Definizioni Generali

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elettromagnetismo

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  • FISICA GENERALE II, Cassino A.A. 2004FISICA GENERALE II, Cassino A.A. 2004--2005 Carmine E. Pagliarone2005 Carmine E. Pagliarone

    LezioniLezioni L2L21. 1. IntroduzioneIntroduzione allallelettromagnetismoelettromagnetismo;;2. 2. CaricaCarica ElettricaElettrica e e CaricaCarica GravitazionaleGravitazionale;;3. La 3. La LeggeLegge didi Coulomb;Coulomb;4. 4. ConservazioneConservazione delladella CaricaCarica elettricaelettrica;;5. 5. QuantizzazioneQuantizzazione delladella CaricaCarica elettricaelettrica;;6. 6. DistribuzioniDistribuzioni continue e discrete continue e discrete didi caricacarica e e campicampi;;7. 7. LineeLinee didi campo;campo;8. 8. UnitUnit didi MisuraMisura..

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    Electricita e Magnetismo le Forze elettriche sono alla base dei legamichimici (interatomici ed intermolecolari); LElettricit controlla il funzionamento deineuroni, dei muscoli ed i processi metabolici; LElettromagnetismo alla base dellastragrande maggioranza delle tecnologie in uso(radio, TV, cellulari, computer, ecc.). Electricit e Magnetismo sonomanifestazioni di una stessa interazione o Forza.

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    Carica Elettrica Evidenze in favore dellesistenza della carica elettrica

    sono ovunque: Elettricita statica; arco fotovoltaico;

    Gli oggetti possono caricarsi elettricamente a causadel contatto o della frizione con altri oggetti.

    Nel 1700 circa B. Franklin scopr che ci sono due tipi distinti di cariche: Cariche Positive. Cariche Negative.

    Franklin scopr anche che cariche dello stesso segnosi respingono e cariche di segno opposto siattraggono.

    La carica elettrica e: Quantizzata (Esperimenti condotti da Millikan) Conservata (Franklin)

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    Carica Elettrica negli Atomi gli Atomi consistono di un

    nucleo contenente particellecon carica elettrica positiva(protoni) e particelle prive di carica (neutroni).

    I nucleoni (p,n) del nucleosono circondati da un egualnumero di particelle aventicarica negativa (elettroni).

    La carica totale di un atomo Q= 0.

    Un atomo pu sia guadagnareche perdere elettroni, divenendo uno ione.

    Le Molecole Polari puressendo neutre (Q=0) hannouna carica distribuita non uniformemente nello spazio.

    diametro nucleare ~ 10-15 m== 1 fm

    diametro Atomico ~ 10-9 m= 1 nm

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    Classificazione dei Materiali CONDUTTORI materiali nei quali vi sono elettroni

    liberi di muoversi: la banda di valenza e quella di conduzione si sovrappongono (rame, oro, argento, ferro, ecc.).

    INSOLANTI materiali nei quali la carica non puomuoversi liberamente (es. vetro, porcellana);

    SEMICONDUTTORI materiali nei quali la carica puomuoversi solo sotto certe particolari condizioni (es. silicio drogato).

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    *ad ogni passaggio la caratteristica di conduttoreo isolante migliora.

    Lacqua e un ottimo conduttore se contiene ioniprovenienti da Sali, acidi o basi disciolte in essa.

    AriaGrafiteAcqua puraMercurio

    ShellacPiomboVetroFerro

    BeeswaxRamePorcellanaAlluminio

    NylonOroGommaRameAmbraArgento

    Insolanti*Conduttori*

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    La carica della Terra La terra a causa della sua enorme

    massa puo essere considerata in buona approssimazione come unasorgente infinita di cariche e pertanto la sua carica totale netta non puo esseremodificata facilmente;

    Ogni conduttore posto a contatto con la terra non puo ricevere una carica netta;

    messa a terra di un conduttore

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    Carica Indotta Oggetti carichi portati in prossimit di conduttori

    possono causare una ridistribuzione della carica suiconduttori medesimi (polarizzazione di un conduttore).

    Se un conduttore polarizzato viene posto a terra(messo a massa), la carica sar trasferita dalconduttore alla terra. Come risultato esso potrebbepossedere una carica netta diversa da zero (per INDUZIONE).

    Gli oggetti possono essere caricati per conduzione (contattto con altro oggetto carico); induzione (nessun contatto con oggetti carichi);

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    StrofinandoStrofinando unauna bacchettabacchetta di di vetrovetro susu un un pannopanno di seta di seta sisiosservaosserva cheche questiquesti materialimaterialisisi caricanocaricano elettricamenteelettricamente. .

    La seta La seta avravr un un eccessoeccesso di di elettronielettroni mentrementre ililvetrvetr avravr un deficit un deficit equivalenteequivalente di di elettronielettroni..

    La La caricacarica non non nn creatacreata nn distruttadistrutta ma solo ma solo ridistribuitaridistribuita tratra i due i due materialimateriali..

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    NelNel 17851785 Charles de Coulomb Charles de Coulomb formulformul per la prima per la prima voltavolta unauna leggelegge cheche mettevametteva in in relazionerelazione la la forzaforzaagenteagente tratra le le carichecariche elettricheelettriche::

    221

    d

    qqKFelettrica =

    K = 9.109 N.m2/C2

    q1, q2 solo le due cariche interagenti

    Coulombs (C), and

    d la distanza fra di esse

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    Vettore Forza Elettrica Esprimiamo ora vettorialmente la forza che

    agisce su una carica puntiforme q1 posta ad una distanza r21 da una carica q2:

    1221

    122121221

    2112

    qqr

    FFrr

    qkqF

    con unisce che versore

    -==rrr

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    Forza Elettrica: Legge di Coulomb Per due cariche puntiformi q1 e q2 separate

    da una distanza r, lintensita della forzaelettrica FCoulomb tra di esse e:

    ( )( )

    1 2 2 1

    3

    2 1

    Coulomb

    q q R RF k

    R R

    -=

    -

    r rr

    r r

    dove k = 8.99 x 10 9 N m2/C2 e la costante di Coulomb, q1 e q2 sono in [C], r e espresso in metri [m] e Fe e espressa in Newton [N].

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    Quantizzazione della Carica Elettrica

    La carica elettrica e quantizzata. La piupiccola unita di carica che sia stata mai trovatae la carica dell elettrone o del protone:

    qe = 1.60217733(49) x 10-19 C= 4.8032068(15) x 10-20 esu

    Non e mai stata determinata sperimentalmentenessuna carica piu piccola della caricadellelettrone/protone e coniugati di carica.

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    Quantizzazione della Carica

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    Principio di Sovrapposizione

    Dato un sistema di N cariche q1, q2, q3, , qN, la risultante delle Forze F1 su q1 dovutaalle cariche: q2, q3, , qN e:

    NFFFF 113121 +++= Ogni carica risente di una forza che e

    indipendente dalle altre cariche presenti.

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    Campo di Forze e Campo Elettrico Le Forze sono campi vettoriali ovvero propriet dello

    spazio del tipo: F= xF1(x,y,z)+ yF2(x,y,z)+ zF3(x,y,z); agiscono anche in assenza di contatto (es. la forza

    gravitazionale); E conveniente pertanto introdurre il concetto di

    Campo che ha una natura piu generale Il Campo Elettrico E e definito come la forza

    elettric