L'elettricità e la struttura atomica

La Carica Elettrica e i Metodi di Elettrizzazione

La carica elettrica è una proprietà intrinseca della materia, responsabile di fenomeni elettrici e magnetici. Si manifesta quando corpi vengono strofinati tra loro, come nel caso di un righello strofinato con un panno che attrae piccoli pezzi di carta. Questo fenomeno, noto fin dai tempi degli antichi Greci, è stato il primo indizio dell'esistenza dell'elettricità. Attraverso l'elettrizzazione per strofinio, si trasferiscono elettroni da un materiale all'altro, generando cariche di segno opposto. Le cariche dello stesso segno si respingono, mentre quelle di segno opposto si attraggono. Benjamin Franklin, nel XVIII secolo, contribuì significativamente alla comprensione dell'elettricità, introducendo la teoria delle cariche positive e negative. Successivamente, si è scoperto che la materia è composta da atomi, i quali contengono cariche elettriche sotto forma di protoni (positivi) ed elettroni (negativi).

La Scoperta delle Particelle Subatomiche e la Struttura dell'Atomo

La fisica del XIX secolo ha portato alla scoperta dei raggi catodici, flussi di elettroni, che hanno rivelato l'esistenza di particelle subatomiche. Nel 1897, Joseph John Thomson identificò l'elettrone come componente universale degli atomi, sfatando l'idea dell'indivisibilità dell'atomo. Successivamente, furono scoperti il protone e il neutrone, particelle con carica positiva e neutra rispettivamente, che, insieme agli elettroni, formano la struttura complessa dell'atomo. Queste scoperte hanno rivoluzionato la comprensione della materia e hanno gettato le basi per la fisica moderna.

Conservazione della Carica e Quantizzazione

Il trasferimento di carica elettrica tra corpi per strofinio segue il principio di conservazione della carica, secondo cui la quantità totale di carica prima e dopo il processo rimane costante. La carica elettrica si misura in coulomb (C), e la carica elementare, ovvero quella di un singolo elettrone, è di circa 1.602 x 10^-19 C. Questa quantizzazione della carica implica che ogni trasferimento di carica avviene in multipli interi di questa unità fondamentale.

Le Particelle Costituenti dell'Atomo

Gli atomi sono formati da elettroni, protoni e neutroni. Gli elettroni hanno una massa trascurabile rispetto a quella dei protoni e dei neutroni e possiedono una carica negativa. I protoni, con una carica positiva, e i neutroni, privi di carica, compongono il nucleo dell'atomo. La massa di un protone è circa 1.672 x 10^-27 kg, mentre quella di un neutrone è leggermente superiore. Queste particelle subatomiche sono così piccole che non possono essere osservate direttamente con microscopi ottici, ma solo con tecniche avanzate come la spettroscopia o la diffrazione di particelle ad alta energia.

L'Evoluzione dei Modelli Atomici

Il modello atomico proposto da Thomson, noto come "budino di prugne", immaginava l'atomo come una sfera di carica positiva con gli elettroni incastonati al suo interno. Tuttavia, gli esperimenti di Ernest Rutherford, condotti nei primi anni del XX secolo, dimostrarono l'esistenza di un nucleo atomico denso e positivo, attorno al quale gli elettroni si muovono in orbite. Questa scoperta ha portato al superamento del modello di Thomson e all'adozione del modello nucleare di Rutherford, che descrive l'atomo con un nucleo centrale contenente quasi tutta la massa e la carica positiva, circondato da elettroni in movimento nello spazio circostante.