L'elettrostatica

Fenomeni Elettrostatici e Carica Elettrica

L'elettrostatica è il ramo della fisica che si occupa dello studio delle cariche elettriche in condizioni di equilibrio, ovvero quando sono ferme. Un esempio di fenomeno elettrostatico è l'elettrizzazione per strofinio, che fu osservato per la prima volta nell'antichità con l'ambra, capace di attrarre piccoli oggetti dopo essere stata strofinata. Questo avviene a causa della carica elettrica, una proprietà fondamentale che consente agli oggetti di esercitare forze di attrazione o repulsione reciproca. Ad esempio, una bacchetta di plastica strofinata con della lana acquisisce una carica negativa, mentre una bacchetta di vetro strofinata con della seta diventa positivamente carica. Corpi con cariche dello stesso tipo si respingono, mentre quelli con cariche opposte si attraggono. A livello atomico, la carica elettrica è determinata dalla perdita o guadagno di elettroni: gli atomi che perdono elettroni diventano cationi positivi, mentre quelli che ne guadagnano diventano anioni negativi.

Conduttori, Isolanti e Semiconduttori

I materiali possono essere classificati come conduttori, isolanti o semiconduttori a seconda della loro capacità di condurre cariche elettriche. I conduttori, quali i metalli, possiedono elettroni liberi, detti elettroni di conduzione, che facilitano il passaggio della corrente elettrica. Gli isolanti, come la plastica e il vetro, hanno elettroni fortemente legati ai loro atomi e resistono al passaggio della corrente. I semiconduttori, come il silicio e il germanio, hanno proprietà intermedie e sono essenziali nella fabbricazione di dispositivi elettronici. La differenza tra questi materiali è determinata dalla struttura atomica e dalla banda energetica che definisce la mobilità degli elettroni.

Elettrizzazione per Contatto e per Induzione

Esistono diversi metodi per elettrizzare un corpo, tra cui l'elettrizzazione per contatto e per induzione. L'elettrizzazione per contatto si verifica quando un corpo neutro viene a contatto con uno carico e acquisisce una carica dello stesso segno. Ad esempio, se un elettroscopio neutro viene toccato da una sfera negativamente carica, le sue lamine d'oro si separano a causa del trasferimento di elettroni. L'elettrizzazione per induzione avviene quando un corpo carico si avvicina a un conduttore neutro senza contatto diretto, inducendo una separazione delle cariche all'interno del conduttore. Se il conduttore viene poi sezionato, le due parti manterranno cariche di segno opposto.

Principio di Conservazione della Carica Elettrica

Il principio di conservazione della carica elettrica, enunciato da Benjamin Franklin, è una legge fondamentale dell'elettrostatica. Afferma che la carica totale in un sistema isolato rimane invariata, nonostante i processi interni possano redistribuire le cariche. In altre parole, se un sistema inizialmente neutro subisce un processo elettrostatico, al suo termine si avrà lo stesso numero di cariche positive e negative presenti inizialmente, anche se queste potrebbero essere state riallocate in maniera diversa all'interno del sistema. Questo principio è una conseguenza della legge di conservazione dell'energia e sottolinea l'impossibilità di creare o distruggere cariche elettriche.