Campo elettrico - appunti

Materie:	Appunti
Categoria:	Fisica
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Data:	09.04.2000
Numero di pagine:	5
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IL CAMPO ELETTRICO
F1
Q+
q+ (1)
q+ (2)
F2
• Q+ è una carica positiva posta nel vuoto
• q+ è una carica puntiforme(detta carica di prova), molto più piccola di Q+
• q+ subisce una forza repulsiva
• F2 è più piccola di F1 perché q+ (1) è più vicina di q+(2)
Intorno a Q+ c’è qualcosa, perché se metto una carica di prova questa viene respinta. Questo qualcosa è un campo elettrico. Un campo elettrico è una regione dello spazio i cui punti godono di una particolare proprietà. Questa proprietà è legata alla legge di Couloub ed è:
F
E = -------
qprova
Il concetto di campo elettrico è fondamentale, perché:
• se conosco E posso ricavare la forza che agisce sulla carica di prova per effetto di Q+
F = E • qprova
• se conosco la forza che agisce sulla carica di prova per effetto di Q+, posso ricavare il campo elettrico
La qprova:
• è sempre positiva
• ha un valore piccolissimo perché non si disturbi l’ambiente esterno
N
Il campo elettrico si misura in -------
C
OSSERVAZIONI
1) La formula è:
• valida per qualunque campo elettrico
• indipendente dalla distribuzione di cariche che genera il campo (carica puntiforme, sfera carica...)
2) Nel caso della carica puntiforme che genera il campo, questo è dato da:
Q+ • qprova
Ko • ---------------
r2
E = --------------------------
qprova
p
Q
Ko • -----------
r2
Nell’espressione non c’è la qprova perché il E c’è indipendentemente dal fatto che ci sia o no la qprova
IN CONCLUSIONE
F
+ E = --------
+ + qprova
+ + •
+ + q - se conosco E posso ricavare F e prevedere anche cosa
+ + succede
+ + - se non so E metto una carica, la misuro (F) e posso risa-
+ lire a E
LE LINEE DI FORZA
Lo spazio circostante una carica è attraversato da linee infinite chiamate linee di forza del campo elettrico.
una linea tale che in ogni suo punto la retta tangente ad essa rappresenta la direzione del campo elettrico che agisce nel punto dello spazio considerato
OSSERVAZIONI
1)
E
Le linee non possono essere linee di forza perché nel nodo posso segnare due tangenti
2)
è un cerchio ideale.
Nel punto A è attraversato da più tante rette che nel punto B. Ciò sta a significare che nel punto A il campo elettrico è più forte, mentre nel punto B è più debole.
Il numero di linee di forza è direttamente proporzionale all’intensità del campo elettrico
3)
•
Più ci allontaniamo dalla carica e più è minore l’intensità del campo
RAPPRESENTAZIONE DEL CAMPO ELETTRICO
1a) carica puntiforme positiva
qprova
•
qprova
La direzione delle linee di forza è radiale uscente
1b) carica puntiforme negativa
qprova
•
Le linee di forza hanno direzione radiale entrante
2a) Due cariche uguali, ma di segno opposto
•
• •
• Vale il principio di sovrapposizione
• Internamente le linee di forza non sono più rette, ma delle semicurve uscenti da Q+ ed entranti in Q-
2b) Due cariche uguali, dello stesso segno
•
• •
•
3) condensatore piano

Una lastra infinitamente grande (le cariche sono disposte in modo uniforme) è un campo elettrico uniforme perché le linee di forza uscenti si trovano tutte alla stessa distanza le une dalle altre
IL VETTORE CAMPO ELETTRICO
Il concetto di campo elettrico viene precisato quantitativamente definendo un vettore campo elettrico in ogni suo punto dello spazio. Questa nuova grandezza non dipende dal valore della carica di prova.
•
A
E
F
• Il verso del campo elettrico non è sempre uguale al verso della forza.
• La forza e il campo elettrico nello stesso punto hanno lo stesso verso se la carica di prova è positiva
• Se la carica di prova è negativa e se il campo elettrico è negativo, il campo elettrico è entrante, mentre la forza nel punto B è uscente
F
A (q+)
• F
B (q-)
L’ENERGIA POTENZIALE ELETTRICA
ENERGIA POTENZIALE GRAVITAZIONALE
• Si calcola con la formula mgh
• Dipende dalla posizione occupata dal corpo
• Si dice potenziale perché ha la possibilità di compiere lavoro; il corpo ha l’attitudine a compiere lavoro
• Corrisponde al lavoro fatto da un agente esterno per portare il corpo in quel determinato punto
• Non dipende dal tragitto fatto, ma dalla posizione iniziale e da quella finale.
• E’ associata ad un campo conservativo
c
le forze non conservative sono quelle di attrito perché si dissipa energia
• Quando devo sollevare un corpo è l’ambiente esterno che compie lavoro. L’energia è immagazzinata nel corpo e viene restituita all’ambiente esterno, sotto forma di calore, quando questo cade.
• Nel momento in cui il corpo cade è la terra che compie lavoro attirandolo a sé.
• Q- per analogia = terra che genera un campo elettrico
• q+ per analogia = corpo che cade
L’energia potenziale elettrica misura quanto lavoro il sistema è in grado di spendere
Consideriamo una carica negativa Q-
B
A q+
q+
Q-
• Q- attira q+, ma anche q+ attira il corpo Q-, ma ciò non si vede, perché Q- è molto più grande di q+ (terra - pallina che cade)
• L’energia potenziale nei punti A e B è diversa.
• In B c’è più energia potenziale (U) perché ho dovuto mettere più lavoro per spostare la carica positiva q+.
• Nel cammino verso il generatore di campo (Q-), la q+B prima raggiunge le cariche più vicine a Q- e quindi con U minore
+
• SE il generatore di campo è un corpo negativo, più mi allontano e più ho energia potenziale elettrica
UB > UA
Consideriamo una carica positiva Q+
B
A q+
q+
Q+
• Q- respinge q+, ma anche q+ respinge il Q+, ma ciò non si vede, perché Q+ è molto più grande di q+ (terra - pallina che cade)
• L’energia potenziale nei punti A e B è diversa.
• In A q+ viene respinto con più violenza che in B. Ci metto più lavoro per avvicinare la positiva q+ (per capire pensare alla compressione di una molla)
• In A l’U è maggiore che in B, perché Q+ deve compiere un lavoro maggiore per avvicinare la carica rispetto che in B
• Nel suo cammino, la q+A raggiunge le cariche con U minore; perciò le cariche più interne tendono ad andare all’esterno
_
• SE il generatore di campo è un corpo positivo, più sono vicino e più ho energia potenziale elettrica
UB > UA
1 2
- +
- +
- +
- +
- +
- +
L’elettrone va verso la faccia positiva, perché
IL POTENZIALE ELETTRICO
• E’ il rapporto tra energia potenziale in un certo punto e la carica presa in considerazione
U
V = ---------
q
• E’ una grandezza fisica che esprime l’energia potenziale di un punto posto in un campo elettrico indipendentemente dalla carica che metto in quel punto
• Si indica con V
• Si misura in Volt (Joule/Coulomb)
OSSERVAZIONE
+ A +
+ +
+ +
+ +
+ + +
+
+
+ C
+
+
+
+
B + +
+ + + + +
+ +
• Questo è un filo di rame (conduttore) isolato, in equilibrio, cioè le sue cariche sono ferme
• La superficie di un conduttore si chiama superficie equipotenziale, dove si ha lo stesso potenziale
VA = VB = VC
PERCHE’?
Gli elettroni si muoverebbero verso la carica maggiore ed allora non ci sarebbe più equilibrio