Carica elettrica: protoni, elettroni

La carica elettrica è una proprietà fisica fondamentale determina una forza attrattiva o repulsiva tra due specie.
Vi sono due tipi di carica elettrica:

-carica elettrica positiva esibita dai protoni

-carica elettrica negativa esibita dagli elettroni

La forza elettrostatica attrattiva o repulsiva  tra due cariche elettrostatiche è data dalla Legge di Coulomb:
F =k│q₁││q₂│/ r²

Dove k è un fattore di proporzionalità, r è la loro distanza, q₁ e q₂ sono le cariche la cui unità di misura è il Coulomb

Alla scoperta dell’elettricità

Fin dall’antichità era noto che a seguito di strofinio l’ambra attirava a sé corpi leggeri. Il fisico britannico William Gilbert si occupò per primo di fenomeni elettrici introducendo il termine elettricità dal greco ἤλεκτρον, nome con cui i greci chiamavano l’ambra.

Si può osservare che strofinando una bacchetta di ambra, con un panno di lana, la bacchetta si elettrizza e può attrarre piccoli pezzetti di carta.
Anche una bacchetta di plastica strofinata con una pelle si elettrizza, ma il tipo di elettrizzazione è diverso.

Due bacchette se elettrizzate con lo stesso procedimento si respingono, mentre se elettrizzate con procedimenti diversi si attraggono.
Esistono quindi cariche elettriche di tipo differente

Proprietà della carica elettrica

Le cariche elettriche, quando sono considerate cariche puntiformi, sono grandezze scalari pertanto in un sistema che consiste di due cariche, vale a dire q₁ e q₂ la carica totale del sistema sarà la somma algebrica di q₁ e q₂. La proprietà additiva delle cariche elettriche afferma che se ci sono n cariche presenti all’interno, la carica totale presente sarà la somma algebrica delle singole cariche.

Inoltre la carica non può essere né creata né distrutta, ma può essere trasferita da un corpo all’altro tramite certi metodi come la conduzione e l’induzione. Secondo la quantizzazione della carica elettrica, le cariche elettriche sono definite come il multiplo intero della carica presente su di esse, quindi, in qualsiasi sistema, le cariche saranno pari a q = ne dove n è un numero intero ed e è valore della carica pari a 1.6 · 10 ^-19 C

Tipi di cariche elettriche

Il comportamento delle bacchette di vetro e di plastica elettrizzate è spiegato dall’esistenza di due tipi di carica elettrica.

Per convenzione la carica positiva è quella che si manifesta nel vetro elettrizzato mentre quella negativa è quella della plastica elettrizzata. Pertanto si può dire che due corpi con cariche di segno opposto si attraggono. Al contrario due corpi che hanno cariche dello stesso segno si respingono. Un corpo che ha in ugual misura cariche di segno opposto è neutro cioè non manifesta forze elettriche in vicinanza di corpi carichi. Ciò consente di avanzare l’ipotesi che la materia, in condizioni normali, è elettricamente neutra

Esercizi sulla carica elettrica

• Un pezzo di polietilene viene strofinato con un panno di lana; la carica sviluppata sul panno di lana è pari a 7 · 10 ^-9 C. Qual è la quantità di cariche trasferite?

Sostituendo i dati noti nell’espressione q = ne si ha:
7 · 10 ^-9  C = n  ·1.6 · 10 ^-19 C
da cui n = 7 · 10 ^-9  C/ 1.6 · 10 ^-19 C = 4.4  · 10 ¹⁰ che è un numero adimensionale

• Calcolare il numero di elettroni presenti in un Coulomb

Poiché la carica di un elettrone è pari a 1.6 · 10 ^-19 C si ha che il numero di elettroni presenti in un Coulomb è pari a 1/ 1.6 · 10 ^-19 C /e = 6.25 · 10 ¹⁸ e

• Calcolare la carica elettrica totale in un sistema isolato sono presenti 5 diversi tipi di cariche, i cui valori  sono: +5nC, -6nC, +3nC, +4nC, +1nC

Per l’additività delle cariche elettriche si ha: Q = +5nC -6nC +3nC +4nC +1nC = nC(5-6+3+4+1) = 7 nC