Fenomeni elettrici Legge di Coulomb Modello dellatomo carica

Fenomeni elettrici • Legge di Coulomb Modello dell’atomo, carica elettrica, forza tra cariche stazionarie • Campo elettrico e potenziale elettrostatico Campo elettrico, linee di forza, lavoro della forza elettrostatica, potenziale elettrostatico, condensatore • Corrente elettrica Corrente continua, resistenza e legge di Ohm, potenza elettrica, correnti alternate, effetti sul corpo umano

Modello dell’atomo Es: Na - - elettroni - - ++ nucleo - - La stabilità dell’atomo è assicurata da forze attrattive tra cariche elettriche di segno opposto - - massa (kg) carica el. nucleo Protone 1, 67 10 -27 +e Neutrone 1, 67 10 -27 0 Elettrone 9, 11 10 -31 -e Corpi carichi: negativamente eccesso di elettroni positivamente carenza di elettroni Corpi neutri: equilibrio tra cariche positive e cariche negative

Carica elettrica • Può essere positiva (+), negativa (-) o neutra (0); • Si conserva in ogni trasformazione fisica; • È “quantizzata”, ovvero può essere solo un multiplo intero della carica elementare e (carica dell’elettrone) Unità di misura (S. I. ) : 1 e+ = +1, 6· 10 -19 C 1 e- = -1, 6· 10 -19 C coulomb (C) 1 C = 6, 25· 1018 e

Legge di Coulomb Date due cariche puntiformi q 1 e q 2, poste a distanza r, si esercita tra di esse una forza F (forza di Coulomb o elettrostatica) diretta lungo la congiungente le due cariche, di modulo pari a F q 1 + -F r - q 2 Nel vuoto: La forza di Coulomb è attrattiva per cariche di segno opposto repulsiva per cariche dello stesso segno

Legge di Coulomb Nel vuoto: εo costante dielettrica del vuoto In un mezzo la forza di Coulomb si riduce: εr >1 H 2 O: εr=80 costante dielettrica relativa

Campo elettrico Intensità di campo elettrico E: +q Unità di misura: +Q ® E (campo elettrico generato da una carica puntiforme) +q ® E –Q Il campo elettrico E non dipende dal valore della carica esploratrice q, ma solo da Q Dato E F=q. E

Campo elettrico Nel caso di più cariche, l’intensità del campo elettrico è data dalla somma vettoriale dei vettori intensità generati da ciascuna carica Linee di forza generate da due cariche uguali + +

Campo elettrico Linee di forza generate da due cariche di segno opposto

Potenziale elettrostatico B A q E +Q L = F · AB = q. E · AB Il lavoro della forza elettrostatica non dipende dal percorso seguito forza conservativa: LAB = UA - UB Potenziale elettrostatico in B: VB = UB/q Energia potenziale elettrica in B ΔV: differenza di potenziale (d. d. p. ) Unità di misura: La differenza di potenziale ΔV è il lavoro necessario per spostare la carica di 1 C da A a B

Potenziale elettrostatico Il campo elettrico E si misura in N/C oppure V/m LAB = q·ΔV Elettronvolt (unità pratica di energia) 1 e. V = 1, 6· 10 -19 C · 1 V = = 1, 6· 10 -19 J 1 e. V è l’energia cinetica acquistata da una carica elementare e nell’attraversare una differenza di potenziale di 1 V.

Condensatore piano area A + + ΔV - + + + + + + + carica +Q ++ E d ----- carica -Q - Si accumulano cariche elettriche sulle due piastre creando un campo elettrico E e una d. d. p. ΔV= E·d isolante tra le due armature Condensatore a facce piane e parallele: Capacità elettrica C: Unità di misura (S. I. ): farad (F) = coulomb/volt ( F = 10 -6 F, n. F=10 -9 F, p. F=10 -12 F)

Condensatore piano Nota: - occorre compiere lavoro per caricare le due piastre A e B (lavoro compiuto da un generatore elettrico) - l’energia accumulata puo’ essere poi usata - utilizzato nei circuiti elettrici (simbolo ) Nota: le membrane cellulari si comportano come un condensatore !! capacità C p. F (10 -12 F)

Corrente elettrica Rappresenta un flusso di cariche si muovono in un mezzo/vuoto: cariche positive verso punti a potenziale minore cariche negative verso punti a potenziale maggiore Esempio: filo metallico (VA > VB) A Corrente elettrica: + - - B _ I Quantità di carica che si sposta nell’unità di tempo Unità di misura: ampère (A) [unità fondamentale del S. I. !] I positiva: verso del moto delle cariche positive (da + a - !) I costante corrente continua

Legge di Ohm Generatore di tensione (pila, dinamo, . . ) I + - ΔV R Resistenza elettrica R (es. lampadina, stufa, . . . ) simbolo Unità di misura di R: (legge di Ohm) Resistenza elettrica di un conduttore: l S resistività: - caratteristica del materiale - dipende dalla temperatura

classe sostanze r (20°C) [ohm· cm] argento. . . . . rame. . . . . alluminio. . . . ferro. . . . . mercurio. . . . KCl (C=0. 1 osmoli). . . . conduttori liquido interstiziale. . . . elettrolitici siero (25°C). . . . liquido cerebrospinale (18°C) assoplasma di assone. . . semiconduttori germanio. . . . silicio. . . . . isolanti alcool etilico. . . acqua bidistillata. . . . membrana di assone. . vetro. . . . . conduttori metallici 1. 62 10– 6 0. 17 10– 5 0. 28 10– 5 1. 10 10– 5 9. 60 10– 5 85. 4 60 83. 33 84. 03 200 1. 08 100 3 105 5 109 1013

Potenza elettrica Lavoro compiuto dalle forze elettriche per portare una carica q da A a B: I A + - V ? Potenza elettrica: B I Se tra A e B c’è una resistenza R: ΔV=R·I L’energia fornita dal generatore elettrico viene dissipata in R sotto forma di calore (effetto Joule)

Esempio 1: I + - ΔV=50 V ΔV = 50 V R=50 Ω Esempio 2: I + - ΔV=220 V R = 50 Ω ΔV = 220 V R P = 100 W

Resistenze in serie e in parallelo Resistenze in serie: R 1 R 2 + R Resistenze in parallelo: R 1 R 2 + R

Condensatori in serie e in parallelo Condensatori in serie: - + C 1 C 2 C Condensatori in parallelo: - + C 1 C 2 C

Corrente alternata i V ΔV R Frequenza in Italia/EU: f = ν = 50 Hz 310 V 220 V - 310 V i = ΔV/R

Effetti corrente alternata sul corpo umano Frequenze più pericolose I ~ 1 m. A 10 m. A 70 m. A 100 200 m. A > 200 m. A R = 2000 (bagn. ) (asciutto) ok tetanizzazione dei muscoli difficoltà di respirazione fibrillazione ustioni e blocco cardiorespiratorio

Fenomeni magnetici Nord (N) La magnetite (Fe 3 O 4) si orienta sempre nella direzione Nord-Sud (S) Estremi omonimi si respingono Estremi eteronimi si attraggono Effetti magnetici possono essere indotti su oggetti non magnetizzati Non sono mai stati osservati poli magnetici separati (monopoli)!! campo “induzione magnetica” B

Correnti elettriche danno luogo a campi magnetici e variazioni del campo magnetico danno luogo a correnti elettriche S N Elettromagnetismo Onde elettromagnetiche Unità di misura dell’ induzione magnetica B (S. I. ): 1 T (tesla) = 1 N/A·m