ELETTRIZZAZIONE

Strofinio

Se si strofina una bacchetta di plastica, questa acquista la proprietà di attirare piccoli pezzi di carta. Lo stesso avviene per una bacchetta di vetro. Si dice che i corpi strofinati si sono caricati di elettricità. Prendiamo due bacchette dello stesso materiale, entrambe strofinate e una di esse la sospendiamo con un filo. Si nota che se le avviciniamo esse si respingono. Se invece le bacchette sono una di plastica e una di vetro, si attraggono. Tutti i corpi, non metallici, si comportano o come la plastica o come il vetro, sono cioè respinti dalla plastica e attratti dal vetro o viceversa. Esistono perciò due stati elettrici o per meglio dire due cariche elettriche: positive e negative(questo modo di dire è dovuto a Franklin).  Tutti i corpi, che si comportano come il vetro, sono carichi positivamente, quelli come la plastica negativamente.

Contatto.

Se ad una bacchetta, sospesa e neutra, mettiamo a contatto un’altra bacchetta carica, le due, dopo essersi toccate, si respingono. Questo significa che si sono caricate dello stesso segno, parte della carica si è trasferita dalla bacchetta carica a quella scarica .

Induzione elettrostatica.

Se ad una sferetta scarica, sospesa, avviciniamo un corpo carico, essa viene attratta. Se invece avviene il contatto, viene respinta. Nel primo caso sulla sferetta si è generata, nelle vicinanze del corpo una carica opposta a quella del corpo.

Conduttori ed isolanti.

Se fra il corpo A, carico, e il corpo B, scarico inseriamo un metallo, il corpo B viene respinto. Ciò significa che una parte di carica, posseduta da A, attraversa il metallo e carica, dello stesso segno, B che viene respinto. Se, invece, inseriamo un corpo di plastica su B non agisce nessuna forza, rimane cioè scarico. La carica non si sposta da A a B attraverso l’isolante e B resta scarico. I corpi, che si lasciano attraversare dalla carica elettrica sono detti conduttori, gli altri sono isolanti.   

Esaminiamo queste due figure:

1)  Nella prima viene strofinato un cucchiaio di metallo, che l’operatore tiene fra le mani. Tale strofinio sembra non produrre nessuna elettrizzazione (il cucchiaio non attirerà pezzi di carta).

2)  Nella seconda lo stesso cucchiaio è strofinato con l’ausilio di guanti di plastica. In questo caso il cucchiaio è capace di attirare pezzi di carta (ci sono su di esso delle cariche elettriche).

In entrambi i casi lo strofinio produce sul cucchiaio delle cariche, nella zona, in cui è strofinato. Nel primo caso, essendo esso un conduttore, tali cariche passano alla mano e poi attraverso il corpo umano, anche esso conduttore, si disperdono a terra e il cucchiaio alla fine è scarico. Nel secondo caso il guanto, isolante, impedisce il passaggio di cariche al corpo e quindi le cariche non si disperdono a terra. Se vogliamo perciò prendere un conduttore carico, senza scaricarlo, dobbiamo toccarlo con un materiale isolante.

   Spiegazione microscopica dell’elettrizzazione.

 I corpi elettricamente neutri (scarichi) possiedono un eguale numero di cariche positive e negative, che si annullano. Tali cariche non sono altro che i protoni, positivi, e gli elettroni, negativi, di cui sono costituiti i corpi. Elettrizzare un corpo consiste perciò nel separare le cariche. Quando si strofina con un panno un corpo di vetro, siccome il panno ha affinità elettronica maggiore del vetro (attira di più gli elettroni), esso attira alcuni elettroni dal vetro. Quindi alla fine il panno avrà un eccesso di elettroni e sarà caricato negativamente, il vetro meno elettroni e sarà perciò positivo. Se mettiamo a contatto una sferetta positiva ad un corpo neutro, tale sfera, essendo positiva, attirerà su di sé alcuni elettroni del corpo neutro. Alla fine, il corpo scarico avrà più protoni che elettroni e sarà positivo, gli elettroni, che arrivano sul corpo carico, annulleranno la carica di alcuni protoni e quindi è come se avesse perso alcune cariche positive.

Se nelle vicinanze di un corpo neutro metallico mettiamo un corpo carico positivo esso attirerà gli elettroni che però non passano sul corpo carico, non essendoci il contatto. Quindi il corpo inizialmente neutro avrà un eccesso di cariche negative nelle prossimità del corpo positivo e un eccesso di protoni nella parte lontana.

Differenza a livello microscopici fra conduttori ed isolanti.

Nei metalli, che sono conduttori, gli atomi si dispongono in modo che gli elettroni più esterni possono muoversi all’interno del corpo liberamente. Essi non sono vincolati a nessun atomo in particolare, ma muovendosi liberamente appartengono a tutti.

Il corpo A attira a sé alcuni degli elettroni, liberi di spostarsi, e per questo B avrà più protoni che elettroni e sarà carico positivo. D’altra parte, gli elettroni, che arrivano su A, neutralizzeranno alcune cariche positive di A, che avrà meno cariche positive in eccesso. Il risultato finale è come se delle cariche positive fossero passate da A a B.

Elettroscopio

L’elettroscopio è uno strumento che, essenzialmente, serve a vedere se un corpo è carico o neutro. Esso è formato da un’ ampolla di vetro, in cui è inserita un’asta di metallo, che termina nella parte interna dell’ampolla con due leggere foglioline d’oro (si usa l’oro in quanto è un metallo, molto malleabile e quindi può ridursi in foglie sottili e leggere) e dalla parte opposta con un pomo di metallo. Se si mette a contatto con il pomo un corpo carico, una parte delle cariche si trasferiscono alle foglioline. Queste ultime, essendo cariche dello stesso segno, si respingono e le foglioline, molto leggere si allargano. Se allontaniamo il corpo carico le foglioline restano divaricate, perché la carica, comunicata ad esse resta su di esse. Se tocchiamo il pomello con la mano le foglioline tornano ad unirsi. Infatti, le cariche, che erano sulle foglie, attraverso il corpo, che è conduttore si disperdono a terra. Le foglioline dell’elettroscopio si divaricano anche se nelle sue vicinanze c’è un corpo carico. 

In questo caso l’asta dell’elettroscopio si elettrizza per induzione. La parte vicina, il pomello, di segno opposto al corpo carico (in figura carica positiva), le foglioline, parte lontana, dello stesso segno (in figura negativamente) e quindi si respingono. Se allontaniamo il corpo carico, chiamato induttore, le cariche positive del pomello si neutralizzano con quelle negative delle foglie e quindi queste ultime si avvicinano, non essendoci più la forza repulsiva. Se, quando avviciniamo lo stesso corpo carico, teniamo un dito sul pomello, notiamo che le foglie divaricano maggiormente. Se, contemporaneamente, allontaniamo il corpo carico e togliamo il dito dal pomello, le foglioline restano divaricate. In questo caso, l’asta e la terra costituiscono un unico corpo conduttore, e perciò l’asta, essendo la parte vicina, si carica tutta di segno opposto al corpo induttore (corpo carico) e le cariche dello stesso segno sono a terra. Quando in contemporanea allontaniamo il corpo e stacchiamo il dito dal pomello, le cariche sull’asta rimangono su di essa.

L’elettroscopio, oltre a rivelarci se un corpo è carico o no, ci può far distinguere fra corpi conduttori ed isolanti. Infatti, se tocchiamo il pomello con un corpo conduttore esso si scarica, se con un isolante, resta carico. Questo strumento uesto non può misurare la quantità di carica posseduta da un corpo. Infatti, la parte di carica che passa alle foglie e, in conseguenza la divaricazione delle foglie, dipende anche dalle dimensioni dei corpi carichi rispetto all’asta.