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ELETTROSTATICA - Fenomeni di elettrizzazione

fisica

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ESPERIENZA N° 7

ELETTROSTATICA

Fenomeni di elettrizzazione

Introduzione

La radice "elettro", usata in moltissimi termini, deriva dal nome greco dell'ambra. questa, se strofinata con un panno, assumeva proprietà particolari come la capacita di attirare a se alcuni corpi di piccole dimensioni. Tutto ciò è dovuto al fatto che strofinando, oggi si utilizza una bacchetta di comune plastica, si strappano elettroni alla bacchetta, modificando la sua struttura interna, caricandola positivamente.

Ora, la teoria insegna che cariche op 646e41g poste (+ e -) si attraggono mentre cariche uguali si respingono. Quindi, se la bacchetta ha perso elettroni ed è carica positivamente, come fanno i protoni della bacchetta a restare uniti senza respingersi? Esistono forze che tengono unite tali cariche, le cosiddette forze nucleari, che possono essere forti o deboli.

Inoltre, per la teoria spiegata prima, esiste una prova che è in grado, grazie ad una carica sperimentale, detta di prova, di capire se un corpo è caricato positivamente o negativamente.

Osserviamo ora alcuni fenomeni legati alle cariche elettriche con l'utilizzo di alcuni strumenti.

1 - Pendolino elettrico con asta isolata

Si tratta di un semplice strumento in grado di rilevare cariche elettriche. E' costituito da una pallina di materiale leggero, sospesa ad un leggero filo.

Avvicinando la pallina alla bacchetta elettrizzata per strofinio, si osserva per primo un'attrazione, successivamente si riscontra una repulsione dopo che pallina e corpo carico sono venuti a contatto.

Il processo si spiega così: la palina assume una carica opposta a quella della bacchetta nella parte più vicina e una carica dello stesso segno nella parte più lontana. Poiché cariche dello stesso segno si respingono e cariche di segno opposto si attraggono, quando le cariche di segno opposto sono più vicine, prevale la forza attrattiva e il corpo elettrizzato attira il corpo. Nel contatto una parte della carica della bacchetta passa nel pendolino neutralizzando le cariche di segno opposto. Avvicinando la seconda parte di bacchetta al pendolino, le cariche si trovano a respingersi perché sono diventate di segno uguale.

2 - Supporto con palloncino

Apparecchiatura semplicissima, costituita da un'asta con all'estremità più alta un gancio che sostiene un filo a cui è legato un palloncino gonfio. Utilizzando la bacchetta elettrizzata e avvicinandola al palloncino, esso viene attratto dalla bacchetta. Tutto ciò è dato da una semplice questione di cariche. La bacchetta, elettrizzata positivamente, a contatto con il palloncino genere una forza di attrazione tra i due corpi che si attraggono, fenomeno accentuato dalla massa irrilevante del palloncino.

3 - Elettroscopio

L'elettroscopio a foglie è un semplice dispositivo per rilevare la carica elettrica di un corpo, basandosi su una semplice constatazione, due corpi dotati di carica elettrica dello stesso segno si respingono. Il dispositivo è costituito da una parte superiore collegato a due sottili lamine dette foglioline, grazie al loro piccolissimo spessore sono in grado di percepire forze piccolissime.

Per farlo funzionare non si fa altro che avvicinare al terminale superiore un corpo caricato elettricamente, solito esempio la bacchetta di plastica strofinata con un panno di lana, si vedrà che le due foglie divergono, questo perchè la vicinanza del corpo elettricamente carico ha richiamato sulla parte superiore le cariche elettriche di segno opposto mentre quelle dello stesso segno si sono concentrate nelle due foglie che avendo una carica di segno uguale si respingono. Allontanando la bacchetta le due foglie tornano ad avvicinarsi. Esse si riavvicineranno pian piano finchè non perderanno la carica.

4 - Elettrometro di Kolbe

Lo strumento è formato da una scatola dentro cui è fissato mediante un foro isolato, un elettrodo. Al di sopra è posizionato un piatto metallico, mentre all'interno è presente una lamina fissata all'elettrodo. L'elettrometro ha la funzione di misurare l'intensità della carica elettrica. Avvicinando la solita bacchetta elettrizzata al piatto, si nota che la lamina si muove, indicando l'intensità, segnalata da tacchette  incise sul vetro. Avvicinando sempre più la bacchetta al piatto la lamina si alza sempre più, si nota però che le cariche si trasferiscono anche attraverso l'aria.

5 - Modello di conduttore

Questa attrezzatura non è altro che un sistema di supporto è una barra di metallo che serve ad indicare un ipotetica sezione ingrandita di un filo elettrico. Alle due estremità si trovano due piccoli pendoli. Avvicinando la bacchetta ad uno di essi si nota, dopo un certo tempo, che anche il pendolo posizionato sulla parte opposta comincerà ad oscillare. Questo è dovuto al fatto che il metallo è conduttore e all'interno di esso le cariche si distribuiscono in modo uniforme per tutta la superficie del corpo, a condizione che la superficie di quest'ultimo presenti una superficie regolare.

6 - Mulinello elettrico

Si tratta di un apparecchio costituito da una base di appoggio ed un'asta cilindrica sulla quale, mediante un semplice spillo, è posizionata un'elica rotante con gli estremi piegati in senso contrario uno dall'altro. Avvicinando la bacchetta elettrizzata, la carica si trasmette alle punte dell'elica. Le cariche trasferite, a questo punto generano una repulsione con gli ioni presenti nell'aria che da luogo al movimento rotatorio. Il fenomeno può essere spiegato anche fecendo un riferimento alla quantità di moto studiato in precedenza. A contatto con la bacchetta caricata positivamente, le punte dell'asticella inizialmente,da carica neutra, cedono elettroni che si trasferiscono sulla bacchetta. in seguito al movimento prodotto, per il principio di conservazione della quantità di moto, l'elica si sposterà in senso opposto rispetto agli elettroni.

7 - Macchina di Van der Graaf

Si tratta di un generatore di carica, che, se di grandi dimensioni, è in grado di generare altissime tensioni. La parte centrale è costituita da una cinghia e posizionati agli estremi, dei "pettini". Quando il generatore viene messo in moto, la cinghia comincia a ruotare e viene strofinato dai pettini che strappano anche in questo caso gli elettroni. Ciò conduce alla formazione di carica che successivamente si trasporta verso la campana cava superiore, costruita con materiale conduttore, al quale può essere collegato un filo per far funzionare un altro strumento separato dalla macchina.

8 - Macchina di Wimshurst

Si tratta di un generatore elettrostatico composto da due dischi montati verticalmente che ruotano in direzioni opposte e da due sferette metalliche tra le quali si genera una scarica elettrica. Il funzionamento è abbastanza semplice. Grazie ad una manovella si mettono in moto i due dischi fatti di materiale isolante. Sulla parte esterna di ogni disco sono montate delle placchette metalliche che, strofinate da alcuni pettini, caricano i due condensatori posti alla base della macchina. Quando questi ultimi hanno accumulato un alto livello di energia, tra le due sfere metalliche (i poli della macchina) scocca una scintilla, visibile anche ad occhio nudo. La macchina non ha bisogno di alimentatori, necessita soltanto di un lavoro meccanico per farla funzionare grazie appunto alla manovella posta sul retro della macchina.

Conclusioni

Analizzando dunque le piccole esperienze che sono state eseguite si può notare che si può elettrizzare un corpo in modi differenti:

·       per strofinio o tramite un processo meccanico: sfregando la bacchetta di plastica con il panno di lana, si strappano elettroni e la bacchetta assume una carica.

·       per induzione: avvicinando la bacchetta elettrizzata al pendolino, la pallina si muove, a causa delle cariche che si trasferiscono anche attraverso l'aria, senza bisogno di un contatto.

·       per conduzione: mettendo a contatto due corpi costituiti da materiale conduttore, la carica si trasferisce da un corpo all'altro, distribuendosi per tutta la superficie.

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