In questa breve lezione ho necessità di utilizzare qualche formula, nulla di complicato.
Lo stesso tipo di azioni che esistono tra particelle elementari, elettroni (con carica negativa) e protoni (con carica positiva) si ha anche tra corpi carichi, cioè tra corpi che hanno accumulato o ceduto una certa quantità di elettroni, rimanendo pertanto carichi negativamente o positivamente.
Consideriamo due corpi carichi che nel disegno sono indicati con A e B, i due oggetti sono posti ad una distanza d:
per il solo fatto di possedere una carica elettrica essi interagiscono con una forza F, detta Forza elettrostatica, che è direttamente proporzionale al prodotto delle cariche ed inversamente proporzionale alla al quadrato della distanza tra le cariche.
Questa relazione è detta legge di Coulomb (dal nome del suo scopritore) ed è espressa dalla seguente formula:
Le grandezze fisiche presenti nella formula sono misurate nel Sistema Internazionale (S.I.) in:
- la forza F in Newton (N)
- le cariche [pmath size=12]Q_A[/pmath] e [pmath size=12]Q_B[/pmath] in Coulomb (C)
- la distanza d in metri (m)
Nella formula sopra riportata potete notare la presenza della costante K detta costante di proporzionalità ed è espressa dalla seguente formula:
Il valore:
è detta costante dielettrica ed assume valori diversi a seconda del materiale.
In altre parole possiamo riassumere la legge di Coulomb con la seguente frase: la forza F è tanto maggiore quanto più grande è la carica e tanto minore quanto più lontano sono le cariche.
Inoltre la forza F sarà di tipo repulsivo su cariche di stesso segno e attrattivo su cariche di segno opposto.
La forza elettrostatica F può essere considerata una “colla” che tiene insieme o allontana le cariche, ma è anche lo strumento di cui abbiamo bisogno per creare un flusso di elettroni.
Nella formula che rappresenta la legge di Coulomb a titolo di esempio la costante k:
- ha valore di [pmath size=12]9*10^9[/pmath] nell’aria
- ha valore di [pmath size=12]1/9 * 10^9[/pmath] nell’acqua
Quindi a parità di condizioni (temperatura, pressione), se si passa dall’aria all’acqua la forza coulombiana diminuisce di circa 80 volte.
Il nome Coulomb viene impiegato per definire la grandezza fisica di carica elettrica ed una unità di carica elettrica viene indicata con
1 C (un Coulomb)
La carica elementare ed indivisibile è quella posseduta da un elettrone è detta “quanto di carica” e vale:
[pmath size=16]e=-1,602*10^-19 C[/pmath]
da cui si desume che per avere una carica di 1 C servono [pmath size=12]6,25*10^18[/pmath] elettroni.
Se non siete pratici con la notazione scientifica vi ricordo che il numero [pmath size=12]6,25*10^18[/pmath] corrisponde a 6.250.000.000.000.000.000 piuttosto grande non trovate?
L’amico e collega Dario Zucchini, dell’Associazione Dschola mi segnala l’evento indirizzato a tutte le scuole per i docenti di tutte le materie.