ELETTROMAGNETISMO

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ELETTROMAGNETISMO
Campo magnetico
Forza elettrica
Carica elettrica
Campo elettrico
Differenza di potenziale
Potenza elettrica
Corrente
Effetto Joule
Resistenza
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Energia elettrica
Lenergia elettrica rappresenta una delle forme
d'energia più comunemente e diffusamente
utilizzate basti pensare alla luce artificiale e
agli elettrodomestici che sono presenti nelle
nostre case.
Ma questa non è lunica manifestazione di
fenomeni elettrici e magnetici nella vita
quotidiana.
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Fenomeni elettrici e magnetici
L'atmosfera è continuamente sede di fenomeni
elettrici e magnetici che vanno dal semplice
accumulo di cariche elettrostatiche alle scariche
dei fulmini durante i temporali. Nelle giornate
secche e ventose l'accumulo di cariche
elettrostatiche sugli abiti o sugli oggetti può
portare alla creazione di differenze di
potenziale il cui effetto si sente sotto forma di
piccole correnti.
Nei sistemi biologici la forza elettrica
interviene nella trasmissione degli impulsi
nervosi, nella contrazione delle fibre muscolari,
nei meccanismi di trasferimento cellulare.
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Applicazioni mediche
Diverse sono le apparecchiature mediche che
utilizzano campi elettrici, magnetici e
elettromagnetici (onde) a scopo diagnostico.
ECG, EEG osservando le differenze di potenziale
tra diverse parti del corpo si traggono
informazioni sul funzionamento del cuore e del
cervello
La risonanza magnetica utilizza campi magnetici e
onde radio per produrre immagini tridimensionali
degli organi.
La tomografia assiale computerizzata (Tac) si
basa sull'utilizzo dei raggi X per ricostruire
immagini tridimensionali grazie al computer.
Tecniche di imaging come - Scintigrafia
(SPECT) - PET sono basate sulluso di onde
elettromagnetiche
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Carica elettrica
Tutto ciò che ha a che fare con lelettricità
trae origine da una proprietà della materia
chiamata carica elettrica. In natura esistono due
tipi di carica elettrica positiva e negativa.
La carica elettrica nel SI si misura in Coulomb
(C)
Cariche uguali si respingono, cariche opposte si
attraggono
Vediamo dove esattamente si trova la carica
elettrica nella materia
Ogni cosa che ci circonda è costituita da
atomi. Ogni atomo è formato da un nucleo centrale
intorno al quale orbitano gli elettroni.
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Struttura dellatomo
Il nucleo è costituito da protoni e neutroni.
I protoni (p) hanno carica elettrica positiva
1.6 10-19 C Gli elettroni (e) carica elettrica
negativa -1.6 10-19 C I neutroni (n) sono neutri,
ossia hanno carica elettrica nulla
Nel suo stato normale, un atomo contiene lo
stesso numero di protoni e di elettroni, ed è
quindi elettricamente neutro. Es. Un atomo di
ossigeno è costituito da un nucleo con 8 protoni
e 8 neutroni intorno a cui orbitano 8 elettroni.
La carica sua totale è quindi Q 8x(1.6 10-19
C) 8x(-1.6 10-19 C) 8x0 C 12.8 10-19 C -
12.8 10-19 C 0 C
protoni
elettroni
neutroni
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Ioni
La perdita di uno o più elettroni trasforma gli
atomi in ioni positivi Lacquisizione di uno o
più elettroni trasforma gli atomi in ioni negativi
Sodio cede un elettrone al Cloro
E S E M P I
Si formano così gli ioni Na e Cl-
Avendo carica opposta tali ioni si attraggono
Si forma così un composto ionico detto Cloruro di
sodio (sale da cucina)
FE

• Ioni Na e Cl- si trovano anche nel plasma
  sanguigno
• Ioni Na e K giocano un ruolo fondamentale
  nella trasmissione
• dellimpulso nervoso

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Elettrizzazione dei corpi

• È possibile trasferire carica elettrica da un
  corpo ad un altro. Di solito vengono
• trasferiti elettroni
• il corpo che acquista elettroni assume una
  carica negativa (avrà più e di p)
• il corpo che cede elettroni assume carica
  positiva (avrà più p di e)

• Tale separazione di carica avviene per esempio
  quando sostanze dissimili vengono strofinate una
  contro laltra se si strofina una bacchetta di
  vetro con un tessuto di seta, alcuni elettroni si
  trasferiscono dal vetro alla seta lasciando il
  vetro carico positivamente e la seta
  negativamente
• Altri esempi osservabili nella vita quotidiana
• se si fa scorrere vigorosamente un pettine tra i
  capelli asciutti questi ultimi si elettrizzano
• se strofiniamo su della lana un oggetto di
  plastica, esso si carica elettricamente ed attira
  o respinge piccoli frammenti di carta. 

Nel processo di strofinio gli elettroni non
vengono né creati né distrutti ma solo
trasferiti da un materiale allaltro!
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Carica elettrica di un corpo
Poiché la carica elettrica Q di un corpo
rappresenta un eccesso o un difetto di elettroni,
Q sarà sempre uguale ad un multiplo intero
(positivo o negativo) della carica dellelettrone
(qe)
qe 1.6 10-19 C
Esercizio Una bacchetta di vetro strofinata con
un panno acquista una carica elettrica
Q3.210-10 C. Quanti elettroni si trasferiscono
dal vetro al panno?
(3.2 10-10 C)/(1.6 10-19 C) 3.2/1.6
10-1019 2 109
N Q/qe
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Interazione tra cariche
Oggetti con carica dello stesso segno si
respingono
Oggetti con carica di segno opposto si attraggono
Questo vuol dire che oggetti carichi esercitano
una forza luno sullaltro.
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FORZA DI COULOMB
La forza che si esercita tra due cariche
elettriche q1 e q2 si chiama forza
elettrostatica.

• Caratteristiche
• Agisce a distanza
• E diretta lungo la congiungente delle due
  cariche
• E attrattiva se le due cariche hanno segno
  opposto e repulsiva se hanno lo stesso segno
• Aumenta allaumentare delle cariche elettriche
  q1 e q2
• Diminuisce allaumentare della distanza r tra le
  cariche

F
- F
q1
q2
-



r
r
q2
q1
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Costante elettrostatica di Coulomb
k è una costante di proporzionalità detta
costante elettrostatica di Coulomb e vale
nel vuoto
K0
er Costante dielettrica relativa
nella materia
Mezzo dielettrico er
Aria secca 1,0006
Carta comune 2
Gomma 2,2 - 2,5
Porcellana 4 7
Vetro 6 8
Acqua pura 81,07
Ossido di titanio 90 - 170
er 1 nel vuoto In tutti gli altri casi er gt
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Esercizio
a) Calcolare la forza con cui si attraggono due
oggetti carichi Q14,5 10-3C e Q2-5 10-2 C
posti ad una distanza di 1.5 m nel vuoto. b)
Quanto vale la forza di attrazione tra le stesse
due cariche poste ad una distanza di 1.5m in
acqua (er81.07)?
Lintensità della forza elettrostatica si riduce
passando dal vuoto allacqua (questo vale per
ogni altro mezzo, non solo lacqua, essendo
ergt1).
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Forza di Coulomb e Forza Gravitazionale
La legge di Coulomb ha una forma che somiglia
molto alla legge di gravitazione universale

• Entrambe le forze
• sono dirette lungo la congiungente dei due corpi
• decrescono al crescere della distanza r tra i
  corpi (come 1/r2)
• crescono al crescere del valore della grandezza
  che le genera (q per FE e m per FG)

Cè una differenza la forza di Coulomb può
essere attrattiva o repulsiva, quella
gravitazionale è solo attrattiva. Intensità
della F gravitazionale ltlt intensità della F
elettrostatica G 6.67 10-11
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CAMPO ELETTRICO
Abbiamo visto che una carica Q riesce a fare in
modo che altri oggetti elettricamente carichi
risentano di forze dovute alla sua presenza. .
Possiamo pensare quindi che essa sia in grado di
"perturbare" elettricamente lo spazio attorno a
sé. Questo si esprime dicendo che la carica
"genera" intorno a se un campo elettrico.
La presenza del campo elettrico generato da Q fa
si che q risenta della forza FqEQ
F
FQEq
Q
q
Ogni punto dello spazio intorno a Q è perturbato
dalla presenza del campo elettrico generato
dalla stessa Q
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CAMPO ELETTRICO
Campo elettrico generato da una carica puntiforme
Q

• Campo elettrico generato da una carica Q
• aumenta con laumentare della carica Q
• diminuisce man mano che ci si allontana da essa
  (r aumenta)

Dato E
Nota la forza che la carica Q esercita su una
carica q si scrive come
FORZA DI COULOMB
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LINEE DI CAMPO (carica positiva)
Un metodo grafico per rappresentare il campo
elettrico consiste nellutilizzo di linee
orientate dette linee di campo.
Le linee di campo generate da una singola carica
puntiforme positiva sono semirette uscenti dalla
carica sorgente
Le linee di forza indicano la direzione e il
verso del campo elettrico.
Q

E
Dove sono più fitte (zona azzurra) il campo
elettrico è più inteso dove sono più rade (zona
giallina) il campo elettrico è meno intenso. In
effetti sappiamo che il campo elettrico generato
da una carica diminuisce man mano che ci si
allontana da essa.
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LINEE DI CAMPO (carica negativa)
Le linee di campo generate da una singola carica
puntiforme negativa sono semirette entranti nella
carica sorgente
F
Il campo nella zona azzurra (linee di campo
fitte) è più inteso che nella zona giallina
(linee di campo più rade). In effetti sappiamo
che il campo elettrico generato da una
carica diminuisce man mano che ci si allontana da
essa
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Esercizio
. Una carica elettrica Q10-2 C posta nel vuoto
genera un campo elettrico nello spazio
circostante. Calcolare a) lintensità del
campo elettrico in un punto P ad una distanza r
10 cm dalla carica Q b) la forza che
agisce su di un elettrone posto nel punto P.