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Cenni Storici

Lezione 1 : Elettricita` e legge di Coulomb. Cenni Storici. La maggior parte dei fenomeni fisici che si verificano attorno a noi sono dovuti a forze elettromagnetiche : forze tra atomi e molecole forze chimiche  vita ! forze d’attrito forze di resistenza viscosa

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Presentation Transcript

  1. Lezione 1: Elettricita` e legge di Coulomb Cenni Storici • La maggior parte dei fenomeni fisici che si verificano attorno a noi sono dovuti a forze elettromagnetiche: • forze tra atomi e molecole • forze chimiche  vita ! • forze d’attrito • forze di resistenza viscosa • forze elastiche e di coesione • forze legate al magnetismo terrestre • luce è onda elettromagnetica La tecnologia moderna è basata più del 99% • sull’ elettromagnetismo !! Tutti i fenomeni che avvengono su scale superiori alle dimensioni del nucleo atomico sono alcuni natura gravitazionale grandissima parte natura elettromagnetica

  2. La natura elettromagnetica dei fenomeni non appare a prima vista ed è rimasta ignota fino a 2 secoli fa: • forza elettrica: attrattiva e repulsiva • materia: cariche negative e positive esattamenteuguali  il mondo dell’elettromagnetismo è stato completamente scoperto dall’indagine scientifica XVI secolo: prime osservazioni sistematiche di fenomeni elettrici e magnetici; …. : Coulomb,Galvani, Volta, Oersted, Ampère, Faraday 1865: equazioni di J.K. Maxwell teoria completa dell’elettromagnetismo classico relativisticamente corretto descrizione del mondo macroscopico XX secolo: R.P. Feyman, J. Shwinger e Tamanagaelettromagnetismo quantistico: spiega i fenomeni su scala atomica e inferiore, interazione tra particelle cariche e campo em.

  3. La carica elettrica Fatti sperimentali: • esiste carica positiva e negativa • cariche dello stesso tipo si respingono, di tipo diverso si attraggono attrazione repulsione elettroscopio a foglie: misura relativa della carica elettrica

  4. Struttura elettrica della materia • 3 costituenti elementari: • protone • neutrone • elettrone • massa: • mp mn  1.67 10-27 kg • me  9.11 10-31 kg  1/1836 mp • dimensioni: • de 4 10-18 m = 4 am (puntiformi) • dp  dn  10-15 m = fermi (formati da quark) • dq  0.2 10-18 m • caricaelementare (più piccola carica libera): • qe qp =1.60210-19 C • qn 0 • materia: numero enorme di costituenti elementari carichi • globalmente neutra

  5. Misura della Carica Elementare(R. Millikan 1910) goccioline d’olio cariche per sfregamento con il nebulizzatore + E - E = 0 E  0 q = nqen = 0,1, 2, 3,… qe= 1.602 10-19 C

  6. Conservazione della carica • non è possibile creare o distruggere carica elettrica ( il valore totaledeve rimanere invariante) • posso solo fare trasferimenti di cariche tra corpi annichilazione e- + e+  2 g massa  energia (E=mc2) carica conservata decadimenti radioattivi 23892U  23490Th + 42He reazioni nucleari 4420Ca + p 4421Sc + n

  7. La legge di Coulomb(1785) Bilancia a torsione equilibrio dei momenti delle forze Validita`: • cariche puntiformi • ferme • nel vuoto esperimento delicato e difficile:  poca precisione ( qualche %);  non convince che esponente sia 2 e non 2.01 validità della legge è stabilita con precisione indirettamente, per le sue conseguenze.

  8. Bilancia di torsione di Coulomb (Accademia delle Scienze francesi, 1785)

  9. Costante di proporzionalità • non può essere direttamente determinata dall’esperimento di Coulomb • dipende da : • mezzoin cui sono immerse le cariche • unità di misura della carica elettrica Esempio: vuoto k  1 carica unitaria carica che posta a distanza unitaria da carica uguale la respinge con forza unitaria carica unitaria dipende da unità meccaniche 1 Coulomb = 1 Ampere  1 sec.  grandezza elettrica indipendente

  10. Forza che q1 esercita su q2 F12 q2 q1 F21 q2 F12 F21 q1 Sperimentalmente: principio di azione e reazione non è soddisfatto da tutte le forze (è violato da cariche in movimento)

  11. Principio di sovrapposizione (principio di indipendenza delle forze simultanee) • risultato sperimentale • conferma carattere vettoriale legge di Coulomb

  12. Forza di Coulomb è conservativa il lavoro fatto per spostare una carica q in presenza di una carica q0 non dipende dal percorso ma solo dal punto iniziale e finale.  tutte le forze centrali sono conservative

  13. Confronto Coulomb-Newton attrattiva o repulsiva solo attrattiva esempio:forze elettrone-protone • Possibilità di osservare forze gravitazionali: • mescolamento cariche positive e negative • esatta equaglianza fra esse

  14. per assurdo:qp= 1.000000001 qe=qe + 10-9qe Calcolare FEcon cui si respingono due sfere di ferro di 1 kg alla distanza di 1 m. Fe : 26 elettroni 26 protoni  A= 55 29 neutroni 1 mole = 55 gr NA =6.02  1023 atomi in ciascuna sfera: # atomi = (1000/55)  NA =1.1  1025 # elettroni = 2.8  1026 carica sfera: q = 2.8  1026  qe  10-9 =4.6  10-2 C tonnellate !!

  15. Carica necessaria per sollevare una piramide 1 m 100 m 100 m (in una lampadina: 100Watt  0.5A, 1A = 1C/sec)

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