Campo Elettrico e Linee di Campo

Dalla forza al campo

Nella lezione precedente abbiamo visto la forza tra cariche (la legge di Coulomb). Ma come fa una carica a "sentire" un'altra a distanza? La fisica moderna risponde con il concetto di campo elettrico: ogni carica modifica lo spazio attorno a sé, e un'altra carica reagisce al campo che trova nel punto in cui si trova.

Concetto Chiave:

Il campo elettrico è la forza per unità di carica: E = F/q. È una grandezza vettoriale definita in ogni punto dello spazio, e si visualizza con le linee di campo.

1. Che cos'è il Campo Elettrico

Descrizione: immaginiamo una piccola carica di prova q in un punto: la forza che subisce, divisa per q, definisce il campo in quel punto.

E = F / q (grandezza vettoriale)
Si misura in N/C
Il campo esiste anche senza la carica di prova: descrive lo spazio

2. Il Campo di una Carica Puntiforme

Descrizione: attorno a una carica puntiforme il campo è radiale e diminuisce con la distanza.

Formula: E = k · Q / r². Il campo punta lontano dalle cariche positive e verso quelle negative, e cala con il quadrato della distanza.

3. Le Linee di Campo

Descrizione: le linee di campo sono un modo per "disegnare" il campo: la loro direzione dà il verso del campo, la loro densità la sua intensità.

Le regole:

Escono dalle cariche positive, entrano in quelle negative
Sono più fitte dove il campo è più intenso
Non si incrociano mai

4. Il Dipolo Elettrico

Descrizione: due cariche uguali e opposte, vicine, formano un dipolo. Le sue linee di campo sono un classico da riconoscere.

Le linee partono dalla carica positiva e arrivano a quella negativa, curvandosi con continuità nello spazio. È la configurazione alla base di molte molecole (come l'acqua).

5. La Forza su una Carica

Descrizione: conoscendo il campo in un punto, la forza su una carica q è immediata.

Formula: F = q · E. Una carica positiva sente una forza nel verso del campo; una carica negativa nel verso opposto.

6. Il Principio di Sovrapposizione

Descrizione: quando più cariche generano un campo nello stesso punto, il campo totale è la somma vettoriale dei singoli campi.

Formula: E_tot = E₁ + E₂ + … (somma vettoriale, con la regola del parallelogramma). Vale per un numero qualsiasi di cariche sorgenti.

Riepilogo

Il campo elettrico, in sintesi:

Definizione: E = F/q, in N/C (vettoriale)
Carica puntiforme: E = k·Q/r², radiale
Linee di campo: escono dal +, entrano nel −, non si incrociano
Forza: F = q·E, nel verso del campo per le cariche positive
Sovrapposizione: E_tot = E₁ + E₂ + …, somma vettoriale

Con carica, legge di Coulomb, campo elettrico, linee di campo e principio di sovrapposizione abbiamo le basi dell'elettrostatica, punto di partenza per lo studio dei circuiti e dell'elettromagnetismo.