Forza elettrica Cariche elettriche puntiformi in quiete Legge

Forza elettrica Cariche elettriche puntiformi in quiete Legge di Coulomb F = componente di F lungo r: q 1(+) q 2(+) F(+) (repulsiva) q 1(-) q 2(-) F(+) (repulsiva) q 1(+) q 2(-) F(-) (attrattiva) q 1(-) q 2(+) F(-) (attrattiva) Lezione n. 2 Costante di proporzionalità c = velocità della luce nel vuoto = 3 108 m s-1 Corso di Fisica B, C. S. Chimica, A. A. 2001 -02 1

Unità di misura e costante dielettrica Unità di misura della carica elettrica nel sistema SI: coulomb (C) q 1 = q 2 = 1 C r=1 m Costante dielettrica del vuoto Legge di Coulomb (nel vuoto) Lezione n. 2 Corso di Fisica B, C. S. Chimica, A. A. 2001 -02 2

Legge di Coulomb espressione vettoriale è un versore = vettore di modulo = 1, senza dimensioni, parallelo a r Osservazioni: 1. e 0 dipende dal mezzo F dipende dal mezzo. 2. Esponente 2 di r : precisione 1/109. Lezione n. 2 Corso di Fisica B, C. S. Chimica, A. A. 2001 -02 3

Principio di sovrapposizione Risultante delle forze applicate a q Vettorialmente si ha: Lezione n. 2 Corso di Fisica B, C. S. Chimica, A. A. 2001 -02 4

Campo elettrico in P esiste un campo elettrico E tale che la forza sulla carica puntiforme q è data da: Unità di misura nel SI: newton/coulomb (NC-1 = Vm-1) Campo generato in P dalla carica puntiforme q 1 E è tangente in ogni punto alla linea di forza (di campo) Lezione n. 2 Corso di Fisica B, C. S. Chimica, A. A. 2001 -02 5

Esempi di campo elettrico (1/2) Carica puntiforme - Campo radiale Piano indefinito Campo uniforme Lezione n. 2 Corso di Fisica B, C. S. Chimica, A. A. 2001 -02 6

Esempi di campo elettrico (2/2) Due cariche elettriche positive Dipolo elettrico Lezione n. 2 Corso di Fisica B, C. S. Chimica, A. A. 2001 -02 7

Campo prodotto da distribuzioni di cariche Distribuzione discreta N cariche puntiformi Principio di sovrapposizione Campo elettrico risultante: Per ognuna Campo Elettrostatico (Unità di misura: NC-1, Vm-1) Esempi di valori di campi elettrostatici (V/m) - Campo creato dal protone dell'atomo di idrogeno alla distanza di un raggio di Bohr In una membrana cellulare In un acceleratore di particelle In un tubo televisivo Campo elettrico terrestre Nei metalli Lezione n. 2 Corso di Fisica B, C. S. Chimica, A. A. 2001 -02 6 10 -11 7 106 2 105 2 104 102 0 8

Il campo del dipolo elettrico Il campo vale E=E(+)-E(-) dove Pertanto si ha I denominatori possono essere sviluppati così: Sotto l’ipotesi di grande distanza (cioè d<<z) il campo vale pertanto: Si noti come E dipenda solo da p=qd (momento di dipolo): se q raddoppia e d si dimezza (o viceversa) E è lo stesso!!! Lezione n. 2 Corso di Fisica B, C. S. Chimica, A. A. 2001 -02 9

Campo elettrico di un anello carico Carica lineare dove La carica dq genera in P d. E Tenuto conto che L’integrale del campo esteso ad ogni carica dq dà: Da cui: Lezione n. 2 Corso di Fisica B, C. S. Chimica, A. A. 2001 -02 10

Campo elettrico di un disco carico All’interno del disco l’areola d. A contiene dove e La carica dq genera in P d. E (vedi anello, con e d. E, r R e Q dq) Integrando, si ha: cioè: Si noti: (campo elettrico per un piano infinito o a distanza infinitesima da un corpo carico) Lezione n. 2 Corso di Fisica B, C. S. Chimica, A. A. 2001 -02 11

Moto di una particella carica in E y Fe v 0 x Lungo l’asse y Forze agenti: Fx=0 Forze agenti: Fy=e. E (e<0) Accelerazioni: ax=Fx/me=0 Accelerazioni: ay=Fy/me=e. E/me 0 Velocità: vx=v 0 x+axt=v 0=cost Velocità: vy=v 0 y+ayt= e. Et/me Spostamento: x=vx 0 t Spostamento: y=vy 0 t+ayt 2/2= e. Et 2/(2 me) moto uniformemente accelerato Equazione del moto: Lezione n. 2 (parabola) Corso di Fisica B, C. S. Chimica, A. A. 2001 -02 12

L’esperienza di Millikan In assenza di campo elettrico Moto di caduta libera FA Fp=forza peso= S FA=forza di attrito= (Stokes) S=spinta di Archimede= Fp Equazione del moto Fp=FA+S E Fe In presenza di campo elettrico La particella rimane ferma sotto l’equilibrio tra forza peso e forza elettrostatica Fe Fp Fe=forza elettrostatica=e. E Equazione del moto Fp=Fe Lezione n. 2 Corso di Fisica B, C. S. Chimica, A. A. 2001 -02 13