CONDUTTORI, ISOLANTI ED ELETTRIZZAZIONE

PREMESSE

1. Il modello semplificato di un atomo prevede la presenza di un nucleo, formato da protoni (particelle di carica positiva) e neutroni, e da elettroni (particelle di carica negativa). I protoni e gli elettroni hanno stessa carica ma segno opposto. Quindi un atomo è neutro quando il numero di protoni e di elettroni è lo stesso.
2. Prima di parlare dei fenomeni elettrici, dobbiamo distinguere i corpi in due grandi categorie: conduttori ed isolanti.
   1. Conduttori: la carica elettrica può migrare da una posizione ad un’altra (è mobile) sotto l’azione di una forza (elettrica); esempi di conduttori sono: argento, rame, corpo umano.
   2. Isolanti: la carica elettrica è vincolata in posizioni fisse (la carica ha comunque un minimo di mobilità); esempi di isolanti sono: plastica, gomma, vetro, ceramica. Quando il mezzo isolante è omogeneo ed isotropo (uguale in tutte le direzioni) viene detto dielettrico.
   3. Esiste poi un’altra categoria di materiali (di cui non ci occuperemo) detti semiconduttori che hanno proprietà intermedie ai due sopra indicati; esempi di semiconduttori sono: silicio e germanio.
3. Un corpo si dice neutro quando la somma delle cariche positive è uguale e contraria alla somma delle cariche negative, cioè la somma delle cariche è zero.
4. PRINCIPIO DI CONSERVAZIONE DELLA CARICA: la somma (algebrica) delle cariche elettriche in un sistema isolato è costante.

ELETTRIZZAZIONE PER STROFINIO

Supponiamo di prendere un corpo elettricamente neutro, ad esempio una penna di plastica, e la strofiniamo su un panno di lana (anch’esso neutro). Quest’azione meccanica dovuta alla forza di attrito tra i due oggetti consente di fornire un’energia agli elettroni del panno di lana tale da consentire loro di spostarsi sulla penna. Quest’ultima, nella zona di contatto con il panno, avrà un eccesso di cariche negative e quindi complessivamente la considereremo carica negativamente.

Se ripetiamo il precedente esperimento con una bacchetta di vetro su un panno di lana gli elettroni della bacchetta si sposteranno sul panno di lana. La bacchetta di vetro si caricherà positivamente (perché ha ceduto degli elettroni al panno).

Si osservi che sono gli elettroni a spostarsi e non i protoni!

Osservando la serie triboelettrica, strofinando due materiali quello più in alto si caricherà positivamente e quello più in basso negativamente.

Dopo aver ottenuti materiali caricati positivamente e negativamente si possono fare una serie di esperimenti avvicinando le varie bacchette, con ad es. una delle due appesa ad un filo, per notare che:

1. corpi elettrizzati con lo stesso tipo di carica si respingono;
2. corpi elettrizzati con un diverso tipo di carica si attraggono;
3. la forza (elettrica) di attrazione dipende dalla distanza dei due corpi (diminuisce all’aumentare della distanza).

ELETTRIZZAZIONE PER CONTATTO DI UN CONDUTTORE

Consideriamo una pallina di alluminio (inizialmente neutra) appesa tramite un filo (ad es. ad un banco) [fig. 1]. Prendiamo una penna e la strofiniamo su un panno di lana in modo che si carichi negativamente. Avvicinando tale penna al conduttore, le sue cariche negative verranno respinte dalle cariche negative sulla penna e si posizioneranno il più lontano possibile [fig. 2]. Quindi le cariche positive saranno più vicine di quelle negative (che sono state indotte ad allontanarsi) e perciò tra i due oggetti ci sarà attrazione. Non appena la penna entra in contatto con la pallina di alluminio, alcuni elettroni sulla penna andranno sulla pallina che si caricherà negativamente. Poiché pallina e penna saranno caricate con lo stesso segno, si respingeranno.

In questo video, realizzato da un mio alunno (Iacopo) si può osservare il fenomeno sopra indicato:

Se l’elettrizzazione non è energica gli effetti possono non essere evidenti.

Prof. Vito Egidio Mosca

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