Campo Elettrico e Circuiti: Concetti Fondamentali di Elettrostatica
Campo Elettrico (Unità 25)
Il campo elettrico descrive in che modo una carica modifica lo spazio che la circonda; una seconda carica avverte, infatti, una forza elettrica e si muove secondo le proprietà dello spazio modificato dalla prima.
- Definizione: È un vettore dato dal rapporto tra la forza F che agisce su una carica di prova q e la carica di prova stessa: E = F/q.
- Unità di misura: Si misura in newton fratto coulomb (N/C).
Campo elettrico di una carica puntiforme
- La sua direzione è radiale rispetto a Q.
- Ha verso uscente dalle cariche positive ed entrante nelle cariche negative.
- In un mezzo isolante il suo modulo è Em.
Campo elettrico di più cariche puntiformi
Il campo totale prodotto in un punto da più cariche fisse è la somma vettoriale dei campi che ogni carica produrrebbe in quel punto se fosse presente da sola.
Linee di campo
- Sono tangenti in ogni punto al campo elettrico e sono orientate nel verso del campo.
- Hanno densità direttamente proporzionale all'intensità del campo.
- Escono dalle cariche positive ed entrano in quelle negative.
Potenziale Elettrico
Potenziale di una carica puntiforme e di più cariche
Il potenziale elettrico di più cariche puntiformi è la somma algebrica dei potenziali che si avrebbero in quel punto se ciascuna carica fosse presente da sola.
Potenziale elettrico e lavoro
È il lavoro su una carica di prova q, diviso per q, compiuto dalla forza elettrica quando la carica di prova va da A fino a un punto di riferimento R in cui il potenziale stesso è posto uguale a zero.
Differenza di potenziale elettrico
Il valore della differenza di potenziale ΔV non dipende dalla scelta dello stato in cui si fissa lo zero.
Superfici equipotenziali
- Sono il luogo dei punti dello spazio in cui il potenziale elettrico assume lo stesso valore.
- In ogni punto, una superficie equipotenziale è perpendicolare alla linea di campo che passa per quel punto.
Equilibrio Elettrostatico (Unità 26)
È la condizione in cui tutte le cariche presenti sui conduttori in esame sono ferme. In questa situazione, la carica elettrica presente in un conduttore si trova tutta sulla sua superficie esterna e si concentra nelle parti più incurvate.
Campo elettrico di un conduttore in equilibrio
- All'interno: E = 0; se non fosse così, le cariche libere si muoverebbero e il conduttore non sarebbe in equilibrio.
- Sulla superficie: È perpendicolare alla superficie stessa e ha verso uscente se il conduttore è carico positivamente, entrante se è carico negativamente. Il suo modulo in un punto P è direttamente proporzionale alla densità superficiale di carica.
Potenziale elettrico di un conduttore
- Ha lo stesso valore in ogni punto del conduttore, sia all'interno che sulla superficie.
- La superficie di un conduttore carico in equilibrio elettrostatico è una superficie equipotenziale.
Corrente Elettrica e Circuiti
Intensità di corrente
- Per convenzione, il suo verso è quello in cui si muovono le cariche positive.
- L'unità di misura è l'ampere (A).
Componenti e configurazioni
- Generatore ideale di tensione continua: Dispositivo capace di mantenere tra i suoi capi una differenza di potenziale costante.
- Circuito elettrico: Insieme di conduttori connessi tra loro e collegati a un generatore.
- Conduttori in serie: Posti in successione; in essi passa la stessa corrente.
- Conduttori in parallelo: Terminali connessi tra loro; sono sottoposti alla stessa differenza di potenziale.
Prima legge di Ohm
- Nei conduttori ohmici, l'intensità di corrente è direttamente proporzionale alla differenza di potenziale applicata ai loro capi.
- La costante di proporzionalità è la resistenza elettrica R, misurata in ohm (Ω).
Resistori
- In serie: La resistenza equivalente è la somma delle resistenze degli n resistori.
- In parallelo: L'inverso della resistenza equivalente è la somma degli inversi delle resistenze dei singoli resistori.
Leggi di Kirchhoff
- Prima legge (legge dei nodi): La somma delle intensità di corrente entranti in un nodo è uguale alla somma delle intensità uscenti. È una conseguenza del principio di conservazione della carica.
- Seconda legge (legge delle maglie): La somma algebrica delle differenze di potenziale che si incontrano percorrendo una maglia è uguale a zero. È un'espressione del principio di conservazione dell'energia.