Campi elettrici

Corrente e carica elettrica

La carica è una proprietà dei corpi, come la massa. Oggi sappiamo che sia la massa, sia la carica dipendono dalla costituzione atomica della materia. I costituenti dell'atomo sono infatti particelle dotate di massa e di carica elettrica.

Nel Sistema Internazionale di misura la massa è una grandezza fondamentale, ma la carica elettrica non lo è. L'unità di misura di carica (coulomb, simbolo C) è derivata da quella, fondamentale, di corrente (ampere , simbolo A).

fulmini (6K)
Durante la scarica elettrica di un fulmine può scorrere una corrente elettrica di 250 000 A in un tempo di 20 μs. Quanta carica è trasferita in questo evento?
Dati del problemaRichieste
i = 2,5 105 Acorrente elettrica che scorre in un fulmineQcarica trasferita dal fulmine
t = 2 10-5 stempo dell'evento

La corrente è costituita da cariche elettriche in movimento all'interno di conduttori solidi, di soluzioni o, come in questo caso, di un gas come l'aria. Nel caso del fulmine si trasferisce, dalle nuvole alla terra e dalla terra alle nuvole, una grande quantità di carica elettrica sotto forma di atomi ionizzati positivamente e negativamente.

Una corrente di intensità costante i trasporta in un tempo t una carica Q secondo la relazione
Q = i t

Il coulomb, unità di misura della carica, è quindi definito come

1 coulomb = 1 ampere * secondo
1 C = 1 A s

Determiniamo la carica trasportata dal fulmine: Q = 2,5 105 A * 2 10-5 s = 5 C

Il coulomb è una unità di misura molto grande: i fulmini più violenti possono arrivare a circa 30 C, mentre mediante azioni di strofinio, la carica trasferita è dell'ordine di appena 10-8 C

Quantizzazione e conservazione della carica

La carica elettrica non è una grandezza continua, ma è quantizzata, cioè è sempre un multiplo intero di una carica elementare positiva o negativa.

La carica elettrica elementare o quanto di carica vale (in valore assoluto):
e = 1,6 10-19 C

Qualsiasi carica q è un multiplo del quanto elementare e può essere scritta: q = n e (con n numero intero)

Poichè il quanto di carica è veramente molto piccolo, la struttura granulare della carica elettrica è evidente solo per cariche dell'ordine di grandezza di quella elementare. Per cariche molto più grandi, ci comportiamo come se essa fosse una grandezza continua. Sarebbe come voler contare i granelli che compongono una tonnellata di sabbia!

Inserisci un valore per la carica (in coulomb) e potrai vedere di quante cariche elementari essa è composta.

carica (in valore assoluto): C (attenzione! usa il punto al posto della virgola!)

Come sai, i costituenti dell'atomo (particelle subatomiche) sono particelle dotate di massa e di carica elettrica.
Ecco i rispettivi valori:

nomecarica (in e)massa (in unità atomiche u)
elettrone- e1/2000 (trascurabile)
protone+ e1
neutrone01

Come aveva intuito Franklin, la carica elettrica non si crea né si distrugge, essa può solo trasferirsi da un corpo ad un altro.

La legge di conservazione della carica elettrica è valida anche oltre la fisica classica, in reazioni nucleari e nella fisica delle particelle.


Copyleft Ludovica Battista

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