Legge di Coulomb

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Si definisce campo elettrostatico lo spazio che circonda le cariche ferme di un corpo elettrizzato. Ponendo in questo spazio la pallina di un pendolino, possiamo notare che è spinta da una forza di attrazione o repulsione, secondo il segno delle cariche. Osserva le cariche repulsive dall'esempio di questa mia illustrazione.

Ponendo, in uno stesso punto di un campo elettrostatico, cariche di uno poi di due, di tre coulomb …, ecc., la forza di attrazione o repulsione diventerà doppia, tripla ecc. Indicando con “E” il campo elettrostatico si può definire l’intensità del campo elettrostatico, come rapporto tra una forza che agisce su una carica q posta in un punto determinato di un campo elettrostatico e la carica stessa. Questo rapporto, nello stesso punto considerato, sarà costante:

Coulomb ha caricato elettricamente sia la sferetta B, in equilibrio per il contrappeso C, posti all’estremità di un’asta, sostenuta da un filo di seta o quarzo isolante, sia la sferetta fissa B. Misurando su una scala, l’angolo di rotazione dell’asta isolante, sostenuta dal filo, conoscendone le sue caratteristiche elastiche e operando a diverse distanze “ r “ egli stabilì la già citata legge. Come da mio schema, Coulomb ha utilizzato una bilancia di torsione per la sua esperienza.

Coulomb misurò sperimentalmente la forza di attrazione e repulsione tra due corpi carichi, variando la carica elettrica e la distanza. Egli trovò la seguente legge: la forza attrattiva e repulsiva tra due corpi elettrizzati (supposti due punti) è direttamente proporzionale al prodotto delle quantità di elettricità sugli stessi e inversamente proporzionale al quadrato della loro distanza. Definendo con F la forza, Q₁ e Q₂ le quantità di elettricità sui due punti, r la loro distanza, si ha:

La forza è attrattiva o repulsiva, secondo il segno delle due cariche. Il coefficiente K dipende dalla qualità del mezzo isolante, interposto tra i due corpi: vuoto, aria o olio isolante. Da questa legge si deduce la seguente unità di carica elettrica, che prende il nome di Coulomb: la carica di un coulomb, posta su un corpo puntiforme, ne spingerebbe nel vuoto a un metro di distanza, uno uguale ed elettricamente carico con la seguente forza di 9.10⁹N.

Poiché

nel sistema internazionale, in cui F si misura in newton, r in metri e Q₁, Q₂ in Coulomb, nel vuoto quindi si ottiene:

in cui 8,98742*10⁹ si approssima a 9*10⁹ .

Nel sistema CGS, nel vuoto, si ha K = 1, poiché si considera, come unità di forza 1 dina, come distanza tra le cariche un cm e come quantità di elettricità uno statcoulomb (1 coulomb=3*10⁹ statcoulomb). In un mezzo isolante, K = K/ε_r (cliccare su costante dielettrica ).

Con quale forza si respingono due cariche elettriche omonime, poste nel vuoto alla distanza di due metri:

q₁=3*10^-7 e q₂=4*10^-6?

Applicando la legge di Coulomb, otteniamo:

Per convertire il newton nelle sue unità di forza, può essere utile utilizzare il convertitore al seguente indirizzo: