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Elettroni, Protoni e la Legge di Coulomb: Spiegazione Semplice

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Lisa Bernardotto

25/10/2022

Fisica

Forze elettriche e campi elettrici

Elettroni, Protoni e la Legge di Coulomb: Spiegazione Semplice

La fisica dell'elettricità: dalle cariche elementari al campo elettrico. L'atomo è composto da protoni (carica positiva), elettroni (carica negativa) e neutroni (neutri). Le interazioni tra cariche elettriche generano forze attrattive o repulsive, descritte dalla legge di Coulomb. Il campo elettrico rappresenta la deformazione dello spazio causata da una carica elettrica.

• Le cariche elettriche elementari sono alla base dei fenomeni elettrici
• La legge di Coulomb descrive quantitativamente le forze tra cariche
• Il campo elettrico è un concetto fondamentale per comprendere le interazioni elettriche a distanza
• I materiali si distinguono in conduttori e isolanti elettrici
• L'elettrizzazione può avvenire per contatto, induzione o polarizzazione

...

25/10/2022

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FORZE ELETTRICHE e CAMPI
ELETTRICI
ORIGINE DELL'ELETTRICITA'
nucleo formato da:
- PROTONI (+)-> m= 1,673 · 10-27
kg
} stessa quantita
- ELET

Vedi

Conduttori e isolanti elettrici

I materiali si distinguono in conduttori e isolanti elettrici in base alla facilità con cui le cariche elettriche possono spostarsi al loro interno:

  • Conduttori elettrici: permettono un facile movimento delle cariche. Tipicamente sono metalli con molti elettroni di valenza debolmente legati.
  • Isolanti elettrici: ostacolano il movimento delle cariche. Hanno pochi elettroni liberi, fortemente legati agli atomi.

Example: I metalli sono buoni conduttori sia elettrici che termici, mentre molti altri materiali sono isolanti.

La differenza tra conduttori e isolanti dipende dalla struttura atomica e dalla forza con cui gli elettroni esterni sono legati agli atomi.

Highlight: Nei conduttori gli elettroni esterni hanno una forza di attrazione minore verso il nucleo rispetto agli elettroni interni.

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Elettrizzazione per contatto, induzione e polarizzazione

Esistono diversi metodi per caricare elettricamente un oggetto:

  1. Elettrizzazione per contatto: Quando una bacchetta carica tocca una sfera neutra, gli elettroni in eccesso si spostano dalla bacchetta alla sfera. Rimuovendo la bacchetta, gli elettroni si distribuiscono sulla superficie della sfera, caricandola negativamente.

Example: Se la bacchetta è carica positivamente, anche la sfera si caricherà positivamente poiché alcuni suoi elettroni si sposteranno sulla bacchetta.

  1. Elettrizzazione per induzione: Avvicinando una bacchetta carica a una sfera neutra collegata a terra: Gli elettroni liberi più vicini alla bacchetta si spostano La parte della sfera vicina alla bacchetta si carica con segno opposto Gli elettroni liberi vengono trasferiti a terra attraverso il filo conduttore La sfera rimane carica con lo stesso segno della bacchetta

Highlight: L'elettrizzazione per induzione funziona solo con un induttore e richiede una connessione a terra.

  1. Polarizzazione: Avviene negli isolanti quando si avvicina una carica. Le molecole dell'isolante subiscono una leggera separazione tra cariche positive e negative, creando una carica indotta temporanea.

Example: Avvicinando una bacchetta carica negativamente a un isolante come la plastica, si induce una leggera carica positiva temporanea sulla superficie più vicina.

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La legge di Coulomb

La legge di Coulomb descrive quantitativamente le forze elettriche tra cariche puntiformi:

Definition: L'intensità della forza elettrica tra due cariche q₁ e q₂ è direttamente proporzionale al prodotto delle cariche e inversamente proporzionale al quadrato della loro distanza.

La formula matematica della legge di Coulomb è:

F = k · |q₁q₂| / r²

Dove:

  • F è l'intensità della forza elettrica
  • k è la costante di Coulomb k8,99×109Nm2/C2k ≈ 8,99 × 10⁹ N·m²/C²
  • q₁ e q₂ sono le cariche elettriche
  • r è la distanza tra le cariche

Highlight: La forza elettrica può essere attrattiva carichedisegnooppostocariche di segno opposto o repulsiva carichedellostessosegnocariche dello stesso segno.

Caratteristiche della forza elettrostatica:

  • Stessa direzione della retta che unisce le cariche
  • Stessa intensità per entrambe le cariche
  • Verso opposto per le due cariche

Example: La legge di Coulomb è simile alla legge di gravitazione universale, ma la forza elettrica può essere sia attrattiva che repulsiva, mentre quella gravitazionale è sempre attrattiva.

Il principio di sovrapposizione stabilisce che la forza totale agente su una carica è la somma vettoriale delle forze esercitate da tutte le altre cariche presenti, indipendentemente l'una dall'altra.

FORZE ELETTRICHE e CAMPI
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Il campo elettrico

Il campo elettrico rappresenta la deformazione dello spazio causata dalla presenza di una carica elettrica:

Definition: Il campo elettrico E in un punto è definito come il rapporto tra la forza elettrostatica F che agirebbe su una carica di prova q₀ posta in quel punto e la carica stessa: E = F / q₀

L'unità di misura del campo elettrico è N/C Newton/CoulombNewton/Coulomb.

Caratteristiche del campo elettrico:

  • Non dipende dalla carica di prova
  • È un campo vettoriale haintensitaˋ,direzioneeversoinognipuntoha intensità, direzione e verso in ogni punto
  • Per una carica puntiforme: E = k|q| / r²

Highlight: In presenza di più cariche, il campo elettrico totale è la somma vettoriale dei campi generati da ogni singola carica.

Le linee di forza del campo elettrico, introdotte da Faraday, forniscono una rappresentazione visiva del campo:

  • Escono dalle cariche positive e entrano in quelle negative
  • La loro densità è proporzionale all'intensità del campo
  • Il vettore campo elettrico è tangente alle linee di forza in ogni punto
  • Due linee di forza non possono mai intersecarsi

Example: In un campo elettrico tridimensionale, il numero di linee di forza che attraversano perpendicolarmente una superficie unitaria è proporzionale all'intensità del campo elettrico in quel punto.

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Adoro questa applicazione [...] consiglio Knowunity a tutti!!! Sono passato da un 5 a una 8 con questa app

Stefano S, utente iOS

L'applicazione è molto semplice e ben progettata. Finora ho sempre trovato quello che stavo cercando

Susanna, utente iOS

Adoro questa app ❤️, la uso praticamente sempre quando studio.

 

Fisica

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25 ott 2022

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Elettroni, Protoni e la Legge di Coulomb: Spiegazione Semplice

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Lisa Bernardotto

@lisaabernardotto

La fisica dell'elettricità: dalle cariche elementari al campo elettrico. L'atomo è composto da protoni (carica positiva), elettroni (carica negativa) e neutroni (neutri). Le interazioni tra cariche elettriche generano forze attrattive o repulsive, descritte dalla legge di Coulomb. Il campo elettrico... Mostra di più

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Conduttori e isolanti elettrici

I materiali si distinguono in conduttori e isolanti elettrici in base alla facilità con cui le cariche elettriche possono spostarsi al loro interno:

  • Conduttori elettrici: permettono un facile movimento delle cariche. Tipicamente sono metalli con molti elettroni di valenza debolmente legati.
  • Isolanti elettrici: ostacolano il movimento delle cariche. Hanno pochi elettroni liberi, fortemente legati agli atomi.

Example: I metalli sono buoni conduttori sia elettrici che termici, mentre molti altri materiali sono isolanti.

La differenza tra conduttori e isolanti dipende dalla struttura atomica e dalla forza con cui gli elettroni esterni sono legati agli atomi.

Highlight: Nei conduttori gli elettroni esterni hanno una forza di attrazione minore verso il nucleo rispetto agli elettroni interni.

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Elettrizzazione per contatto, induzione e polarizzazione

Esistono diversi metodi per caricare elettricamente un oggetto:

  1. Elettrizzazione per contatto: Quando una bacchetta carica tocca una sfera neutra, gli elettroni in eccesso si spostano dalla bacchetta alla sfera. Rimuovendo la bacchetta, gli elettroni si distribuiscono sulla superficie della sfera, caricandola negativamente.

Example: Se la bacchetta è carica positivamente, anche la sfera si caricherà positivamente poiché alcuni suoi elettroni si sposteranno sulla bacchetta.

  1. Elettrizzazione per induzione: Avvicinando una bacchetta carica a una sfera neutra collegata a terra: Gli elettroni liberi più vicini alla bacchetta si spostano La parte della sfera vicina alla bacchetta si carica con segno opposto Gli elettroni liberi vengono trasferiti a terra attraverso il filo conduttore La sfera rimane carica con lo stesso segno della bacchetta

Highlight: L'elettrizzazione per induzione funziona solo con un induttore e richiede una connessione a terra.

  1. Polarizzazione: Avviene negli isolanti quando si avvicina una carica. Le molecole dell'isolante subiscono una leggera separazione tra cariche positive e negative, creando una carica indotta temporanea.

Example: Avvicinando una bacchetta carica negativamente a un isolante come la plastica, si induce una leggera carica positiva temporanea sulla superficie più vicina.

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La legge di Coulomb

La legge di Coulomb descrive quantitativamente le forze elettriche tra cariche puntiformi:

Definition: L'intensità della forza elettrica tra due cariche q₁ e q₂ è direttamente proporzionale al prodotto delle cariche e inversamente proporzionale al quadrato della loro distanza.

La formula matematica della legge di Coulomb è:

F = k · |q₁q₂| / r²

Dove:

  • F è l'intensità della forza elettrica
  • k è la costante di Coulomb k8,99×109Nm2/C2k ≈ 8,99 × 10⁹ N·m²/C²
  • q₁ e q₂ sono le cariche elettriche
  • r è la distanza tra le cariche

Highlight: La forza elettrica può essere attrattiva carichedisegnooppostocariche di segno opposto o repulsiva carichedellostessosegnocariche dello stesso segno.

Caratteristiche della forza elettrostatica:

  • Stessa direzione della retta che unisce le cariche
  • Stessa intensità per entrambe le cariche
  • Verso opposto per le due cariche

Example: La legge di Coulomb è simile alla legge di gravitazione universale, ma la forza elettrica può essere sia attrattiva che repulsiva, mentre quella gravitazionale è sempre attrattiva.

Il principio di sovrapposizione stabilisce che la forza totale agente su una carica è la somma vettoriale delle forze esercitate da tutte le altre cariche presenti, indipendentemente l'una dall'altra.

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Il campo elettrico

Il campo elettrico rappresenta la deformazione dello spazio causata dalla presenza di una carica elettrica:

Definition: Il campo elettrico E in un punto è definito come il rapporto tra la forza elettrostatica F che agirebbe su una carica di prova q₀ posta in quel punto e la carica stessa: E = F / q₀

L'unità di misura del campo elettrico è N/C Newton/CoulombNewton/Coulomb.

Caratteristiche del campo elettrico:

  • Non dipende dalla carica di prova
  • È un campo vettoriale haintensitaˋ,direzioneeversoinognipuntoha intensità, direzione e verso in ogni punto
  • Per una carica puntiforme: E = k|q| / r²

Highlight: In presenza di più cariche, il campo elettrico totale è la somma vettoriale dei campi generati da ogni singola carica.

Le linee di forza del campo elettrico, introdotte da Faraday, forniscono una rappresentazione visiva del campo:

  • Escono dalle cariche positive e entrano in quelle negative
  • La loro densità è proporzionale all'intensità del campo
  • Il vettore campo elettrico è tangente alle linee di forza in ogni punto
  • Due linee di forza non possono mai intersecarsi

Example: In un campo elettrico tridimensionale, il numero di linee di forza che attraversano perpendicolarmente una superficie unitaria è proporzionale all'intensità del campo elettrico in quel punto.

FORZE ELETTRICHE e CAMPI
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Origine dell'elettricità e struttura dell'atomo

L'elettricità ha origine dalla struttura atomica della materia. Il nucleo atomico è composto da:

  • Protoni: particelle con carica positiva e massa di 1,673 × 10^-27 kg
  • Neutroni: particelle elettricamente neutre con massa simile ai protoni
  • Elettroni: particelle con carica negativa e massa di 9,11 × 10^-31 kg

Gli elettroni orbitano attorno al nucleo formando una "nuvola" elettronica.

Highlight: La carica elementare e = 1,602176634 × 10^-19 C è l'unità fondamentale di carica elettrica.

Un oggetto è elettricamente neutro quando la sua carica totale è nulla, cioè quando il numero di protoni ed elettroni è uguale. La carica elettrica q di un corpo è sempre un multiplo intero della carica elementare: q = n · e.

Vocabulary: Elettroni carica positiva o negativa - Gli elettroni hanno sempre carica negativa, mentre i protoni hanno carica positiva.

L'elettricità è utile perché permette di trasferire cariche negative spostando gli elettroni:

  • Cedendo elettroni si ottiene un corpo con eccesso di carica positiva
  • Acquistando elettroni si ottiene un corpo con eccesso di carica negativa

Definition: La carica elettrica totale si conserva all'interno di un sistema isolato, non si possono creare o distruggere cariche elettriche.

Le forze tra cariche elettriche seguono il principio che cariche dello stesso segno si respingono, mentre cariche di segno opposto si attraggono.

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Recensioni dei nostri utenti. Ci adorano - e anche tu, vedrai .

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L'applicazione è molto facile da usare e ben progettata. Finora ho trovato tutto quello che cercavo e ho potuto imparare molto dalle presentazioni! Utilizzerò sicuramente l'app per i compiti in classe! È molto utile anche come fonte di ispirazione.

Stefano S

utente iOS

Questa applicazione è davvero grande! Ci sono tantissimi appunti e aiuti con lo studio [...]. La mia materia problematica, per esempio, è il francese e l'app ha così tante opzioni per aiutarmi. Grazie a questa app ho migliorato il mio francese. La consiglio a tutti.

Samantha Klich

utente Android

Wow, sono davvero stupita. Ho appena provato l'app perché l'ho vista pubblicizzata molte volte e sono rimasta assolutamente sbalordita. Questa app è L'AIUTO che cercate per la scuola e soprattutto offre tantissime cose, come allenamenti e schede, che a me personalmente sono state MOLTO utili.

Anna

utente iOS

È bellissima questa app, la adoro. È utilissima per lo studio e mi aiuta molto, anzi moltissimo, ma soprattutto mi aiutano molto i quiz, per memorizzare anche quello che non sapevo

Anastasia

utente Android

Fantastica per qualsiasi materia avere gli appunti anche di altre persone è molto utile perchè posso confrontarmi e vedere come migliorarmi. con i quiz riesco ad apprendere al meglio.

Francesca

utente Android

moooolto utile,gli appunti sono belli e funzionanti,schoolGPT da dei consigli formidabili!!

Marianna

utente Android

L'applicazione è semplicemente fantastica! Tutto ciò che devo fare è inserire l'argomento nella barra di ricerca e ottengo la risposta molto velocemente. Non devo guardare 10 video di YouTube per capire qualcosa, quindi risparmio tempo. Consigliatissima!

Sudenaz Ocak

utente Android

A scuola andavo malissimo in matematica, ma grazie a questa applicazione ora vado meglio. Vi sono molto grato per aver creato questa app.

Greenlight Bonnie

utente Android

Knowunity è un applicazione fantastica,considerando che ha degli schemi veramente molto carini e sfiziosi e che ci sono dei quiz,oltre al fatto che questa cosa dell intelligenza artificiale "school gpt" è almeno per me molto utile, perché a differenza di Chatgpt ti da le spiegazioni, ti spiega ciò che non è chiaro! Posso studiare più velocemente tramite gli schemi e che posso pubblicare io stessa gli schemi è una funzione utilissima per gli altri studenti. Knowunity è PERFETTA

Aurora

utente Android

L’app funziona benissimo e puoi trovare qualsiasi tipo di informazione. Non ho l’abbonamento ma la parte gratuita è sufficiente per uno studio approfondito.

Martina

utente iOS

in questi ultimi mesi di scuola dove il tempo è ormai poco, mi sta aiutando molto perché piuttosto che farmi io gli schemi su quello che leggo sul libro guardo questi già fatti e li uso come ripasso piuttosto che rileggermi tutto il libro

Chiara

utente IOS

Questa app è una delle migliori, nient’altro da dire.

Andrea

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L'applicazione è molto facile da usare e ben progettata. Finora ho trovato tutto quello che cercavo e ho potuto imparare molto dalle presentazioni! Utilizzerò sicuramente l'app per i compiti in classe! È molto utile anche come fonte di ispirazione.

Stefano S

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Questa applicazione è davvero grande! Ci sono tantissimi appunti e aiuti con lo studio [...]. La mia materia problematica, per esempio, è il francese e l'app ha così tante opzioni per aiutarmi. Grazie a questa app ho migliorato il mio francese. La consiglio a tutti.

Samantha Klich

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Wow, sono davvero stupita. Ho appena provato l'app perché l'ho vista pubblicizzata molte volte e sono rimasta assolutamente sbalordita. Questa app è L'AIUTO che cercate per la scuola e soprattutto offre tantissime cose, come allenamenti e schede, che a me personalmente sono state MOLTO utili.

Anna

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È bellissima questa app, la adoro. È utilissima per lo studio e mi aiuta molto, anzi moltissimo, ma soprattutto mi aiutano molto i quiz, per memorizzare anche quello che non sapevo

Anastasia

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Fantastica per qualsiasi materia avere gli appunti anche di altre persone è molto utile perchè posso confrontarmi e vedere come migliorarmi. con i quiz riesco ad apprendere al meglio.

Francesca

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moooolto utile,gli appunti sono belli e funzionanti,schoolGPT da dei consigli formidabili!!

Marianna

utente Android

L'applicazione è semplicemente fantastica! Tutto ciò che devo fare è inserire l'argomento nella barra di ricerca e ottengo la risposta molto velocemente. Non devo guardare 10 video di YouTube per capire qualcosa, quindi risparmio tempo. Consigliatissima!

Sudenaz Ocak

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A scuola andavo malissimo in matematica, ma grazie a questa applicazione ora vado meglio. Vi sono molto grato per aver creato questa app.

Greenlight Bonnie

utente Android

Knowunity è un applicazione fantastica,considerando che ha degli schemi veramente molto carini e sfiziosi e che ci sono dei quiz,oltre al fatto che questa cosa dell intelligenza artificiale "school gpt" è almeno per me molto utile, perché a differenza di Chatgpt ti da le spiegazioni, ti spiega ciò che non è chiaro! Posso studiare più velocemente tramite gli schemi e che posso pubblicare io stessa gli schemi è una funzione utilissima per gli altri studenti. Knowunity è PERFETTA

Aurora

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L’app funziona benissimo e puoi trovare qualsiasi tipo di informazione. Non ho l’abbonamento ma la parte gratuita è sufficiente per uno studio approfondito.

Martina

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in questi ultimi mesi di scuola dove il tempo è ormai poco, mi sta aiutando molto perché piuttosto che farmi io gli schemi su quello che leggo sul libro guardo questi già fatti e li uso come ripasso piuttosto che rileggermi tutto il libro

Chiara

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Questa app è una delle migliori, nient’altro da dire.

Andrea

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