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Lezione 1 : Elettricita` e legge di Coulomb. Cenni Storici. La maggior parte dei fenomeni fisici che si verificano attorno a noi sono dovuti a forze elettromagnetiche : forze tra atomi e molecole forze chimiche  vita ! forze d’attrito forze di resistenza viscosa

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Presentation Transcript
cenni storici

Lezione 1: Elettricita` e legge di Coulomb

Cenni Storici
  • La maggior parte dei fenomeni fisici che si verificano attorno a noi sono dovuti a forze elettromagnetiche:
        • forze tra atomi e molecole
        • forze chimiche  vita !
        • forze d’attrito
        • forze di resistenza viscosa
        • forze elastiche e di coesione
        • forze legate al magnetismo terrestre
        • luce è onda elettromagnetica

La tecnologia moderna è basata più del 99%

  • sull’ elettromagnetismo !!

Tutti i fenomeni che avvengono su scale superiori

alle dimensioni del nucleo atomico sono

alcuni natura gravitazionale

grandissima parte natura elettromagnetica

slide2

La natura elettromagnetica dei fenomeni non appare a prima vista ed è rimasta ignota fino a 2 secoli fa:

  • forza elettrica: attrattiva e repulsiva
  • materia: cariche negative e positive esattamenteuguali

il mondo dell’elettromagnetismo è stato

completamente scoperto dall’indagine scientifica

XVI secolo: prime osservazioni sistematiche di fenomeni

elettrici e magnetici;

…. : Coulomb,Galvani, Volta, Oersted, Ampère, Faraday

1865: equazioni di J.K. Maxwell

teoria completa dell’elettromagnetismo classico

relativisticamente corretto

descrizione del mondo macroscopico

XX secolo: R.P. Feyman, J. Shwinger e Tamanagaelettromagnetismo quantistico:

spiega i fenomeni su scala atomica e inferiore,

interazione tra particelle cariche e campo em.

la carica elettrica
La carica elettrica

Fatti sperimentali:

  • esiste carica positiva e negativa
  • cariche dello stesso tipo si respingono, di tipo diverso si attraggono

attrazione

repulsione

elettroscopio

a foglie:

misura relativa

della carica elettrica

struttura elettrica della materia
Struttura elettrica della materia
  • 3 costituenti elementari:
          • protone
          • neutrone
          • elettrone
  • massa:
  • mp mn  1.67 10-27 kg
  • me  9.11 10-31 kg  1/1836 mp
  • dimensioni:
  • de 4 10-18 m = 4 am (puntiformi)
  • dp  dn  10-15 m = fermi (formati da quark)
  • dq  0.2 10-18 m
  • caricaelementare (più piccola carica libera):
  • qe qp =1.60210-19 C
  • qn 0
  • materia: numero enorme di costituenti elementari carichi
  • globalmente neutra
misura della carica elementare r millikan 1910
Misura della Carica Elementare(R. Millikan 1910)

goccioline d’olio

cariche per sfregamento

con il nebulizzatore

+

E

-

E = 0

E  0

q = nqen = 0,1, 2, 3,…

qe= 1.602 10-19 C

conservazione della carica
Conservazione della carica
  • non è possibile creare o distruggere carica elettrica ( il valore totaledeve rimanere invariante)
  • posso solo fare trasferimenti di cariche tra corpi

annichilazione

e- + e+  2 g

massa  energia (E=mc2)

carica conservata

decadimenti radioattivi

23892U  23490Th + 42He

reazioni nucleari

4420Ca + p 4421Sc + n

la legge di coulomb 1785
La legge di Coulomb(1785)

Bilancia a torsione

equilibrio dei

momenti delle forze

Validita`:

  • cariche puntiformi
  • ferme
  • nel vuoto

esperimento delicato e difficile:

 poca precisione ( qualche %);

 non convince che esponente sia 2 e non 2.01

validità della legge è stabilita con precisione

indirettamente, per le sue conseguenze.

slide8

Bilancia di torsione di Coulomb

(Accademia delle Scienze francesi, 1785)

slide9

Costante di proporzionalità

  • non può essere direttamente determinata dall’esperimento di Coulomb
  • dipende da :
    • mezzoin cui sono immerse le cariche
    • unità di misura della carica elettrica

Esempio:

vuoto k  1

carica unitaria carica che posta a distanza unitaria da carica uguale la respinge con forza unitaria

carica unitaria dipende da unità meccaniche

1 Coulomb = 1 Ampere  1 sec.

grandezza elettrica indipendente

slide10

Forza che q1 esercita su q2

F12

q2

q1

F21

q2

F12

F21

q1

Sperimentalmente:

principio di

azione e reazione

non è soddisfatto da tutte le forze

(è violato da cariche in movimento)

slide11

Principio di sovrapposizione

(principio di indipendenza delle forze simultanee)

  • risultato sperimentale
  • conferma carattere vettoriale legge di Coulomb
slide12

Forza di Coulomb è conservativa

il lavoro fatto per spostare una carica q

in presenza di una carica q0

non dipende dal percorso ma solo dal punto iniziale e finale.

 tutte le forze centrali sono conservative

confronto coulomb newton
Confronto Coulomb-Newton

attrattiva o repulsiva

solo attrattiva

esempio:forze elettrone-protone

  • Possibilità di osservare forze gravitazionali:
  • mescolamento cariche positive e negative
  • esatta equaglianza fra esse
per assurdo q p 1 000000001 q e q e 10 9 q e
per assurdo:qp= 1.000000001 qe=qe + 10-9qe

Calcolare FEcon cui si respingono due sfere di ferro di 1 kg alla distanza di 1 m.

Fe : 26 elettroni

26 protoni  A= 55

29 neutroni

1 mole = 55 gr

NA =6.02  1023 atomi

in ciascuna sfera:

# atomi = (1000/55)  NA =1.1  1025

# elettroni = 2.8  1026

carica sfera:

q = 2.8  1026  qe  10-9 =4.6  10-2 C

tonnellate !!

carica necessaria per sollevare una piramide
Carica necessaria per sollevare una piramide

1 m

100 m

100 m

(in una lampadina: 100Watt  0.5A, 1A = 1C/sec)