Linee di forza

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From the course by Politecnico di Milano

Introduzione alla fisica sperimentale: elettromagnetismo, ottica, fisica moderna

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Politecnico di Milano

Introduzione alla fisica sperimentale: elettromagnetismo, ottica, fisica moderna

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Il corso affronta le tematiche dell'elettromagnetismo e dell'ottica, fornendo le nozioni che risultano utili per affrontare insegnamenti di fisica di base, a partire dalla comprensione del metodo sperimentale per poi mostrare le grandezze fondamentali e loro relazioni in tali ambiti, imparando a identificarle, distinguerle e utilizzarle. Gli argomenti affrontati relativamente all'elettromagnetismo sono, divisi per settimane: · campo elettrico, conduttori, condensatori e materiali dielettrici · corrente elettrica, campo magnetico e materiali magnetici mentre per l'ottica si ha · onde elettromagnetiche, ottica geometrica e ottica ondulatoria con un'ultima settimana di accenno alla fisica moderna. All’interno di ogni settimana si trovano video relativi a lezioni, esercizi ed approfondimenti su alcuni argomenti, nonché quiz a risposta chiusa allo scopo di fornire allo studente l’opportunità di un primo feedback di auto-valutazione. Ognuna delle tematiche si chiude poi con un quiz riepilogativo per verificare l’acquisizione delle nozioni presentate.

From the lesson

Campo elettrico

Nello studio della meccanica si introducono dei fenomeni che la stessa meccanica non spiega, ad esempio la forza d’attrito o la forza elastica; per una loro spiegazione a livello fondamentale è necessario approfondire un altro aspetto della fisica, l’elettromagnetismo, in particolare l’elettrostatica e la magnetostatica. Il termine statica si riferisce al fatto che tali fenomeni verranno analizzati solamente in condizioni di campo costante, ossia distribuzioni costanti di carica per il campo elettrico e correnti costanti per il campo magnetico; questo consente di separare analiticamente l'elettromagnetismo nelle due formulazioni, descrivendo due fenomenologie che sembrano differenti e non correlate, cosa non permessa per campi variabili nel tempo.

Carica elettrica e forza di Coulomb5:03

Campo elettrico5:09

Linee di forza3:59

Principio di sovrapposizione (exe)7:17

Atomo di idrogeno (exe)5:34

Confronto con forza gravitazionale (exe)4:55

Equilibrio: interpretazione geometrica (exe)8:11

Equilibrio: calcolo (exe)5:36

Meet the Instructors

Maurizio Zani
Assistant Professor
Physics Department

Abbiamo visto in precedenza il campo elettrico di una carica puntiforme. Nel nostro Formulario abbiamo scritto il suo modulo.

Questo modulo va completato - essendo il campo elettrico un vettore -

con la direzione che, in una carica puntiforme, è sempre radiale e uscente, e con il verso, che è dato dal segno della carica stessa.

Quindi capite che in questo caso, molto semplice, la formula è sufficiente per descrivere tutto quello che riguarda il campo elettrico.

Quando la distribuzione di carica però è più complessa, una rappresentazione grafica è di aiuto.

Una rappresentazione grafica del campo elettrico è fatta mediante le linee di forza.

Esistono cinque semplici regole per disegnare le linee di forza di un campo elettrico.

La prima è che il campo elettrico E è sempre tangente alle linee di forza.

La seconda è che le linee di forza non si possono intersecare tra di loro, altrimenti in un punto avremmo due campi elettrici diversi, e questo è impossibile.

La terza è che le linee di forza nascono sempre da cariche positive, quindi vuol dire che le linee di forza escono sempre dalle cariche positive.

La quarta è che le linee di forza sono sempre entranti all’interno di cariche negative.

La quinta è che l’intensità del campo elettrico, graficamente, viene visualizzata con un aumento delle densità di linee di forza.

Quindi il modulo del campo elettrico è proporzionale alla densità di linee di forza.

Proviamo adesso ad applicare queste cinque semplici regole a una distribuzione di carica più complessa di quelle che abbiamo visto fino ad ora.

Consideriamo, ad esempio, una carica positiva, di valore q, e una carica negativa, di valore - 2q (quindi in modulo più grande della carica positiva).

Proviamo adesso, applicando queste semplici regole, a disegnare nello spazio il nostro campo elettrico.

Noi sappiamo che dalle cariche positive le linee di forza devono uscire; sappiamo che le linee di forza devono entrare all’interno delle cariche negative

Essendo, però, la nostra carica negativa più grande della carica positiva, vedrà entrare al suo interno più linee di forza,

perché, vi ricordate, l’intensità del campo elettrico è sempre proporzionale alla densità delle linee di forza.

Mi aspetto, quindi, che nelle vicinanze di una carica molto grande le linee di forza siano molto dense.

Se adesso uniamo le linee di forza, in maniera tale da completare il nostro quadro,

vedremo che le linee di forza partiranno dalla carica positiva per andare a terminare sulla carica negativa.

Le linee di forza entranti nella carica negativa, che non escono dalla carica positiva, stanno provenendo dall’infinito.

Vedete quindi che, in maniera molto semplice, abbiamo descritto, in una figura, l’andamento del campo elettrico.

In questo modo, con un unico colpo d’occhio noi siamo in grado di capire come una carica, ad esempio sonda o un’altra carica, si comporterà all’interno di questo campo elettrico.

Questo ci permette di citare un’importante considerazione,

ovvero che io conosca la distribuzione di cariche, oppure conosca come lo spazio è stato modificato, quindi conosca il campo elettrico, è del tutto equivalente, ai fini dei fenomeni elettrici.

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