Le cariche elettriche: i tipi di elettrizzazione
L’elettricità, uno dei fenomeni più misteriosi e potenti della natura, ha affascinato l’umanità per millenni. Al centro di questo enigma sorprendente stanno le cariche elettriche e il processo di elettrizzazione, concetti fondamentali che hanno dato forma alla civiltà moderna e continuano a propellere il progresso tecnologico.
Le cariche elettriche sono una delle proprietà fondamentali della materia, manifestandosi in due tipi: positiva e negativa. Questi opposti si attraggono, mentre cariche dello stesso tipo si respingono, secondo la legge fondamentale della fisica. Il processo di elettrizzazione, ovvero il trasferimento di cariche elettriche da un corpo all’altro, è un fenomeno affascinante che può avvenire in vari modi. Uno dei più comuni è l’elettrizzazione per contatto, dove il trasferimento di cariche avviene quando due materiali vengono fisicamente toccati e poi separati. Un altro metodo è l’elettrizzazione per induzione, in cui un oggetto carico avvicinato a un conduttore neutro causa una redistribuzione delle cariche all’interno di quest’ultimo senza che ci sia un contatto fisico.
Queste interazioni di carica sono alla base di molte tecnologie e fenomeni naturali. Dall’elettricità statica che si sente quando si sfrega un palloncino sui capelli, ai lampi sconvolgenti di un temporale, l’elettrizzazione gioca un ruolo cruciale. La storia delle cariche elettriche e dell’elettrizzazione è ricca di scoperte e innovazioni. Fin dai tempi antichi, quando i Greci scoprirono che strofinando l’ambra si potevano attrarre piccoli oggetti, fino agli esperimenti pionieristici di scienziati come Benjamin Franklin e Michael Faraday, l’umanità ha cercato di comprendere e sfruttare questo potere invisibile.
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La forza elettrica e cariche elettriche
La carica elettrica è una grandezza fisica scalare dotata di segno, che indica una proprietà della materia.
Ogni atomo è formato dallo stesso tipo di particelle neutre e cariche definite unità fondamentali.
Queste unità fondamentali sono il neutrone, il protone (carico positivamente) e l’elettrone (carico negativamente).
Le cariche positive dei protoni sono compensate dalle cariche negative degli elettroni, quindi l’atomo è elettricamente neutro.
La carica elettrica convenzionalmente viene detta positiva se è dello stesso tipo della carica del protone, negativa se dello stesso tipo della carica dell’elettrone.
Nel Sistema Internazionale l’unità di misura della carica elettrica è il Coulomb (C).
L’equilibrio elettrico naturale può essere rotto soltanto dal movimento degli elettroni.
La forza che agisce tra i corpi carichi è chiamata forza elettrica.
Corpi elettricamente carichi con cariche dello stesso segno si respingono, mentre corpi con cariche di segno opposto si attraggono.
Elettrizzazione per strofinio
L’equilibrio elettrico naturale di un oggetto può essere rotto soltanto dal movimento degli elettroni che possono spostarsi da un corpo all’altro per strofinio.
Se prendiamo ad esempio una bacchetta di vetro e la strofiniamo su un panno di lana avremo un passaggio di elettroni dal vetro verso il panno. Di conseguenza avremo che il panno si carica negativamente e il vetro si carica positivamente.
Rompiamo ora in piccoli pezzi un foglio di carta.
Prendiamo la bacchetta di vetro elettrizzata e avviciniamola ai pezzi di carta. Questi tenderanno ad avvicinarsi al vetro.
Un corpo che ha acquisito la capacità di attrarre oggetti leggeri si dice elettrizzato.
Elettrizzazione per contatto
Consideriamo un corpo elettrizzato e un corpo neutro. Quando questi corpi entrano in contatto, la carica elettrica può trasferirsi dal corpo carico a quello neutro. In questo caso si parla di elettrizzazione per contatto.
Prendiamo una pallina di plastica leggera ricoperta di carta stagnola e appesa ad un filo legato ad un sostegno, ma libero di oscillare come un pendolo.
Se si carica elettricamente una bacchetta di plastica e con essa si tocca la pallina avremo che queste si respingeranno perché entrambe caricate positivamente.
Se si tocca con un panno di lana la pallina essa ne sarà attratta perché lana e plastica hanno segno opposto.
Quando si manifesta uno stato elettrico si manifesta anche uno stato di segno opposto.
Elettrizzazione per induzione
Se consideriamo un corpo carico e un corpo neutro, essi possono elettrizzarsi anche a distanza attraendosi reciprocamente. Questo avviene per elettrizzazione ad induzione.
Prendiamo una pallina di gomma caricata negativamente e avviciniamo una pallina di gomma non elettrizzata.
Nella pallina neutra le cariche si disporranno in modo da avere le cariche positive vicine alla pallina negativa e le cariche negative più distanti.
Le due palline si attraggono perché le superfici che si fronteggiano presentano cariche di segno opposto.
Quindi le due palline si elettrizzano anche senza il contatto diretto tra i due corpi.
L’induttore è il corpo elettrizzato che esercita l’induzione mentre l’indotto è il corpo neutro.
Conduttori e isolanti
I conduttori elettrici sono i materiali in cui gli elettroni sono liberi di muoversi e non si accumulano come ad esempio avviene nei legami metallici.
Sono quindi buoni conduttori elettrici le sostanze come l’oro, l’argento e il rame.
Gli isolanti elettrici invece sono materiali in cui gli elettroni si spostano con maggiore difficoltà e con l’elettrizzazione tendono da accumularsi.
Sono quindi buoni isolanti elettrici la plastica, il vetro e il legno.
Prendiamo un cucchiaio di metallo e strofiniamolo con un panno di lana. Se avviciniamo dei pezzetti di carta questi non vengono attratti dal cucchiaio in quanto il passaggio delle cariche nella nostra mano ha neutralizzato il cucchiaio.
Se prendiamo invece il cucchiaio con dei guanti di plastica ecco che dopo averlo strofinato riuscirà ad attrarre i pezzettini di carta. Questo accade perché la plastica è un isolante e le cariche elettriche non riescono a fuggire dal metallo attraverso il nostro corpo.