Carica elettrica ed elettrizzazione (Liceo)
In questa lezione vogliamo capire cosa è la carica elettrica e cosa si intende per elettrizzazione dei corpi.
Se sei interessato agli stessi argomenti, ma per fisica 1 o fisica 2, lo trovi in queste pagine Elettrizzazione e Carica elettrica
Tutti noi sappiamo che strofinando una bacchetta di plastica con un panno, essa acquista dei particolari comportamenti che prima non aveva. Infatti ora è in grado di attrarre dei piccoli pezzi di carta. Non solo, se strofiniamo un’altra bacchetta di plastica e la avvinciamo alla prima, vediamo che si respingono. Ma non basta, perché se ora facciamo la stessa cosa con una bacchetta di vetro e l’avviciniamo alla plastica di prima, vediamo che l’effetto è di attrazione e non più di repulsione.
Due bacchette, ad esempio di polietilene, strofinate con un panno, se portate vicine si respingono.
Due bacchette, ad esempio una di polietilene e una di vetro, ambedue strofinate con un panno, se avvicinate si attraggono.
Questi fenomeni vengono indicati con la parola elettrizzazione , si dice cioè che il corpo ha acquistato una carica elettrica. Ma che cosa è la carica elettrica ? Da dove sbuca fuori ?.
La carica elettrica non è una cosa che generiamo noi, essa si trova in ogni corpo. Nella penna che usiamo, nel tavolo, in un pezzo di plastica, in un bicchiere di vetro, …. Qualunque materiale ha in se cariche elettriche.
Per trovarle dobbiamo guardare all’interno di un materiale, andando a fondo troviamo le molecole, guardando ancora meglio, scopriamo che queste sono formate da un aggregato di atomi.
A grandi linee un atomo è formato da una parte centrale, chiamata nucleo, e da particelle che gli ruotano intorno. Nel nucleo sono presenti i protoni che sono particelle con carica positiva. Quelli che ruotano attorno al nucleo sono gli elettroni i quali hanno invece una carica negativa.
I due tipi di carica, quella positiva e quella negativa, sono uguali in valore, ma di segno opposto.
Dato che in un atomo il numero di elettroni presenti è uguale a quello dei protoni, vuol dire che il numero delle cariche positive è uguale a quello delle cariche negative. Essendo poi il loro valore assoluto identico, ecco che l’atomo, visto da fuori, non risulta né positivo né negativo. Si dice che esso è elettricamente neutro.
Questi atomi, unendosi ad altri atomi, formano i vari materiali. Come ciò avviene viene studiato in chimica, quello che interessa, per ora, a noi è l’esistenza di queste cariche e del loro comportamento a seconda del tipo di materiale.
Consideriamo un atomo che presenta due elettroni e strappiamone via uno. L’atomo, ora, non è più elettricamente neutro, ma è diventato positivo visto che presenta due protoni ed un solo elettrone. Esso viene allora chiamato ione positivo.
Se invece aggiungiamo un elettrone all’atomo, quello che otteniamo è uno ione negativo.
Siamo ora in grado di capire cosa accade alla bacchetta, ad esempio di vetro, quando viene strofinata con un panno di lana. Succede che al vetro strappiamo via alcuni elettroni per strofinio, quindi esso si carica positivamente. Dato che le cariche non possono scomparire nel nulla, questi elettroni li ritroviamo sul panno che ora risulta carico negativamente.
Abbiamo visto l’esistenza delle cariche elettriche che sono insite in ogni corpo e che sono di due tipi, positive e negative. Sappiamo anche che cariche dello stesso segno si respingono, mentre quelle di segno contrario si attraggono. Abbiamo anche visto che un corpo può essere elettrizzato per strofinio.
Prima di vedere altri modi per elettrizzare un corpo dobbiamo distinguere i vari materiali in base al loro comportamento elettrico.
I materiali possono essere
Conduttori
Isolanti
In realtà esistono anche i semiconduttori, ma essi ricoprono importanza nell’ambito dell’elettronica e qui non li trattiamo.
Nei conduttori, che generalmente sono i metalli, la carica elettrica che localizziamo in un punto, si propaga all’interno del materiale, non rimane lì ferma.
Negli isolanti la carica elettrica resta localizzata dove è stata prodotta.
Nei metalli, le cariche mobili, che sono gli elettroni, sono piuttosto liberi di muoversi, essi sono debolmente legati agli atomi e vengono chiamati elettroni di conduzione.
Negli isolanti essi sono, invece, fortemente legati agli atomi e rimangono più o meno dove stanno localizzati.
Allora se prendiamo una pallina metallica, caricata ad esempio positivamente, e la attacchiamo ad un’altra pallina, sempre conduttrice, ma neutra (non elettrizzata)
vediamo che la carica si distribuisce su entrambe le sferette.
Abbiamo ottenuto l’elettrizzazione per contatto.
Possiamo elettrizzare un corpo anche avvicinando ad esso un altro corpo preventivamente caricato.
Se avviciniamo il corpo A carico positivamente ad un conduttore B, inizialmente neutro, quest’ultimo si carica negativamente nella zona vicina ad A e positivamente dalla parte opposta.
Questo avviene perché gli elettroni presenti nel corpo B vengono attirati dalle cariche positive che stanno in A. Dal lato opposto di B restano scoperte altrettante cariche positive. Abbiamo ottenuto l’elettrizzazione per induzione.
Se ora allontaniamo A il conduttore B ritorna neutro perchè le cariche si ridistribuiscono al suo interno.
In conclusione :
- Esistono le cariche elettriche
- Sono di due tipi, positive e negative
- Cariche dello stesso segno si respingono cariche di segno opposto si attraggono
- Il numero delle cariche elettriche si mantiene costante. Può esserci il passaggio di cariche da un corpo ad un altro, come abbiamo visto nel caso dello strofinio, ma il loro numero non varia. (Conservazione della carica elettrica)
- Esistono vari modi per elettrizzare un corpo
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