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Cariche elettriche in equilibrio

fisica


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Cariche elettriche in equilibrio

La carica elettrica

La carica elettrica è una proprietà fondamentale della materia che è composta da atomi contenenti cariche elettriche.

Un atomo ha un nucleo centrale che contiene protoni positivi e neutroni senza carica, circondato da elettro 717e46h ni negativi che ruotano su orbite chiuse.

La carica positiva del protone è uguale alla carica negativa dell'elettrone.

Gli atomi hanno un uguale numero di protoni ed elettroni perciò sono elettricamente neutri.

Conduttori ed isolanti elettrici

I conduttori elettrici sono materiali attraverso i quali possono confluire con facilità le cariche elettriche.

Nei conduttori elettrici solidi gli elettroni più esterni di un atomo debolmente legati al nucleo si staccano e vagano con moto casuale attraverso il materiale a velocità medie altissime.

Gli isolanti elettrici sono materiali attraverso i quali le cariche elettriche non si possono muovere ma rimangono concentrate nella zona elettrizzata.



Negli isolanti elettrici solidi gli elettroni restano legati agli atomi. Poiché non ci sono elettroni liberi non ci possono essere cariche elettriche che confluiscono attraverso il materiale.

La carica di un corpo

Un corpo è neutro quando ha lo stesso numero di Elettroni e prootoni.

Caricare un corpo significa separare le cariche di segno opposto già esistenti aggiungendo o sottraendo elettroni.

Acquistando elettroni il corpo si carica negativamente.

Perdendo elettroni il corpo si carica positivamente.

Nei processi di carica dei conduttori solidi si spostano solo gli elettroni.

Nei liquidi e nei gas si possono muovere invece, sia Ioni positivi che ioni negativi.

Un corpo si può caricare in tre modi differenti:

STROFINIO: strofinando due corpi tra di loro gli elettroni abbandonano uno di esso lasciando altrettanti protoni e si trasferiscono sull'altro.

INDUZIONE:avvicinando un corpo carico ad un corpo neutro senza toccarlo gli elettroni del corpo carico del corpo neutro si spostano il + vicino possibile al corpo carico positivamente.

PER CONTATTO: Toccando un corpo neutro con un corpo carico positivamente o negativamente gli elettroni in eccesso si distribuiscono in equilibrio tra i due corpi.

Legge di conservazione della carica elettrica

Durante ogni processo la carica elettrica totale di un sistema isolato di due corpi rimane costante.

Legge di Coulomb

La legge di Coulomb afferma che: "La forza di interazione fra due cariche puntiformi Q1 e Q2 è direttamente proporzionale a ciascuna carica e inversamente proporzionale al quadrato della distanza d fra di esse.

F = k \frac \cdot \hat

Campo elettrico

Il campo elettrico è inteso come lo spazio in cui gli effetti di una carica elettrica, detta generatrice, si propagano con velocità finita sotto forma di forze elettriche.

\vec E = \frac

Se si sostituisce la carica di prova con un'altra carica q, applicando la regola \vec E = \frac   i vettori E ed F hanno la stessa direzione e verso uguale o opposto a seconda se q è negativo o positivo.

Potenziale

Il rapporto fra il lavoro che compie una forza, uguale ma opposta alla forza elettrica, per portare una carica q dall'infinito al punto P, e la carica stessa.

Differenza di potenziale

Il rapporto fra il lavoro La->b che compie una forza uguale ma opposta alla forza elettrica) per spostare una carica q da A a B e la carica stessa.

I condensatori

Un condensatore è formato da due conduttori detti armature molto vicini l'uno all'altro, separati da un dialettico(isolante).

Collegando le due armature ai poli di un generatore di tensione continua questo sottrae elettroni dall'armatura collegata al polo positivo e li trasferisce sull'armatura collegata sul polo negativo.

Il condensatore è quindi un dispositivo che può immagazzinare cariche elettriche.




Capacità di un condensatore

Si chiama capacità del condensatore il rapporto fra carica q immagazzinata su ciascuna armatura e la differenza di potenziale delta fra esse.

C=q/deltaV

La capacità dipende solamente dalla forma geometrica del condensatore e dal tipo di dialettico interposto fra le armature.

Nel SI la capacità si misura in F Farad

F=C/V (coulomb/Volt)

Capacità di un condensatore piano

Un condensatore piano è formato da due armature piane, parallele, affacciate a distanza d.

Caricando il condensatore le cariche +q e -q si dispongono sulle superfici interne perché si attirano tra di loro.

Il campo elettrico uniforme tra le armature è E=deltaV/d in cui deltaV è la differenza di potenziale fra le armature.

La capacità di un condensatore piano è direttamente proporzionale all'area A di ciascuna armatura ed inversamente proporzionale alla distanza d fra esse.

Condensatori in serie

Condensatori collegati in serie ed alimentati da una d.d.p. delta fornita da un generatore.

Le armature estreme sono caricate direttamente dal generatore di tensione, le armature intermedie si caricano per induzione.

Su ciascuna armatura si trova la stessa carica q. alternativamente positiva e negativa.

La d.d.p. delta applicata agli estremi della serie si suddivide sui tre condensatori in proporzione inversa alle loro capacità C=q/deltaV

Condensatore in parallelo

Condensatori connessi in parallelo e alimentati da una ddp deltaV fornita da un generatore. Le armature dello stesso segno sono unite tra loro formando un unico conduttore. Ai capi di tutti i condensatori è applicata la stessa d.d.p.

Ogni condensatore immagazzina una carica diversa in proporzione alla sua capacità qtot=q1+q2+q3

Si può dimostrare che la capacità equivalente sia della serie che del parallelo, immagazzina la stessa quantità di energia immagazzinata dal gruppo dei condensatori.

La corrente elettrica

È un movimento ordinato di elettroni causato dalla ddp applicata ai capi del filo.

Generatore elettrico è un dispositivo che trasformando in energia elettrica un altro tipo di energia mantiene fra i suoi due morsetti una ddp costante detta tensione del generatore.

Il generatore non crea cariche elettriche ma provoca lo spostamento delle cariche che si trovano già nei conduttori che compongono il circuito.

Si definisce intensità di corrente elettrica i il rapporto fra la quantità di carica q che attraversa la sezione trasversale di un filo e l'intervallo di tempo t impiegato.

L'unità SI della corrente elettrica è l'ampere A=C/s

Corrente convenzionale è un flusso di cariche positive che escono dal polo positivo del generatore ed entrano nel polo negativo.

Nei conduttori metallici i portatori di carica elettrica sono gli elettroni, poicheè essi sono negativi si spostano nei circuiti dal polo negativo del generatori verso il polo positivo.

 








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