Le cariche elettriche: proprietà, unità di misura e legge di Coulomb

Le cariche elettriche in fisica, l'unità di misura e le loro proprietà, cosa sono e a cosa servono i conduttori e gli isolanti. La legge di Coulomb

Le cariche elettriche: proprietà, unità di misura e legge di Coulomb
istock

CARICHE ELETTRICHE

Cariche elettriche: proprietà e unità di misura
Fonte: istock

Risale al V secolo la scoperta per cui se si strofina l’ambra con un panno di lana, l’ambra attrae trucioli di sambuco. Quando un corpo acquista questa proprietà si dice che si elettrizza e alla grandezza fisica che interviene si dà il nome di carica elettrica.

Strofinando con panni di lana bacchette di ebanite e bacchette di vetro si nota che bacchette dello stesso materiale si respingono mentre bacchette di materiali diversi si attraggono: questa osservazione comporta che esistono due diversi stati elettrici: quello dell’ebanite, detto negativo, e quello del vetro, detto positivo.

Ne possiamo dedurre che cariche elettriche di segno diverso si attraggono, mentre cariche elettriche dello stesso segno si respingono.

-67% Tutto fisica
€ 15,86
€ 15,86 da  Amazon
Fonte: redazione

CARICA ELETTRICA: UNITÀ DI MISURA

L’unità di misura della carica elettrica è il Coulomb (C). Un Coulomb è la carica elettrica che posta nel vuoto alla distanza di un metro da una carica identica, la respinge con una forza di:

LEGGE DI COULOMB

Vi sono altri fattori, oltre la carica elettrica, che influenzano l’attrazione o repulsione tra coppie di oggetti elettrizzati: la mutua distanza (quanto più due oggetti sono lontani tanto meno sarà la forza che si esercita tra di loro), il mezzo interposto tra di essi (vi sono mezzi, detti isolanti che attenuano le interazioni). Verso la fine dell’800, il fisico francese Coulomb, servendosi di uno strumento detto bilancia di torsione, eseguì misure sulla forza agente tra cariche elettriche. Tale strumento è costituito da un filo f dotato di una certa elasticità di torsione (cioè se torto manifesta una forza di richiamo verso la configurazione a riposo) cui è attaccata una sferetta metallica carica S: avvicinando a questa una sferetta R carica nello stesso modo, le due si respingono e in seguito a questa repulsione la sferetta S torce il filo finché la reazione elastica di torsione non fa equilibrio alla forza con cui le due cariche si respingono.

Tarando opportunamente lo strumento, si riesce a stabilire la legge di Coulomb: due cariche elettriche puntiformi (cioè di dimensioni trascurabili rispetto alla loro distanza) si attraggono o si respingono con una forza diretta secondo la loro congiungente; il modulo di tale forza è direttamente proporzionale al prodotto delle cariche e inversamente proporzionale al quadrato della loro distanza, essendo la costante di proporzionalità dipendente dal mezzo tra esse interposto.

PROPRIETÀ DELLE CARICHE ELETTRICHE

Conduttori e isolanti. Perché un corpo strofinato è in grado di esercitare azioni repulsive o attrattive? Cosa avviene a livello microscopico? Nella materia, a livello subatomico, esistono particelle dotate di carica elettrica (protoni e elettroni): il modello più semplice di atomo, quello cosiddetto planetario, prevede che al centro dell’atomo vi sia un nucleo formato da protoni, aventi carica positiva, e neutroni, cioè particelle elettricamente neutre.

Atomo

Questi “nucleoni” sono tenuti insieme da forze attrattive nucleari molto più intense delle forze elettriche, che impediscono ai protoni di separarsi. Attorno al nucleo “ruotano”, come i pianeti attorno al sole, gli elettroni, particelle elettriche che si dispongono su diversi strati.

Ogni elemento chimico è elettricamente neutro e ha un diverso numero atomico, cioè un diverso numero di elettroni (pari al numero di protoni).

Questo fa sì che diversi elementi si leghino ad altri in modo diverso secondo le loro proprietà chimiche. I materiali si distinguono in conduttori, sostanze nelle quali vi sono elettroni liberi, cioè elettroni dotati di una notevole mobilità, e isolanti elettrici (o dielettrici), sostanze nelle quali non vi sono elettroni liberi.

COME RIVELARE LA CARICA

Due semplici dispositivi per rivelare la carica sono il pendolino elettrico e l’elettroscopio.

  • Il pendolino elettrico è costituito da una pallina di materiale legger, rivestita di carta stagnola e sospesa ad un filo di seta o di cotone. Se avviciniamo alla pallina un corpo carico, osserviamo dapprima un’attrazione e successivamente, dopo che la pallina è venuta a contatto con il corpo, una repulsione. Nell’esperimento una parte della carica del corpo è passata alla pallina. Per conoscere il segno della carica di un determinato corpo bisogna conoscere la carica della pallina, poi avvicinarvi il corpo e vedere se la forza che si esercita è repulsiva o attrattiva. In questo modo si conosce il segno della forza incognita.
  • L’elettroscopio è costituito da una bacchetta metallica terminante ad una estremità con una sferetta e all’altra con due foglioline metalliche molto leggere; il tutto è disposto in una custodia di vetro.
    Portando a contatto della sferetta un corpo elettrizzato, la carica elettrica, tramite la bacchetta conduttrice si trasmette alle foglioline che a causa della forza repulsiva tra le loro cariche, divergono. Anche quando il corpo elettrizzato è allontanato dall’estremità dell’elettroscopio: le foglioline rimangono aperte, il che dimostra che su di esse è rimasta una parte della carica del corpo elettrizzato. Se avviciniamo un elettroscopio carico positivamente ad un corpo carico negativamente noteremo una diminuzione della divergenza delle foglioline.

Leggi anche:

Contenuto sponsorizzato: Studenti.it presenta prodotti e servizi che si possono acquistare online su Amazon e/o su altri e-commerce. Ogni volta che viene fatto un acquisto attraverso uno dei link presenti in pagina, Studenti.it potrebbe ricevere una commissione da Amazon o dagli altri e-commerce citati. Vi informiamo che i prezzi e la disponibilità dei prodotti non sono aggiornati in tempo reale e potrebbero subire variazioni nel tempo, vi invitiamo quindi a verificare disponibilità e prezzo su Amazon e/o su altri e-commerce citati

Un consiglio in più