LAUREA IN SCIENZE MOTORIE

- CARICA ELETTRICA E FORZA DI COULOMB

ELETTROSTATICA ^{parte I}

LAUREA IN SCIENZE MOTORIE

4^a grandezza fondamentale :

carica elettrica Q, q

CARICA ELETTRICA e FORZA di COULOMB

unità di misura S.I.

coulomb (C)



(*⁾ nel S.I. la grandezza fondamentale elettrica é la corrente elettrica (i = q/t) la cui unità é l' ampere

dimensioni [Q] = [i] [t]

•

caratteristiche

• positiva (+), negativa (–)

• Q multipla intera carica elettrica elementare

e ^{= 1.6 10}

^C

• conservazione della carica elettrica

CARICA ELETTRICA e FORZA di COULOMB

• legge di Coulomb

F = 1

4





q

q

r

r

r



_o = costante dielettrica del vuoto  = 8.86 10^–12 C²N^–1m^–2

_r = costante del mezzo relativa al vuoto

G  6.67 10^–11 kg^–2 N m²(forza di gravità) (sensibile per masse molto grandi) 41 _o 9 10⁹ C^–2 N m²

(materia quasi sempre neutra !!! )

(forza elettrostatica)

CARICA ELETTRICA e FORZA di COULOMB

• legge di Coulomb

F = 1

4





q

q

r

r

r



_o = costante dielettrica del vuoto  = 8.86 10^–12 C²N^–1m^–2

_r = costante del mezzo relativa al vuoto

forza attrattiva per cariche di segno opposto forza repulsiva per cariche di segno uguale CARICA ELETTRICA e FORZA di COULOMB

esempio _r (H²O)  80

_r = 1 nel vuoto

_r > 1 nella materia

• legge di Coulomb

F = 1 4





q

q

r

r

r



vuoto

materia



q₁ r

q₂

+F –F

q₁

q₂

–– – ++

+

++ +

++ + –– –

–– –

 

– ––

+F –F

+

–

+

–

CARICA ELETTRICA e FORZA di COULOMB

CAMPO ELETTROSTATICO F = 1

4_o_r

 q Q

r²

r r



q unitaria positiva

(cariche elettriche puntiformi)

unità di misura: S.I. newton coulomb ^–1 (N C^–1)

41_o_r

E =  Q r²

r r



E =

F

q

+Q

+q

E^

E^

+q

–Q q unitaria positiva

41_o_r

E =  Q r²

r r



E =

F

q

CAMPO ELETTROSTATICO

CAMPO ELETTROSTATICO

CAMPO ELETTROSTATICO

+4

+4

–3 –2

ENERGIA POTENZIALE ELETTROSTATICA campo di forze conservativo ?

lavoro L lungo traiettoria chiusa = 0

Q

q A

B

D C

r_B r_A

cariche elettriche puntiformi

•

L = F



ABC D

 

ABCD

Q

q A

B

D C

r_B r_A

ENERGIA POTENZIALE ELETTROSTATICA

L_AB 4_o_r

q Q r1 –_A

= r1_B

ENERGIA POTENZIALE ELETTROSTATICA

Q

q A

B

D C

r_B r_A

= L + 0 – L + 0 = 0 L_ABCD = L_AB + L_BC + L_CD + L_DA =

L_DA = 0

•

L_BC = 0

•

L_CD

• 4_o_r = – L_AB

q Q r1 –_B

= r1_A

L_AB = 4q Q_o_r

r_A

1 1r_B

– 4q Q_o_r

U(r_A) – U(r_B)

=

funzione energia potenziale elettrostatica (cariche elettriche puntiformi)

U(r) = 4 q Q



1 r

F = – grad U(r)



ENERGIA POTENZIALE ELETTROSTATICA

POTENZIALE ELETTRICO

V(r) = U(r) q =

carica puntiforme:

V = U q

4 Q_o_r r1 differenza di potenziale elettrico (d.d.p.)

B 



V = V_B – V_A = – L_AB q

V_A = – L_A q

POTENZIALE ELETTRICO

V(r) = U(r) q =

carica puntiforme:

V = U q

4 Q_o_r r1

legame fra campo elettrico e potenziale elettrico:

unità di misura S.I. volt (V) = joule

coulomb

dimensioni [M][L]²[t]^–2[Q]^–1 = [M][L]²[t]^–3[i]^-1

CAMPO ELETTRICO e POTENZIALE ELETTRICO

F = – grad U(r) = – q grad V(r) F = q E^ 

 campo di forza conservativo

E = – grad V(r)^

modulo : V(r) direzione : moto +qr

E =

modulo : V(r) E = r

CAMPO ELETTRICO e POTENZIALE ELETTRICO

unità di misura del campo elettrico S.I. : volt

newton

coulomb (N C^–1) = metro (V m^–1)

e

unità di misura pratica di energia

elettronVolt (eV) = 1.6 10^–19C 1 V = 1.6 10^–19 J (scala atomica)