Cenni Storici

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Cenni Storici
Lezione 1 Elettricita e legge di Coulomb

• 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 dattrito
• 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

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• 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 esattamente
  uguali
• ?
• il mondo dellelettromagnetismo è stato
  
• completamente scoperto dallindagine
  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 dellelettromagnetismo
  classico
• relativisticamente corretto
• descrizione del mondo macroscopico

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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
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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
• carica elementare (più piccola carica libera)
• qe ? qp 1.602 10-19 C
• qn ? 0
• materia numero enorme di costituenti elementari
  carichi

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Misura della Carica Elementare(R. Millikan 1910)
goccioline dolio cariche per sfregamento con il
nebulizzatore

E
-
E 0
E ? 0
q nqe n 0,?1, ?2, ?3, qe 1.602 10-19
C
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Conservazione della carica

• non è possibile creare o distruggere carica
  elettrica ( il valore totale deve rimanere
  invariante)
• posso solo fare trasferimenti di cariche tra
  corpi
• annichilazione
• e- e ? 2 g
• massa ? energia (Emc2)
• carica conservata
• decadimenti radioattivi
• 23892U ? 23490Th 42He
• reazioni nucleari
• 4420Ca p ? 4421Sc n

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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.
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Bilancia di torsione di Coulomb (Accademia delle
Scienze francesi, 1785)
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• Costante di proporzionalità
• non può essere direttamente determinata
  dallesperimento di
  Coulomb
• dipende da
• mezzo in 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

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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)
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Principio di sovrapposizione (principio di
indipendenza delle forze simultanee)

• risultato sperimentale
• conferma carattere vettoriale legge di
  Coulomb

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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
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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

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per assurdoqp 1.000000001 qe
qe 10-9qe
Calcolare FE con 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 !!
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Carica necessaria per sollevare una piramide
1 m
100 m
100 m
(in una lampadina 100Watt ? 0.5A, 1A 1C/sec)