Fenomeni elettrostatici fondamentali

Post date: Oct 10, 2020 7:53:0 AM

Il primo fenomeno che ha portato alla scoperta delle cariche elettriche è quello che chiamiamo "elettrizzazione per strofinio": strofinando l'uno contro l'altro due materiali isolanti "di tipo diverso", questi si "caricano", e acquistano la capacità di attrarre o respingere altri oggetti.

Nel 1700 i fisici iniziarono uno studio sistematico dei fenomeni elettrici, resi possibili anche dall'invenzione di un dispositivo, la "bottiglia di Leida" in grado di accumulare le cariche elettriche.

Grazie ai contributi fondamentali di Franklin, descriviamo questi fenomeni attraverso un modello in cui esistono due tipi di cariche: positive e negative.

Inoltre fu presto notato che i materiali potevano essere divisi in due grandi categorie: gli isolanti, che si possono facilmente caricare per strofinio e i conduttori, che si riescono a caricare solo per contatto.

Nel 1800, non era chiaro quale fosse la natura di queste cariche, ma fu osservato che tutte le cariche esistenti in natura erano multiple di una carica elementare, quella che oggi identifichiamo come la carica dell'elettrone: e=1,6 10^-19 C (dove la C sta per Coulomb, l'unità di misura della carica elettrica). Noi che abbiamo un'idea attendibile della struttura atomica, sappiamo che il nucleo di un atomo è formato da neutroni (scarichi) e protoni (carichi); intorno al nucleo, gli elettroni si muovono sugli orbitali. Complessivamente, quando un atomo ha tutti i suoi elettroni, la sua carica elettrica totale è esattamente nulla, perché la carica del protone è esattamente uguale a quella dell'elettrone cambiata di segno e perché il numero di elettroni è esattamente uguale a quello dei protoni.

Cosa succede se avviciniamo un atomo ad una carica elettrica?

L'elettrone, invece di orbitare esattamente intorno al suo nucleo, si sposta verso la carica se questa è positiva, e se ne allontana se questa è negativa. In questo modo, l'elettrone non scherma più in modo completo la carica del nucleo e l'atomo acquista delle deboli proprietà elettriche: diventa un "dipolo".

Se la forza è sufficiente, l'elettrone può essere addirittura strappato al suo nucleo, e allora l'atomo diventa uno ione positivo: una particella carica a tutti gli effetti.

Per discutere i fenomeni elettrostatici nei solidi, usiamo un modello in cui i nuclei atomici sono bloccati nella loro posizione, mentre gli elettroni più esterni,

• • nei conduttori sono liberi di muoversi in tutto il materiale

  • negli isolanti sono obbligati ad orbitare intorno al loro atomo di appartenenza ma possono comunque spostarsi un poco rispetto alla posizione di riposo, "scoprendo in parte" la carica del nucleo.

Avvicinando un corpo carico ad un altro corpo, si osserva una forza di attrazione, dovuta al fenomeno dell'induzione elettrostatica: