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Le cariche elettriche

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ELETTRIZZAZIONE PER STROFINIO
Una penna di plastica sfregata contro un golf di lana acquista una proprietà che prima

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Appunto

La misurazione delle cariche elettriche, l’elettrizazzione per induzione, strofinio e contatto, l’ipotesi di Franklin, i Conduttori e gli isolanti, l’elettroscopio, Il coulomb , l’energia elettrica e gravitazionale a confronto, la polarizazzione

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le cariche elettriche ELETTRIZZAZIONE PER STROFINIO Una penna di plastica sfregata contro un golf di lana acquista una proprietà che prima › quella di attirare a sé oggetti molto leggeri (es. palline di polistirolo/pezzetti di carta.) non aveva: -> Un corpo che ha acquisito la capacità di attirare oggetti leggeri è detto elettrizzato. L'elettrizzazione per strofinio avviene in diversi tipi di oggetti Ces. di gomma, di vetro, di ceramica) Un corpo elettrizzato attira un altro oggetto non elettrizzato. Che cosa succede se avviciniamo due oggetti che sono stati strofinati? Due bacchette di plastica elettrizzate si respingono reciprocamente plastica plastica anche due bacchette di vetro una bacchetta di vetro ed una penna di elettrizzate si respingono l'un l'altra plastica, entrambe elettrizzate, si attirano vetro vetro plastica vetro Quindi, due oggetti elettrizzati possono attrarsi o respingersi. Strofinando altri materiali, scopriamo che alcuni si comportano come la plastica, altri come il vetro. I ipotesi di franklin Possiamo spiegare questo fenomeno facendo l'ipotesi che esistano due tipi di elettricità. Seguendo una convinzione che risale a Benjamin Franklin, chiamiamo carica elettrica positiva quella dei corpi che si comportano come il vetro. • carica elettrica negativa quella dei corpi che si comportano come la plastica. Pertanto possiamo affermare che: -> se due corpi hanno cariche elettriche dello stesso segno si respingono -> se hanno cariche di segni opposti, si attraggono. il modello microscopico Nel 1897, il fisico...

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inglese Joseph John Thomson scopri l'elettrone, una particella di massa molto piccola (= 10 kg) che ha carica negativa. -30 In seguito si comprese che tutti gli atomi contengono 2. tipi di particelle cariche gli elettroni, con carica negativa, (-) i protoni, con carica positiva. (+). -> Poiché la carica di un protone controbilancia esattamente la carica di un elettrone, ogni atomo, avendo lo stesso numero di protoni e di elettroni, è neutro, cioè ha carica elettrica uguale a zero. →> solitamente i corpi sono neutri, perché sono costituiti da tanti “grani" (gli atomi) neutri. Quando un corpo è carico, significa che c'è uno squilibrio tra il numero di protoni e di elettroni un corpo è negativo quando ha più elettroniche protoni un corpo (-) ha un eccesso di elettroni un corpo e' positivo quando ha meno elettroni che protoni un corpo (+) ha una mancanza di elettroni Quindi un corpo carico contiene sia cariche positive sia negative: però soltanto gli elettroni, essendo 2mila volte più leggeri dei protoni, sono mobilie possono trasferirsi da un corpo all'altro. Che cosa succede, a livello microscopico, durante lo strofinio? Strofinando il vetro con la lana degli elettroni passano dal vetro alla lana. panno di lana vetro Il panno, che ora ha più elettroni di Il vetro, che invece ha perso degli prima è carico negativamente elettroni, è carico positivamente. B negativo La carica totale è rimasta sempre la stessa: prima dello strofinio c'era equilibrio, ed entrambi (sia il vetro che la lana) erano neutri, dopo, c'è un eccesso di elettroni nel panno e una loro carenza nel vetro, per cui i due corpi sono elettrizzati. Quindi -> in un sistema che non scambia materia con l'esterno, la carica elettrica complessivamente si conserva. i conduttori e gli isolanti Prendiamo in mano un cucchiaio di Poi impugniamo il cucchiaio con metallo e lo strofiniamo con un panno di lana un guanto di plastica e ripetiamo il processo di strofinio. Osserviamo che il cucchiaio non attrae Osserviamo che il cucchiaio si i pezzettini. elettrizza e attrae i pezzi di carta: positivo ATTENZIONE: Un oggetto di plastica, gomma o vetro si carica per strofinio. Invece, se strofiniamo con un panno un oggetto di metallo, non sempre riusciamo a elettrizzarlo. Questo esperimento ci dice che tutti gli oggetti si possono caricare per strofinio, ma alcuni, in particolare circostanze, non sono in grado di trattenere la carica elettrica per esempio, gli oggetti di metallo perdono quest'ultima quando sono a contatto con le mani nude. Le sostanze che si caricano sempre quando sono strofinate, si chiamano isolanti elettrici. Le sostanze che si comportano in modo diverso, si dicono conduttori elettrici. ATTENZIONE! Questa distinzione NON è assoluta: tutte le sostanze possono essere ordinate secondo la capacità di trattenere, o di lasciare fluire, le cariche elettriche Esistono quindi sostanze più o meno conduttrici oppure più o meno isolanti. es →→la PLASTICA e il VETRO sono ottimi isolanti, mentre, i METALLI, in particolare il rame e l'argento, sono ottimi conduttori. -> il modello microscopico Gli esperimenti di strofinio possono essere spiegati facendo queste ipotesi Negli isolanti tutte le cariche occupano delle posizioni fisse e non possono spostarsi: nei conduttori invece, vi sono cariche elettriche che si muovono liberamente. Per esempio, nei conduttori metallici si trovano degli elettroni liberi, che si spostano con facilità da un atomo all'altro. In un isolante, invece, gli elettroni sono molto legati ai protoni dell'atomo e difficilmente se ne allontanano. Perché durante lo strofinio gli elettroni passano dal panno al cucchiaio, poi arrivano a terra attraverso il nostro corpo, che è un conduttore. Usando i guanti di plastica invece, gli elettroni si fermano nel cucchiaio, perché sono bloccati dalla plastica, che è un materiale isolante. Quindi, quando teniamo in mano il cucchiaio senza guanti, gli elettroni transitano nel cucchiaio e non si accumulano elettrinzandolo. Perché, secondo questo modello microscopico, il cucchiaio di metallo non si elettrizza quando lo impugniamo con le mani nude? ELETTRIZZAZIONE PER CONTATTO abbiamo un primo conduttore carico, che impugniamo con un manico isolante ed un secondo conduttore neutro isolante- manico isolante conduttore mettendoli a contatto, parte della carica del primo passa sul secondo. Ora anch'esso è carico. Pertanto questo esperimento mette in luce che i conduttori possono essere elettrizzati per contatto. asta conduttrice All'inizio il primo conduttore era negativo.. perché aveva un eccesso di elettroni. Una parte di questi elettroni sono fluiti nel secondo conduttore, che a sua volta è diventato negativo. L'elettroscopio è uno strumento che serve per sapere se un oggetto è carico. È formato da un'asta metallica verticale, con in alto una sferetta conduttrice e in basso due foglie conduttori molto sottili. Il tutto è contenuto in un recipiente di vetro che serve da protezione e da sostegno. ( se si tocca la sferetta con un oggetto neutro, non succede nulla) sfera conduttrice foglie conduttrici invece se si tocca la sferetta con un oggetto elettrizzato, parte della carica passa all' asta e così sì distribuisce in tutto il dispositivo fino alle foglioline. Le foglioline risultano cariche dello stesso segno e si respingono. Così la loro divaricazione attesta che ·l'oggetto in esame è elettricamente carico. Un oggetto è carico se, messo a contatto con l'elet troscopio, fa divaricare le sue foglie. La misurazione della carica elettrica Per misurare la carica elettrica: ·1) si sceglie una carica come unità di misura 2) poi si tara l'elettroscopio con una scala che misuri le divaricazioni delle foglioline. L'elettroscopio permette di confrontare due cariche elettriche, per sapere quale delle due è più grande prendiamo due sferette conduttrici uguali, che abbiamo caricato per contatto prima: Tocchiamo l'asta dell'elettroscopio con la sferetta A e osserviamo la divaricazione delle foglioline. Scarichiamo l'elettroscopio (es. toccando la sfera con la mano) in modo da riportarlo nella sua condizione iniziale. Ora poniamo l'elettroscopio a contatto con la sferetta Be osserviamo di nuovo l'angolo formato dalle due foglioline. Poiché nel secondo caso le foglie sono più divaricate, diciamo che la sfera B ha più carica della sfera A. -> Se gli angoli formati delle foglioline sono uguali, anche le cariche se le due sterette sono uguali. Altrimenti i le cariche sono diverse ed e maggiore la carica che fa divaricare di più le foglie il coulomb Definiamo il coulomb a partire dalla carica dell'elettrone. - Tutti gli elettroni dell'Universo hanno la stessa carica (negativa) - il cui valore numerico è -e-1.6021 x 10°C. -19 1 per ottenere una carica negativa - 1 C occorrono quindi 1,6021 × 10-¹9 Nel Sistema Internazionale l'unità di misura della carica elettrica è il coulomb (C), dal nome dello scienziato francese charles Augustin coulomb : = 6,2418 × 10¹8 elettroni -19 Finora non è mai stata osservata nessuna carica più piccola di quella dell'elettrone per tanto tutte le particelle elementari conosciute hanno una carica che è un multiplo della carica elettrica elementare e = 1,6021 x 10 C

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Quando un corpo è carico, significa che c'è uno squilibrio tra il numero di protoni e di elettroni un corpo è negativo quando ha più elettroniche protoni un corpo (-) ha un eccesso di elettroni un corpo e' positivo quando ha meno elettroni che protoni un corpo (+) ha una mancanza di elettroni Quindi un corpo carico contiene sia cariche positive sia negative: però soltanto gli elettroni, essendo 2mila volte più leggeri dei protoni, sono mobilie possono trasferirsi da un corpo all'altro. Che cosa succede, a livello microscopico, durante lo strofinio? Strofinando il vetro con la lana degli elettroni passano dal vetro alla lana. panno di lana vetro Il panno, che ora ha più elettroni di Il vetro, che invece ha perso degli prima è carico negativamente elettroni, è carico positivamente. B negativo La carica totale è rimasta sempre la stessa: prima dello strofinio c'era equilibrio, ed entrambi (sia il vetro che la lana) erano neutri, dopo, c'è un eccesso di elettroni nel panno e una loro carenza nel vetro, per cui i due corpi sono elettrizzati. Quindi -> in un sistema che non scambia materia con l'esterno, la carica elettrica complessivamente si conserva. i conduttori e gli isolanti Prendiamo in mano un cucchiaio di Poi impugniamo il cucchiaio con metallo e lo strofiniamo con un panno di lana un guanto di plastica e ripetiamo il processo di strofinio. Osserviamo che il cucchiaio non attrae Osserviamo che il cucchiaio si i pezzettini. elettrizza e attrae i pezzi di carta: positivo ATTENZIONE: Un oggetto di plastica, gomma o vetro si carica per strofinio. Invece, se strofiniamo con un panno un oggetto di metallo, non sempre riusciamo a elettrizzarlo. Questo esperimento ci dice che tutti gli oggetti si possono caricare per strofinio, ma alcuni, in particolare circostanze, non sono in grado di trattenere la carica elettrica per esempio, gli oggetti di metallo perdono quest'ultima quando sono a contatto con le mani nude. Le sostanze che si caricano sempre quando sono strofinate, si chiamano isolanti elettrici. Le sostanze che si comportano in modo diverso, si dicono conduttori elettrici. ATTENZIONE! Questa distinzione NON è assoluta: tutte le sostanze possono essere ordinate secondo la capacità di trattenere, o di lasciare fluire, le cariche elettriche Esistono quindi sostanze più o meno conduttrici oppure più o meno isolanti. es →→la PLASTICA e il VETRO sono ottimi isolanti, mentre, i METALLI, in particolare il rame e l'argento, sono ottimi conduttori. -> il modello microscopico Gli esperimenti di strofinio possono essere spiegati facendo queste ipotesi Negli isolanti tutte le cariche occupano delle posizioni fisse e non possono spostarsi: nei conduttori invece, vi sono cariche elettriche che si muovono liberamente. Per esempio, nei conduttori metallici si trovano degli elettroni liberi, che si spostano con facilità da un atomo all'altro. In un isolante, invece, gli elettroni sono molto legati ai protoni dell'atomo e difficilmente se ne allontanano. Perché durante lo strofinio gli elettroni passano dal panno al cucchiaio, poi arrivano a terra attraverso il nostro corpo, che è un conduttore. Usando i guanti di plastica invece, gli elettroni si fermano nel cucchiaio, perché sono bloccati dalla plastica, che è un materiale isolante. Quindi, quando teniamo in mano il cucchiaio senza guanti, gli elettroni transitano nel cucchiaio e non si accumulano elettrinzandolo. Perché, secondo questo modello microscopico, il cucchiaio di metallo non si elettrizza quando lo impugniamo con le mani nude? ELETTRIZZAZIONE PER CONTATTO abbiamo un primo conduttore carico, che impugniamo con un manico isolante ed un secondo conduttore neutro isolante- manico isolante conduttore mettendoli a contatto, parte della carica del primo passa sul secondo. Ora anch'esso è carico. Pertanto questo esperimento mette in luce che i conduttori possono essere elettrizzati per contatto. asta conduttrice All'inizio il primo conduttore era negativo.. perché aveva un eccesso di elettroni. Una parte di questi elettroni sono fluiti nel secondo conduttore, che a sua volta è diventato negativo. L'elettroscopio è uno strumento che serve per sapere se un oggetto è carico. È formato da un'asta metallica verticale, con in alto una sferetta conduttrice e in basso due foglie conduttori molto sottili. Il tutto è contenuto in un recipiente di vetro che serve da protezione e da sostegno. ( se si tocca la sferetta con un oggetto neutro, non succede nulla) sfera conduttrice foglie conduttrici invece se si tocca la sferetta con un oggetto elettrizzato, parte della carica passa all' asta e così sì distribuisce in tutto il dispositivo fino alle foglioline. Le foglioline risultano cariche dello stesso segno e si respingono. Così la loro divaricazione attesta che ·l'oggetto in esame è elettricamente carico. Un oggetto è carico se, messo a contatto con l'elet troscopio, fa divaricare le sue foglie. La misurazione della carica elettrica Per misurare la carica elettrica: ·1) si sceglie una carica come unità di misura 2) poi si tara l'elettroscopio con una scala che misuri le divaricazioni delle foglioline. L'elettroscopio permette di confrontare due cariche elettriche, per sapere quale delle due è più grande prendiamo due sferette conduttrici uguali, che abbiamo caricato per contatto prima: Tocchiamo l'asta dell'elettroscopio con la sferetta A e osserviamo la divaricazione delle foglioline. Scarichiamo l'elettroscopio (es. toccando la sfera con la mano) in modo da riportarlo nella sua condizione iniziale. Ora poniamo l'elettroscopio a contatto con la sferetta Be osserviamo di nuovo l'angolo formato dalle due foglioline. Poiché nel secondo caso le foglie sono più divaricate, diciamo che la sfera B ha più carica della sfera A. -> Se gli angoli formati delle foglioline sono uguali, anche le cariche se le due sterette sono uguali. Altrimenti i le cariche sono diverse ed e maggiore la carica che fa divaricare di più le foglie il coulomb Definiamo il coulomb a partire dalla carica dell'elettrone. - Tutti gli elettroni dell'Universo hanno la stessa carica (negativa) - il cui valore numerico è -e-1.6021 x 10°C. -19 1 per ottenere una carica negativa - 1 C occorrono quindi 1,6021 × 10-¹9 Nel Sistema Internazionale l'unità di misura della carica elettrica è il coulomb (C), dal nome dello scienziato francese charles Augustin coulomb : = 6,2418 × 10¹8 elettroni -19 Finora non è mai stata osservata nessuna carica più piccola di quella dell'elettrone per tanto tutte le particelle elementari conosciute hanno una carica che è un multiplo della carica elettrica elementare e = 1,6021 x 10 C