Cariche elettriche e loro proprietà

Le cariche elettriche sono una proprietà fondamentale della materia. Esistono due tipi di cariche: positive (protoni) e negative (elettroni). Un corpo che ha acquisito la capacità di attrarre piccoli pezzi di carta o alluminio si dice elettrizzato.

Secondo la convenzione di Franklin, sostanze come il vetro hanno carica positiva, mentre sostanze come la plastica hanno carica negativa. A livello microscopico, i protoni si trovano nel nucleo dell'atomo e hanno carica positiva, mentre gli elettroni orbitano attorno al nucleo e hanno carica negativa.

Highlight: In condizioni normali, un atomo ha lo stesso numero di elettroni e protoni, risultando elettricamente neutro.

La carica elettrica si indica con la lettera Q o q e si misura in Coulomb (C). Essendo un'unità molto grande, si utilizzano spesso sottomultipli come il millicoulomb (mC) o il nanocoulomb (nC).

Definizione: Il principio di quantizzazione della carica elettrica afferma che la carica elettrica esiste solo in multipli interi della carica elementare e = 1,6 x 10^-19 C.

Esempio: Per trovare il numero di elettroni in eccesso in un corpo con carica -4,8 x 10^-19 C, si divide questa carica per la carica elementare: -4,8 x 10^-19 C / (-1,6 x 10^-19 C) = 3 elettroni.

La conservazione della carica è un principio fondamentale: la somma algebrica delle cariche in un sistema isolato rimane costante.

Legge di Coulomb e forze elettriche

La legge di Coulomb descrive la forza elettrica tra due cariche puntiformi. Nel vuoto, la forza è direttamente proporzionale al prodotto delle cariche e inversamente proporzionale al quadrato della distanza tra esse:

F = k * (q1 * q2) / r^2

Dove:

• F è la forza elettrica
• k è la costante di proporzionalità (nel vuoto, k = 9 x 10^9 Nm^2/C^2)
• q1 e q2 sono le cariche
• r è la distanza tra le cariche

Highlight: La forza elettrica agisce lungo la retta congiungente le cariche e può essere attrattiva o repulsiva.

In un mezzo isolante (materiale dielettrico), la forza elettrica è minore rispetto al vuoto. Si introduce la costante dielettrica relativa ε_r:

F_m = F / ε_r

Dove:

• F_m è la forza nel mezzo
• F è la forza nel vuoto
• ε_r è la costante dielettrica relativa (numero puro, varia per ogni mezzo)

Esempio: La legge di Coulomb spiegazione semplice può essere data considerando due cariche positive: esse si respingeranno con una forza che aumenta al diminuire della distanza tra loro.

La comprensione della legge di Coulomb è fondamentale per lo studio dell'elettrostatica e delle interazioni tra cariche elettriche.