Esperimenti Elettrostatici

Materie:	Altro
Categoria:	Fisica
Voto:	1.5 (2)
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Data:	26.07.2005
Numero di pagine:	7
Formato di file:	.doc (Microsoft Word)

Alunno: Iacobacci Andrea
Classe: II
Sezione A.L.
Data di consegna: 14/02/2003
Atomo
L’elettrostatica studia i fenomeni elettrici relativi a cariche ferme, che generano campi statici, ossia indipendenti dal tempo.
Una delle più importanti proprietà della natura è l’elettricità, questa deriva dallo spostamento di elettroni da un corpo a un altro, essendo questi posizionati all’esterno dell’atomo, mentre protoni e neutroni si trovano nella parte centrale dell’atomo, il nucleo. L’atomo è allo stato neutro perché la quantità di elettroni e protoni è la stessa e la carica negativa degli elettroni è uguale e opposta a quella positiva dei protoni.
Il nucleo è caratterizzato da una serie di p:
piccolissimo (perché rispetto alle orbite degli elettroni esso occupa uno spazio estremamente piccolo).
P= pesante ( il nucleo di per sè è leggerissimo diventa però pesante se paragonato all’elettrone).
positivo (perché nel nucleo vi sono neutroni con carica neutra e protoni con carica positiva).

L’elettrone o protone che sia può essere identificato come un quanto di carica cioè l’unità più piccola e indivisibile della carica elettrica.
cqq (quanto)= Coulomb (unità di misura della carica)

+1,6*10-19C (protone)
q+ = q- =
-1,6*10-19C (elettrone)
Elettrolizzazione
L’elettrolizzazione di un materiale si può avere in tre modi:
1. strofinio (isolanti)
2. contatto (conduttori)
3. induzione (conduttori)
➢ L’elettrolizzazione per strofinio e l’elettricità furono scoperti per la prima volta dai greci, questi scoprirono che l'ambra (élektron), se strofinata con un panno di lana, si carica negativamente – ovvero acquista un eccesso di elettroni – e attira piccoli oggetti; analogamente fa una bacchetta di vetro, che si carica positivamente – ovvero perde elettroni – se strofinata con un panno di seta. questo stesso fenomeno può verificarsi anche con la plastica e con un particolare tipo di legno, l’ebanite. L’elettrolizzazione per strofinio avviene solo con gli isolanti. Questo comportamento è causato dai meccanismi microscopici diversi responsabili del moto delle cariche elettriche in materiali di diversa natura.
In base al materiale che elettrolizziamo possiamo avere diversi tipi di carica, ad esempio, se strofiniamo l’ambra con la lana, questa si carica positivamente, stessa cosa avviene per il vetro, invece l’ebanite strofinata si carica negativamente.
Le cariche elettriche con segno opposto si attraggono, mentre quelle dello stesso segno si respingono. Per osservare quest’ ultimo fenomeno è sufficiente caricare due bacchette di vetro (positivamente) strofinandole con un panno di lana. Sospendendo una delle due a un filo e avvicinando l'altra, si assiste alla rotazione della bacchetta sospesa, che tende ad allontanarsi dalla carica dello stesso segno.
Al contrario, se una delle due bacchette fosse stata di Ebanite e si strofinava con un panno di lana (caricata negativamente), le bacchette si avvicinano.
Da questo possiamo dedurre perciò che tutti i corpi respinti dall’ambra caricata sono caricati positivamente, mentre tutti i corpi attratti dall’Ambra sono carichi negativamente.
q+( carica dell’Ambra) è uguale sperimentalmente q-(carica della lana).
La carica elettrica acquistata da un corpo risponde a un principio chiamato Principio di conservazione della carica elettrica: questo dice che in qualunque fenomeno elettrico, la carica elettrica rimane sempre costante e si può distribuire tra corpi diversi, ma nella sua totalità è sempre costante.
➢ Elettrizzazione per contatto.
Nei conduttori alcuni elettroni (detti elettroni di conduzione) hanno una certa libertà di movimento, cioè se soggetti a una forza elettrica, si spostano da un atomo a un'altro. Se facciamo toccare una barretta di metallo con un corpo carico positivamente, gli elettroni di conduzione della barretta sono attratti dal corpo carico, il metallo perde, così, alcune cariche negative e risulta carico positivamente.
Un altro esempio avviene quando mettiamo a contatto due corpi conduttori solidi, come per esempio due cubi, uno è positivo l’altro è neutro. Gli elettroni del corpo neutro sono attirati da quello positivo e così avviene uno spostamento di elettroni fino a quando non si crea un equilibrio, entrambi si saranno elettrizzati positivamente. Se i corpi sono perfettamente uguali la carica fra i due si distribuisce in modo uniforme.
1. (corpo)A (corpo)B
qA=10C qB=0C
2.

e-
3.
qA=7C qB=3C

➢ Per concludere un conduttore neutro (indotto) si elettrolizza per induzione quando a esso viene avvicinato un corpo conduttore (inducente) caricato positivamente o negativamente, al contrario dell’elettrolizzazione esaminata precedentemente, qui non c’è contatto, di conseguenza non vi è nessun scambio di elettroni. Appena accade questo processo il corpo si carica nella zona vicina all’inducente di segno opposto, mentre nella zona lontana dello stesso segno del corpo inducente.
A B
corpo neutro
(Corpo inducente) (corpo indotto)
Un corpo con carica negativa A (una bacchetta di plastica) è posto tra un conduttore neutro B (una sfera metallica) e un corpo neutro di materiale isolante C (carta). Nel conduttore gli elettroni liberi sono respinti verso la regione più lontana da A, mentre le cariche positive sono attratte verso l'estremità vicina. L'intero corpo B è attirato verso A, perché l'attrazione delle cariche opposte prevale rispetto alla repulsione delle cariche di segno uguale, che sono più lontane. Nel corpo isolante (C) gli elettroni non sono liberi di muoversi, ma gli atomi o le molecole sentono una forza che li spinge a sistemarsi in modo che i loro elettroni vengano a trovarsi il più possibile lontano da A: pertanto anche C è attirato da A, anche se in misura minore del conduttore.
➢ Lo strumento utilizzato per misurare la quantità di carica elettrica di un corpo è l'elettroscopio. Nella sua forma più semplice è costituito da due sottilissime foglie d'oro (a,a), sospese a un supporto metallico (b) posto all'interno di un recipiente di vetro o di altro materiale non conduttore (c), e da un pomello metallico (d), collegato al supporto, che raccoglie le cariche elettriche. Avvicinando un corpo elettrizzato al pomello si induce una distribuzione di cariche: il pomello metallico acquista una carica opposta a quella del corpo mentre le cariche dello stesso segno di quest'ultimo raggiungono, attraverso il supporto, entrambe le foglie; per effetto delle forze elettrostatiche esse si respingono e dalla loro divergenza angolare è possibile risalire approssimativamente alla quantità di carica elettrica appartenente al corpo elettrizzato.
Con l’elettroscopio si può anche determinare il segno della carica di un corpo, se si prende una bacchetta di cui se ne conosce già la carica e si mette a contatto con il pomello d’elelettroscopio, questo si caricherà positivamente o negativamente in base alla carica della bacchetta, dopodiché si prende il conduttore di cui dobbiamo conoscere la carica e si avvicina al pomello se questo sarà della stessa carica del primo le foglioline si respingeranno, al contrario se era di carica opposta le foglioline prima si avvicineranno e dopo si allontaneranno.
➢ Generatore di Van de Graaff
macchina elettrostatica utilizzata in fisica nucleare per la generazione di tensioni molto elevate.
Il generatore di Van Der Graaf è costituito da una base in alluminio, sulla quale sono ancorati due cilindri di perspex. Tra i due cilindri è posto un nastro di gomma morbida che scorre verso l'interno di una sfera conduttrice posta nella parte superiore.
Tutto parte dalla corrente alternata, che alimenta un motorino, a questo è dovuto il movimento della cinghia nel tubo, questo inoltre è collegato a un circuito raddrizzatore trasformatore che porta la carica positiva a un pettine (P) situato alla base della colonna, il pettine non tiene la carica accumulata cedendola alla cinghia (isolante), questa mentre sale porta con se le cariche accumulate, in cima alla colonna c’è un altro pettine che viene elettrolizzato per induzione negativamente dalle cariche positive della cinghia, giunta qua la carica del pettine passa al pallone con cui è a contatto che si carica positivamente ad ogni passaggio del nastro, la carica negativa rimasta al pettine che non la trattiene passa alla cinghia neutralizzando le cariche positive.
Nella base del generatore c’è anche un’altra asta, con un’altra sfera che funge da massa.
➢ Potere dispersivo di una punta
Tutto ha inizio dalla batteria, da là le cariche positive arrivano alla freccia, nella freccia, queste non si distribuiscono in modo omogeneo, ma si addensano nella punta, adesso le molecole d’aria si polarizzano cambiando forma e vengono attirate dalla carica positiva della punta, gli elettroni della molecola d’aria passano alla punta neutralizzando la sua carica positiva, però così facendo le molecole perdono elettroni, perciò si caricano positivamente. Così tutta la carica della punta si trasferisce alle molecole d’aria che vengono respinte e toccano il corpo neutro posto dall’altra parte, il corpo che all’inizio era neutro cede elettroni alle molecole d’aria caricandosi positivamente e neutralizzando la carica positiva delle molecole, queste a loro volta vengono respinte e il giro ricomincia.

molecole
d’aria
batteria

Distribuzione delle cariche elettriche nei metalli
➢ Isolanti: Nei corpi isolanti la carica rimane lì dove viene prodotta e non si distribuisce su tutto il corpo. Un isolante può essere caricato sia all’interno che all’esterno.
➢ Conduttori: Quando si carica un conduttore la carica elettrica si distribuisce su tutta la sua superficie. L’interno di un conduttore e sempre neutro sia esso pieno o vuoto, la carica si distribuisce su tutta la superficie esterna. La distribuzione non è sempre omogenea, può esserlo solo in presenza di una sfera, essa dipende dalla presenza di spigoli o punte, in particolare la carica si accumula dove la curvatura è maggiore.
Gabbia di Faraday
Grazie al lavoro di Faraday in ambito elettrostatico che furono messe in luce le proprietà schermanti dal punto di vista elettrico dei conduttori a superficie chiusa e poi delle gabbie metalliche da cui trae origine il nome dell'apparecchio.
Lo strumento è formato da due componenti. Il primo è una gabbia metallica con delle striscioline di carta appaiate (di colore bianco sulla superficie interna, rosso chiaro sulla quella esterna). Il secondo componente è un elettroscopio il quale si trova in comunicazione con la superficie interna della gabbia metallica. La funzione di questo semplicissimo oggetto elettrostatico è quella di rilevare la presenza di carica elettrica attraverso il movimento di due foglioline d'oro presenti nel suo interno.
Per verificare il particolare comportamento della carica elettrica sui corpi conduttori, lo strumento veniva utilizzato nel modo seguente. Chiuso l'elettroscopio all'interno della gabbia e assicurato il suo collegamento con la superficie interna della gabbia, si provvedeva a collegare la gabbia per mezzo di un filo conduttore ad uno dei due elettrodi attivi di una qualsiasi macchina elettrostatica. Mettendo quindi in moto la macchina, la gabbia si elettrizzava immediatamente e si poteva osservare una notevole divergenza delle striscioline di carta presenti sulla superficie esterna della gabbia dovuta al fatto che entrambi i corpi si trovavano caricati con cariche dello stesso segno che ovviamente si respingono. Anche con la più semplice macchina elettrostatica la repulsione tra la gabbia e le striscioline di carta di color rosso era così forte che esse si dispongono quasi perpendicolarmente al suolo. Le striscioline bianche fissate all'interno della gabbia non subivano invece alcuno spostamento dalla posizione di quiete che avevano prima che si mettesse in funzione la macchina elettrostatica a riprova del fatto che non c'è carica elettrica all'interno della gabbia.
Iacobacci Andrea
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