Elettricità e Cariche: Fondamenti, Interazioni e Metodi di Elettrizzazione

Il Fenomeno Elettromagnetico e i Fondamenti dell'Elettricità

Il fenomeno elettromagnetico è l'interazione tra oggetti che possiedono carica elettrica. È responsabile del campo elettromagnetico e della corrente elettrica.

Origine dei Fenomeni Elettrici: La Struttura Atomica

I fenomeni elettrici hanno origine nella struttura atomica. Secondo gli antichi Greci, l'atomo era la parte più piccola della materia ('indivisibile'). Oggi sappiamo che l'atomo è formato da:

• Un nucleo, composto da:
  • Neutroni, che hanno carica neutra.
  • Protoni, che hanno carica positiva (+).
• Gli orbitali, che sono formati da elettroni con carica negativa (-).

Oggi sappiamo anche che protoni ed elettroni sono formati da quark.

L'Atomo Neutro e gli Ioni

In condizioni normali, l'atomo è neutro, ovvero stabile: le cariche positive sono uguali alle cariche negative (p = e).

Se si strofina una penna su un foglio di carta e la si avvicina a piccoli pezzetti di carta, questi volano. Questo accade perché gli elettroni si trasferiscono da un corpo all'altro, rendendo un corpo carico negativamente (-) e l'altro positivamente (+).

• Se e (-) > p (+), l'atomo è carico negativamente ed è uno ione negativo o anione.
• Se e (-) < p (+), l'atomo è carico positivamente ed è uno ione positivo o catione.

L'Elettrizzazione: Squilibrio di Cariche

In alcune situazioni particolari si verifica uno squilibrio tra protoni ed elettroni, per esempio quando un elettrone si muove da un corpo all'altro. Questo fenomeno si chiama elettrizzazione. L'elettrizzazione può avvenire in diversi modi:

• Per strofinio (sfregamento)
• Per contatto (tra due corpi)
• Per induzione (senza contatto tra i corpi)

Elettrizzazione per Strofinio

Lo strofinio avviene quando due corpi si scambiano elettroni attraverso lo sfregamento. Un corpo si elettrizza e l'altro no, o entrambi si elettrizzano con cariche opposte.

Ad esempio:

• Se strofiniamo due bacchette dello stesso materiale su un panno di stoffa, esse si respingono (forze repulsive, cariche uguali: ++ o --).
• Se i materiali sono diversi, si attraggono (forze attrattive, cariche opposte: +-).

Un esempio pratico del trasferimento di elettroni per strofinio:

• Vetro: gli elettroni si trasferiscono dal vetro al panno (il vetro diventa positivo: p (+) > e (-)).
• Plastica: gli elettroni passano dalla stoffa alla bacchetta (la plastica diventa negativa: e (-) > p (+)).

Conduttori e Isolanti Elettrici

Non tutti i materiali possono essere elettrizzati per strofinio allo stesso modo:

• I conduttori sono materiali capaci di farsi attraversare dalla corrente elettrica, ovvero materiali in cui gli elettroni si muovono liberamente (es. metalli, corpo umano). Non sempre possono essere caricati per strofinio.
• Gli isolanti elettrici sono materiali che non si lasciano attraversare dalla corrente elettrica, in quanto gli elettroni non si muovono liberamente (es. gomme, plastiche, legno). Possono essere sempre caricati per strofinio.

Elettrizzazione per Contatto

L'elettrizzazione per contatto è un fenomeno elettrico in cui due conduttori si scambiano elettroni a seguito di un contatto diretto. Avviene tra un corpo carico e uno scarico, e la carica si trasferisce in parti uguali tra i due conduttori.

Elettrizzazione per Induzione

L'elettrizzazione per induzione è un fenomeno elettrico per cui in un conduttore neutro la carica elettrica si ridistribuisce a seguito dell'avvicinamento di un corpo carico (senza contatto). Ad esempio, se si avvicina un corpo carico a una sfera isolata neutra, si avrà una ridistribuzione di cariche nella sfera. È un processo reversibile, poiché i corpi non si toccano.

L'Elettroscopio: Rilevare le Cariche

Per verificare se un corpo è carico, si utilizza l'elettroscopio. Questo strumento è composto da una sfera conduttrice, un'asta conduttrice e due foglie conduttrici. Se si tocca la sfera con un materiale carico, le cariche si trasferiscono e si distribuiscono uniformemente, facendo separare le foglie.

La Forza Elettrostatica e la Legge di Coulomb

Data una coppia di cariche elettriche, esse esercitano una forza elettrostatica l'una sull'altra, che può essere di tipo attrattivo o repulsivo. La legge che permette di quantificare questa forza è la Legge di Coulomb.

Cariche puntiformi: cariche le cui dimensioni sono trascurabili rispetto alla distanza che le separa.

Principio di Conservazione della Carica Elettrica

Il Principio di conservazione della carica elettrica afferma che in un sistema chiuso (che non scambia materia con l'esterno), la somma algebrica delle cariche elettriche si mantiene costante, qualunque siano i fenomeni che in esso hanno luogo. Ad esempio, quando si strofina una bacchetta con un panno di lana, la carica totale rimane sempre la stessa.