Informazioni su questo esperimento
Ogni carica è circondata da un campo elettrico, una forza di attrazione o repulsione percepita da qualsiasi altra carica, e da un potenziale, l’energia per coulomb che una carica avrebbe in ogni punto. Posiziona cariche positive e negative, osserva le linee di campo andare dal positivo al negativo e le linee equipotenziali attraversarle ad angolo retto, quindi sposta una sonda per misurare l’intensità del campo e il potenziale in qualsiasi punto. Le configurazioni di un dipolo, di due cariche dello stesso segno e di un condensatore a facce piane e parallele si trovano in ogni corso di fisica, dal GCSE e dall’AP all’IB e all’università.
Obiettivi di apprendimento
- Calcola il campo e il potenziale di una carica puntiforme e somma i contributi di più cariche.
- Disegna le linee di campo per configurazioni comuni e spiega cosa indica la loro spaziatura.
- Spiega perché le linee equipotenziali intersecano sempre le linee di campo ad angolo retto.
- Metti in relazione l’intensità del campo con la spaziatura delle equipotenziali: E = −dV/dx
- Descrivi il campo quasi uniforme tra due piastre parallele.
Come si usa
- 1Scegli «Una carica». Sposta la sonda prima a 10 cm e poi a 20 cm dalla carica. Di quale fattore cambiano E e V?
- 2Scegli «Dipolo». Trova la linea in cui V = 0. Anche il campo è nullo lì?
- 3Scegli «Cariche dello stesso segno» e cerca il punto in cui il campo è nullo. Che cosa succede alle linee di campo in quel punto?
- 4Scegli «+3 e −1». Perché alcune linee di campo della carica +3 non raggiungono mai la carica −1?
- 5Scegli «Piastre parallele». Sposta la sonda tra le piastre. Come cambia E? Confronta la spaziatura delle equipotenziali all’interno e all’esterno.
- 6Attiva le frecce del campo e confrontane la direzione con quella delle linee di campo e delle equipotenziali.
Il modello
Ipotesi
- Le cariche sono punti fissi nel vuoto, rappresentati come piccoli dischi. Il campo è mostrato solo nel piano dello schermo.
- Le linee di campo partono dalle cariche positive, sei per nanocoulomb, e terminano sulle cariche negative o escono dallo schermo. Se la carica negativa è maggiore, vengono disegnate partendo invece dalle cariche negative.
- Le piastre parallele sono modellate come due file di sette cariche puntiformi, quindi il campo tra di esse è quasi, ma non esattamente, uniforme.
- Il potenziale è misurato rispetto al valore zero a distanza infinita.
Provalo in classe
- Q1Una carica di +2 nC si trova a 0,10 m. Quanto valgono E e V in quel punto?
- Q2Due cariche di +4 nC e +1 nC sono distanti 0,30 m. In quale punto della linea che le unisce il campo è nullo?
- Q3Perché due linee di campo non possono mai incrociarsi?
- Q4Quanto lavoro si compie per spostare una carica lungo una linea equipotenziale?
- Q5Due piastre distanti 2,0 cm sono collegate a una tensione di 100 V. Qual è il campo tra di esse e quale forza subisce una carica di 1 nC?
Domande frequenti
Le linee di campo esistono davvero?
No, sono uno strumento grafico inventato da Michael Faraday. La direzione di una linea indica la forza su una carica positiva, mentre la densità delle linee indica l'intensità del campo. Il campo stesso esiste in ogni punto, anche tra le linee.
Perché il potenziale è negativo vicino a una carica negativa?
Il potenziale è il lavoro per coulomb necessario per portare una carica di prova positiva dall'infinito. Vicino a una carica negativa, la carica di prova viene attratta; quindi il lavoro compiuto da te è negativo, così come il potenziale.
Il campo può essere zero dove il potenziale non lo è, o viceversa?
Sì. A metà strada tra due cariche uguali dello stesso segno, il campo è zero ma il potenziale no. Nel punto medio di un dipolo, il potenziale è zero ma il campo è intenso. Il campo dipende dalla rapidità con cui varia V, non dal suo valore.