si indica con la lettera σ e si misura quindi in C/m2 (σ = Q/S).
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