Campo elettrico (Liceo)
Se sei interessato al campo elettrico per fisica 1 o fisica 2 lo trovi qui Campo elettrico in questa lezione trattiamo il campo elettrico per il liceo.
Introduciamo un concetto fondamentale in elettrostatica, quella di campo elettrico. Ricordiamo che elettrostatica vuol dire che le cariche sono ferme.
Non è immediato capire cosa è il campo elettrico, in particolar modo la differenza con la forza elettrica. Sono entrambi vettori che esprimono azioni di tipo elettrico, però, mentre il primo, il campo elettrico, esiste sempre se c’è una sorgente ( ad esempio un carica ) , la forza elettrica no, essa si esplica solo se poniamo una carica nel campo generato dalla sorgente.
Andiamo per gradi e iniziamo la nostra lezione.
Consideriamo una carica Q positiva, sorgente, posta in un punto P dello spazio. Vicino ad essa poniamo un’altra carica +q che chiamiamo carica di prova.
La carica +q è il nostro test, ossia la utilizziamo per studiare cosa accade attorno alla carica +Q. Disegniamo anche il vettore r che collega il punto dove è posta +Q a quello dove c’è +q.
Nel punto dove abbiamo messo la carica di prova +q, sappiamo che nasce subito una forza Fe . Dato che le cariche sono entrambe positive, questa forza è repulsiva, ossia +q viene respinta.
La legge di Coulomb ci dice che il modulo della forza elettrica Fe è dato dalla relazione :
dove
εo è la costante dielettrica del vuoto. Tra le due cariche +Q e +q c’è il vuoto.
Questo è il modulo di Fe, dato che le forze sono vettori, essa ha anche una direzione e un verso. La direzione è lungo la congiungente le due cariche ( quella di r ) mentre il verso è uscente, ossia verso l’esterno (quello che tende ad allontanare +q).
Riprendiamo ora l’espressione della forza di Coulomb e scriviamocela in maniera leggermente diversa
E’ la stessa di prima solo che abbiamo messo una parte tra parentesi.
Tutto quello che stà tra le parentesi tonde lo chiamiamo campo elettrico E.
Con questa posizione E risulta pari alla forza elettrica divisa per la carica +q
Anche il campo E è un vettore, come la forza, quindi dovremmo scrivere
E è un vettore che ha la direzione di F.
Dobbiamo fare delle considerazioni.
Abbiamo parlato di carica di prova +q . Se è di prova significa che la mettiamo in un punto per vedere l’effetto della carica +Q sorgente sullo spazio circostante. Allora q deve essere così piccola da non disturbare quello che genera +Q, altrimenti la nostra misura risulterebbe errata. Si dice che q deve essere puntiforme. In pratica una carica è ritenuta puntiforme quando le distanze in gioco sono molto maggiori delle dimensioni della carica.
Se il campo elettrico è espresso dalla relazione
vuol dire che esso non dipende dalla carica +q (nella formula non c’è). Il campo E c’è anche senza la carica +q, esso esiste e persiste a prescindere dalla carica di prova, ossia se nel punto considerato c’è o meno +q. Se nel punto mettiamo la carica +q allora nasce la forza elettrica Fe .
Il campo elettrico E, se c’è la sorgente +Q, c’è sempre, anche senza forza elettrica.
E è una grandezza legata solo alla sorgente +Q.
La carica Q crea un campo elettrico che diventa forza quando poniamo una carica q nel campo da generato da +Q.
Spero che sia chiaro.
Ci rimane da vedere come è fatto questo campo elettrico.
Riprendiamo la nostra sorgente +Q e consideriamo un punto P nello spazio attorno ad essa.
Una volta scelto il punto P, disegniamo il raggio che congiunge +Q a P. A questo punto disegniamo il vettore campo elettrico E che sappiamo avere la direzione del raggio e verso esterno (perchè la sorgente è positiva).
Ora togliamo r
Ecco il vettore campo elettrico nel punto P
Prendiamo un altro punto e facciamo la stessa cosa
Se i due punti hanno la stessa distanza da +Q il campo è lo stesso dato che dipende solo dalla distanza da +Q
Se ripetiamo la costruzione per tutti i punti attorno alla carica sorgente otteniamo
Campo elettrico generato da una carica sorgente +Q
Se al posto di +Q abbiamo una carica negativa -Q, che viene detta pozzo e non sorgente, il campo risulta
Campo elettrico generato da una carica -Q
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