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 E_m.

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.