Fisica 5°G anno scolastico 2006/2007

Campo Elettrico

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Originariamente non esisteva niente( spazio, né tempo), poi improvvisamente si è rotto l'equilibrio in cui permaneva il non spazio e improvvisamente apparve l'universo e con esso lo spazio e il tempo. Il Big Bang fu e con esso l'universo. Ci fu un'esplosione e dal caos a temperatura infinita si passo ad un universo sempre più vasto e freddo. Ciò che rappresentava l'essenza dell'universo cominciò a riorganizzarsi in modo diverso man mano che la temperatura diminuiva. Oggi apparentemente non resta nulla di quanto caratterizzava l'universo nei primi istanti dopo il Big Bang. Quando la temperatura scese a 100.000.000° K apparve la luce e successivamente le altre particelle. Ogni riorganizzazione del quid che costituisce l'universo lascia nello spazio circostante un residuo che in qualche modo modifica le caratteristiche fisiche di ogni punto dell'universo. Attualmente associamo al concetto di campo queste informazioni presenti in ogni punto dell'universo. Abbiamo definito in prima istanza tre campi: Il campo elettrico, il campo gravitazionale e il campo magnetico.

Teniamo presente che l'universo si è adattato in modo da poter manifestarsi in queste condizioni estremamente avverse. La luce e i protoni, gli elettroni sono il risultato di questo riadattamento dell'universo alle basse temperature.

Studieremo successivamente che modificando le condizioni in un punto è possibile osservare ciò che esisteva liberamente pochi istanti dopo l'origine dell'universo. Per il momento studieremo i campi prendendo in considerazione gli oggetti che subiscono o "generano" i campi facilmente osservabili.

 

 

Riprendiamo la forza gravitazionale: Newton

Partendo dalla terza legge di Keplero, Newton ha dimostrato che la forza che si esercita tra due masse M1 e M2 è direttamente proporzionale al prodotto delle masse e inversamente proporzionale al quadrato delle distanze.
In formula:

1

In questa formula G= 6,67 10 -11.

Da quanto detto risulta che per rilevare una forza dell'ordine di 1 Newton Dobbiamo far interagire a breve distanza masse enormi dell'ordine dei milioni di Kilogrammi, ossia non è possibile rilevare l'azione della forza di gravità tra due oggetti di massa trascurabile (tra una matita e una gomma).

E' possibile rilevare la forza tra un oggetto di massa trascurabile ed un'altra massa enorme ( tra una matita e la terra). Nell'esperienza quotidiana misuriamo la forza peso degli oggetti posti ad una quota tra 0 e 1000 metri dal suolo. In questo contesto la forza agente è del tipo F=m g, dove g è la forza gravitazionale F/m e risulta essere praticamente costante e pari a g=9,81 m/sec 2. A volte indicheremo questa forza col simbolo Pe la chiameremo forza peso.

Forza elettrica:la legge di Coulomb

Con elettrostatica si intende la teoria che studia l'effetto di forza dovuto a cariche elettriche immobili su un oggetto carico.
Si chiama carica elettrica la quantità di elettricità positiva o negativa di un corpo, essa è sempre un multiplo intero della carica elementare (presente su elettroni(-) o protoni(+)) e = 1,602·10-19 [C].

Le più piccole quantità di carica elettrica esistenti sono:

  1. la carica dell'elettrone, pari a -e.
  2. la carica del protone +e.

Come verificato nel film della Esso, la forza che si esercita tra due cariche "F" di attrazione (cariche di segno opposto) o di repulsione (cariche di uguale segno) fra due cariche puntiformi Q1 e Q2 immerse in un mezzo isolante è direttamente proporzionale al prodotto delle cariche ed inversamente proporzionale al quadrato della loro distanza ossia in formula:

forza coulombiana

La direzione della forza è la retta passante per le due cariche. La costante K= 9 10 9.

Pertanto è possibile rilevare forze elettriche anche tra corpi su cui siano presenti cariche estremamente piccole dell'ordine del milionesimo di Coulomb.

La grandezza e prende il nome di costante dielettrica assoluta del vuoto e vale :

epsilon con zero

Per un mezzo diverso dal vuoto si è soliti esprimerla come prodotto tra la costante dielettrica del vuoto e la costante dielettrica relativa del mezzo e = eo · er .

Nel caso dell'acqua er vale 79, ossia nell'acqua la forza elettrica si abbassa di 79 volte e tale diminuzione dell'intensità è sufficiente per la rottura dei legami ionici (è sufficiente il moto browniano).

Principio di sovvrapposizione degli effetti

Per determinare la forza agente sul bersaglio (massa bersaglio per il gampo gravitazionale o carica bersaglio per l'elettrostatica) è possibile utilizzare il principio di sovvrapposizione degli effetti.

Tale pricipio afferma che la forza risultante agente è la somma vettoriale delle forze determinate tra ogni sorgente e il bersaglio (somma di vettori! -> risultante).

Confronto tra gravitazione e elettrostatica.

 
Gravità
Elettrostatica
Sorgente le Masse le cariche elettriche
azione sempre attrattiva cariche uguali repulsiva - cariche opposte attrattiva
Costante di proporzionalità G estremamente piccola e pertanto si misurano forze solo tra massi enormi K estremamente grande. E' rilevabile una forza tra cariche estremamente piccole
Costante di proporzionalità G è una costante universale K varia a secondo del mezzo materiale in cui si opera.
Principio di sovvrapposizione degli effetti Si Si
Forze agenti a distanza Si Si

 

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