A CURA DI SOLDO TANIA Classe ?? ITIS 'L. da Vinci' di Parma

A CURA DI SOLDO TANIA Classe ??
ITIS ‘L. da Vinci’ di Parma

PREMESSA:
In questa relazione ci occuperemo di semplici esperimenti che introducono un ramo della fisica
chiamato elettrostatica. I primi scopritori dei fenomeni di cui ci occuperemo furono i Greci che nel
VI sec. a.C. scoprirono che una bacchetta di ambra strofinata con un pezzo di stoffa aveva la
proprietà di attrarre oggetti leggeri. Questa osservazione restò a livello di “giochetto”fino a quando
nel 1600 venne ripresa per andare a costituire il fondamento dell’ elettrologia moderna. Per capire
l’elettrostatica è opportuno conoscere la struttura dell’ atomo con elettroni(-) protoni(+) neutroni.
ATTENZIONE!
Lo studio dell’ elettrostatica è particolarmente complesso e delicato quindi si consiglia di svolgere
tali esperimenti in giornate asciutte e soleggiate. Cattive condizioni atmosferiche possono alterare la
riuscita degli esperimenti. Inoltre anche se i materiali utilizzati non sono pericolosi è sempre
consigliabile la supervisione di un adulto.
COLLEGAMENTI PER APPROFONDIRE I TEMI TRATTATI E NON:
http://fisicainweb.altervista.org/multimediale2/Esperimenti_elettrostatica.ppt
http://www.fisicachimica.it/esperimenti.html
http://www.tryscience.org/
Capire lelettrostatica 2
Eliminato:
Formattato: Tipo di
carattere:16 pt, Grassetto
Eliminato:
Eliminato:
Eliminato: necessaria

PRINCIPI TEORICI
L’osservazione dei fenomeni fisici porta a considerazione ad ipotesi sul perché il fenomeno
avviene. L’interazione fra materiali con attrazioni o reulsioni indica la presenza di forze.
L’attrazione gravitazionale, nota a tutti noi, è uno di questi fenomeni e si spiega con la gravità e le
masse dei corpi.
La gravità, però si manifesta solo con l’attrazione fra corpi, mai con repulsione. Fenomeni di
attrazione e repulsione devono, quindi, essere descritti con altri modelli e con atre ipotesi. Si viene
così a definire il concettosi carica elettrica, qualcosa nell’intorno del quale si formano forze
attrattive e repulsive 1 . Questo qualcosa ha preso il nome di carica elettrica. I vari studi di fisica
hanno poi consentito di meglio definire cos’è una carica elettrica e come questa interagisce. Le
esperienze di seguito trattate evidenziano i concetti di base relativi alle cariche elettriche. Nel caso
più semplice di cariche elettriche ‘ferme’ lo studio prende il nome di elettrostatica.
I fenomeni di elettrizzazione possono essere spiegati attraverso il modello atomico della materia. A
tal proposito va ricordato che la materia è fatta di atomi contenenti particelle ancora più piccole:
• protoni e neutroni che costituiscono il nucleo atomico; i protoni hanno carica positiva mentre i
neutroni non hanno carica elettrica (neutra)
• elettroni che si muovono intorno al nucleo e hanno carica elettrica negativa.
I protoni e gli elettroni interagiscono elettricamente
attraendosi reciprocamente. Inoltre la quantità di carica
posseduta da un elettrone è uguale a quella posseduta da
un protone. Poiché un atomo in condizioni di equilibrio
possiede le stesso numero di protoni e di elettroni, esso
è elettricamente neutro cioè la sua carica è uguale a zero
in quanto + e – si compensano. In certe
condizioni,tuttavia, un atomo può ionizzarsi cioè
perdere o acquistare uno o più elettroni.
Se un atomo perde elettroni, la carica positiva del
nucleo risulta maggiore rispetto a quella degli elettroni e
avremo così uno ione positivo o catione.
Se un atomo acquista elettroni,la carica degli elettroni
predomina su quella del nucleo dando luogo a uno ione negativo o anione.
Di seguito vengono chiariti alcuni termini di uso comune nelle esperienze di elettrostatica
ELETTRIZZARE significa compiere un’ azione di carica in positivo o in negativo, quindi
strappare o aggiungere elettroni all’atomo neutro. I metodi di elettrizzazione sono 3:
1. STROFINIO se i materiali conduttori o isolanti vengono sfregati con dei panni di lana o di
pelle;
2. CONTATTO se un materiale conduttore viene messo a contatto con un secondo corpo che
possiede un eccesso di cariche elettriche.
3. INDUZIONE se un corpo carico viene posto vicino ad un conduttore. In questo caso le cariche
che si trovano su di esso si ridistribuiscono. Le cariche di segno opposto a quelle del corpo
inducente sono da esso attirate, le altre allontanate. Il conduttore quindi è attirato dal corpo
1 L’intorno citato, si chiama campo di forza elettrostatico. Altri compi di forza sono il già citato campo gravitazionale e
il campo magnetico, di cui il più noto è il campo magnetico terrestre.
Capire lelettrostatica 3
Formattato: Tipo di
carattere:16 pt, Grassetto
Formattati: Elenchi puntati e
numerati
Eliminato: strappando
Eliminato: ndo
Eliminato:
Formattato: Rientro:Sinistro:
0,12 cm, Sporgente 0,63 cm,
Spazioprima 6 pt
Eliminato:
Eliminato:

inducente, pertanto se il conduttore si può dividere in due, è sufficiente separarle affinché
risultino elettrizzate con cariche uguali e di segno opposto.
CARICA ELETTRICA è una proprietà acquisita dai corpi elettrizzati. Essa è una grandezza fisica
scalare (non si rappresenta con un vettore) dotata di segno. Il segno + indica una mancanza di
elettroni;il segno – un accumulo di elettroni il tutto rispetto alla situazione standard. Cariche uguali
si respingono e cariche opposte si attraggono.
Dal punto di vista delle proprietà elettriche i materiali possono essere suddivisi in due categorie:
• CONDUTTORI. Sono materiali al cui interno si trovano cariche libere. Queste
cariche(generalmente elettroni) possono muoversi con una certa libertà rimanendo sempre all’
interno del materiale.
• ISOLANTI. Sono materiali in cui gli elettroni sono fortemente legati al nucleo e pertanto
impedito il passaggio di cariche libere verso altri materiali.
POLARIZZAZIONE: nei materiali isolanti non esistono elettroni di conduzione; le cariche
elettriche degli atomi formano dipoli elettrici, sistemi formati da cariche opposte molto vicine tra
loro. Questi, in presenza di corpi elettrizzati, assumono configurazione tale da opporre carica
opposta al corpo inducente. In definitiva i dipoli si orientano secondo le linee di forza del campo,
che è possibile osservare utilizzando semplici materiali come il semolino da cucina, in presenza di
una buona carica elettrica.
MATERIALI UTILIZZATI
-Pezzettini di carta comune
-Biro di plastica o bacchetta di plastica o bacchetta di ebanite o ambra
-Bacchetta di Vetro
-Panno di lana
-Elettroscopio di kolbe
-Palline di polistirolo
-Filo di nylon
-Asta di sostegno
-Grafite
-Alluminio
-Fil di ferro
-Colla
-Rubinetto con acqua
-PVC
-Pezzo di metallo (rame,ferro..)
La maggior parte di questa strumentazione si può trovare in casa o nei negozi di bricolage pertanto
ognuno di noi può diventare fisico per un giorno.
Capire lelettrostatica 4
Formattato: Tipo di
carattere:Grassetto
Eliminato:
Formattati: Elenchi puntati e
numerati
Formattato: Tipo di
carattere:14 pt, Non Grassetto
Formattato: Spazioprima 3
pt, dopo 0 pt
Eliminato: f
Eliminato: a
Eliminato: g
Eliminato:
Formattato: Spazioprima 3 pt

IL CONCETTO DI CARICA ELETTRICA
OBBIETTIVO:Verificare il comportamento di due bacchette di materiale diverso in relazione a
pezzettini di carta. Crearsi quindi un’idea di cosa significa carica elettrica, elettrizzare e capire se
tutti i materiali posseggono questa proprietà.
PROCEDIMENTO:
• Prendere una bacchetta di ebanite o ambra oppure la biro
• Strofinare il suddetto elemento sul panno di lana per un minuto
• Avvicinare la bacchetta ai pezzettini di carta
COSA SI OSSERVA?
I pezzettini di carta vengono attratti dalla bacchetta. Ad esempio la biro possiede la capacità di
attrarre corpi leggeri perche è stata elettrizzata per strofinio dal panno. Con il termine elettrizzare
indichiamo 1’ azione di far perdere o acquistare elettroni alla sostanza. La conseguenza di tale gesto
è la formazione di una carica elettrica. Tale carica è anche la causa che determina l’ attrazione dei
pezzettini di carta. Esistono due tipi di cariche una positiva e una negativa. Cariche opposte si
attraggono, cariche uguali si respingono. Una bacchetta di plastica ( ebanite, biro) strofinata con un
panno di lana si carica negativamente: ciò vuol dire che possiede un eccesso di cariche negative,
ovvero elettroni in più sottratti agli atomi della lana.
• Ora prendere la bacchetta di vetro
• Strofinarla sul panno di lana per un minuto
• Avvicinare la bacchetta ai pezzettini di carta.
Elettrizzazione per strofinio
COSA SI OSSERVA?
Anche in questo caso i pezzettini vengono attratti sempre per il precedente ragionamento. Solo che
al contrario una bacchetta di vetro strofinata, si elettrizza positivamente poiché perde elettroni a
favore degli atomi della lana.
CONCLUSIONE: Alcuni materiali in natura, oltre a quelli analizzati possono essere elettrizzati e
quindi attrarre corpi leggeri grazie alle cariche elettriche che vengono a possedere. Normalmente,se
non elettrizzati, tutti i corpi si trovano in equilibrio elettrico, cioè la somma delle loro cariche (
positiva e negativa) è nulla, quindi non attraggono nulla.
L’effetto osservato si presenta quotidianamente quando, in una giornata secca, ci si toglie il
maglione: si drizzano i capelli o si formano piccole scintille visibili al buio. Anche in questo caso si
ha un accumulo di cariche.
Capire lelettrostatica 5
Formattato: Tipo di
carattere:14 pt
Formattato: Mantieni con il
successivo, Mantieni assieme le
righe
Eliminato:
Formattato: Tipo di
carattere:Non Grassetto, Colore
carattere: Automatico
Eliminato:
Formattati: Elenchi puntati e
numerati
Eliminato: -
Eliminato: -
Eliminato: -
Eliminato:

DIVERSI MATERIALI DIVERSE CARICHE
OBBIETTIVO: Capire se le cariche presentate da diversi materiali hanno la stessa intensità.
PROCEDIMENTO:
• Elettrizzare l’ ebanite o la plastica o una penna con un procedimento analogo al precedente
• Toccare con la bacchetta l’ elettroscopio da laboratorio e osservare il comportamento dell’ ago
• Svolgere un procedimento analogo per la bacchetta di vetro e osservare il suo comportamento a
contatto con il dispositivo da laboratorio
COSA SUCEDE?
Quando si avvicina l’ ebanite l’ ago salirà in maniera netta e veloce, ad indicare la grande carica
posseduta da tale materiale. Quando si avvicina il vetro l’ ago tenderà a perdere la sua carica
ritornando alla posizione iniziale.
Vetro elettrizzato sottoposto alla prova dell’ elettroscopio
Plastica elettrizzata sottoposta alla prova dell’ elettroscopio
L’ elettroscopio è composto essenzialmente da un conduttore articolato con una parte (lamina)
libera di oscillare con basso attrito, inserita all’interno di una custodia metallica separata tramite un
Capire lelettrostatica 6
Formattato: Tipo di
carattere:14 pt
Formattato: Mantieni con il
successivo, Mantieni assieme le
righe
Eliminato:
Eliminato:
Formattato: Centrato
Formattato: Centrato

tappo isolante. Con questa apparecchiatura si può misurare la cosiddetta differenza di potenziale che
è una grandezza fisica che si misura fra il conduttore e la custodia metallica, solitamente connessa a
terra.
L’ elettroscopio sopra descritto può essere sostituito da un altro elettroscopio casalingo,
l’elettroscopio a foglie.
Elettroscopio a foglie: è un semplice apparecchio che ci consente di rivelare la carica elettrica in un
corpo elettrizzato. E’ costituito da un’asticciola di metallo (è sufficiente un pezzo di filo di rame)
sostenuto da un tappo isolante(tappo di sughero) all’interno di una bottiglia (vasetto di marmellata).
L’estremità superiore dell’asticella ha forma sferica, o semplicemente ad anello, modellabile con le
mani. Nella parte inferiore del supporto metallico possono essere incollate o semplicemente sospese
con due piccoli forellini, due striscioline di foglie d’oro o, più economicamente, di carta stagnola.
Lo strumento si carica avvicinando un corpo elettrizzato, che si traduce in un allontanamento delle
foglioline dal supporto centrale. Lo strumento può essere caricato per induzione o per contatto. Nel
primo caso gli elettroni, in virtù delle caratteristiche delle cariche(cariche uguali si respingono,
cariche opposte si attraggono), si muovono da una parte all’altra dell’asticella, nel secondo caso si
ha un trasferimento di elettroni dal corpo carico allo strumento. In tutti e due i casi in
corrispondenza delle foglioline si riscontra un eccesso di carica dello stesso segno, per cui, essendo
le foglioline molto sottili hanno possibilità di muoversi allontanandosi dall’asticciola centrale,
divergono.
Elettroscopio casalingo
CONCLUSIONI: Corpi elettrizzati di diverso materiale producono un effetto apparentemente
identico, ma realmente diverso in quanto le cariche possedute sono di diverso tipo. Nella prima
prova l’operazione è sostenuta da un corpo in cui prevale un eccesso di cariche positive, per perdita
di elettroni a favore della lana. Nel secondo caso è previsto, sulla bacchetta di plastica (biro,
ebanite) un eccesso di cariche negative, ovvero elettroni sottratto all’atomo della lana. Per questo
nel primo caso l’ago ha un movimento verso l’ alto e nel secondo verso il basso.
Se vogliamo mettere subito in pratica i concetti appresi per vedere se un
materiale ha un comportamento più simile a quello della plastica o del vetro,
consigliamo di svolgere una 3 prova con il PVC. Quest’ ultimo è un materiale
ottenuto in laboratorio con caratteristiche simili al vetro e alla plastica; ma da
un punto di vista elettrostatico a quale dei due materiali è più simile? Se si
svolge una prova si noterà ciò che è riportato in figura.
Capire lelettrostatica 7
Eliminato:
Eliminato: semplicemente
Eliminato:
Eliminato:
Eliminato:

ATTRAZIONE E REPULSIONE
OBBIETTIVO:Dimostrare che esistono due tipi di cariche una positiva e una negativa. Capire poi
il loro comportamento.
PROCEDIMENTO:
• -Prendere une pallina di polistirolo e
colorarle con una mistura di alcool e
polvere di grafite, che si può ottenere
semplicemente triturando o grattando la
mina di una matita.
• praticare un piccolo foro sulla pallina (non
è indispensabile che sia perfettamente
sferica) e fissare anche con della colla il
filo di nylon di una lunghezza arbitraria
• Legare l’ estremità libera del filo all’ asta
di sostegno
• Elettrizzare con un panno la bacchetta di
plastica e avvicinarla alla pallina che
ricopre la funzione di pendolino
CHE COSA SUCCEDE?
Il pendolino prima si avvicina alla bacchetta
poi si allontana dalla plastica. Questo avviene
perché dopo poco il pendolino acquista gli
elettroni della bacchetta, i due corpi arrivano
quindi a possedere la medesima carica. Ecco il
risultato:
Capire lelettrostatica 8
Eliminato:
Formattato: Tipo di
carattere:14 pt, Grassetto
Formattato: Tipo di
carattere:14 pt
Formattato: Non mantenere
con successivo, Non mantenere
assieme le righe
Formattato: Rientro:Sinistro:
0,12 cm, Puntato + Livello:1 +
Allinea a: 0,63 cm +
Tabulazione dopo: 1,27 cm +
Rientra di: 1,27 cm,
Tabulazioni:Non a 1,27 cm
Eliminato: .
Eliminato:

• Creare ora un secondo pendolino in
maniera analoga da porre a una
distanza di 2cm dal precedente.
• Elettrizzare un la bacchetta di plastica
da inserire tra i due pendolini.
• Per induzione la bacchetta passa la
sua carica ai pendolini. Essa si
distribuisce in maniera omogenea
sull’ uno e sull’ altro corpo. Essendo
entrambe le cariche ottenute negative
quindi dello stesso segno i pendolini
si respingono.
• Il pendolino torna alla posizione
iniziale nel momento in cui le cariche
vengono a mano a mano perse dai
corpi che ritornano soggette all’
effetto della forza di gravità.
CONCLUSIONE: Questa è la prova che cariche uguali si respingono, la forza che le governa è
quindi di tipo repulsivo. Al contrario se due cariche si avvicinano la forza che le governa è di tipo
attrattivo. Inoltre nell’ esperienza si può notare come gli elettroni si distribuiscano in maniera
uguale sulla pallina in quanto la grafite è un buon conduttore di cariche elettriche.
CONDUTTORI E ISOLANTI
OBBIETTIVO: Stabilire se metalli,plastica e vetro sono materiali isolanti o conduttori.
PROCEDIMENTO: Si dispone su un supporto isolante(un bicchiere, un pezzo di legno…) una
biro (un pezzo di vetro) a contatto con un pendolino libero di muoversi. Si avvicina alla biro un
corpo elettrizzato.
COSA SUCCEDE? nulla, gli elettroni del nucleo della biro restano legati ai loro nuclei)
• Prendere un bicchiere di vetro e porvi alla sommità una barretta di metallo (ferro,rame…)
• Porre il pendolino precedentemente costruito adiacente al pezzo di metallo.
• Elettrizzare una bacchetta di plastica o ebanite o ambra e porla a contatto con l’ estremità libera
del pezzo di metallo.
Capire lelettrostatica 9
Eliminato:
Eliminato:
-
Eliminato: -
Eliminato: -
Eliminato: -
Eliminato:
Formattato: Tipo di
carattere:14 pt, Non Grassetto
Eliminato: -
Eliminato:
Eliminato: -
Formattato: Rientro:Sinistro:
0,12 cm, Puntato + Livello:1 +
Allinea a: 0,63 cm +
Tabulazione dopo: 1,27 cm +
Rientra di: 1,27 cm,
Tabulazioni:Non a 1,27 cm
Formattati: Elenchi puntati e
numerati

CHE COSA ACCADE?
Il pendolino si sposta in quanto acquista la carica
passata dalla bacchetta al pezzo di metallo. La
carica acquisita ha il medesimo segno di quella
ceduta dalla fonte pertanto il pendolino tenderà ad
allontanarsi dal materiale conduttore. La carica
durante il passaggio si manterrà inalterata in
quanto la bacchetta posta su un supporto di vetro
non consente alle cariche di distribuirsi sul terreno.
Ricordiamo infatti che il terreno è un buon
conduttore di cariche elettriche e per questo motivo
quando c’è un fulmine il terreno assorbe la sua
carica.
CONCLUSIONI: I metalli sono materiali conduttori; al contrario il vetro si presta come materiale
isolante. Anche la plastica è un materiale isolante. Conoscere tali proprietà è importante perché per
ogni materiale può essere determinante. Si pensi ad esempio come i cavi elettrici vengono rivestiti
di gomma per evitare il passaggio di cariche e corrente, e questo è fondamentale per non prendere
scosse di grande voltaggio.
IL COMPORTAMENTO POLARE DELL’ ACQUA
OBBIETTIVO: Capire il comportamento dell’ acqua quando viene elettrizzata per induzione
PROCEDIMENTO: Aprire di poco un rubinetto d’ acqua. Elettrizzare per strofinio una bacchetta
di plastica e viivcinarla al filo d’acqua che scende dal rubinetto
CHE COSA SUCCEDE?
L’ acqua è una molecola polare pertanto possiede al suo interno atomi che presentano un polo
positivo (quello dell’ idrogeno) e uno negativo(quello dell’ ossigeno). Se strofino una bacchetta di
plastica con un panno essa assume carica negativa e attrae il polo positivo delle molecole di acqua.
Pertanto le molecole polari si ordinano in questo modo:
Capire lelettrostatica 10
Eliminato:
Formattato: Rientro:Sinistro:
0 cm
Eliminato:
Eliminato:
Formattato: Tipo di
carattere:14 pt, Grassetto
Eliminato:
Eliminato: .

E il flusso di acqua viene deviato come si noterà in figura:
CONCLUSIONI: l’ acqua è un dipolo e in relazione a ciò interagisce con le cariche elettriche
esterne.
Capire lelettrostatica 11

ELETTRIZZAZIONE DELLA NUBE
All’origine dei fulmini c’è la carica elettrica che si accumula nelle nubi temporalesche.
Semplificando possiamo affermare che il mescolamento tra masse d’aria e vapore genera, per
strofinio, enorme cariche elettriche che si distribuiscono nelle nubi, la cui estremità inferiore di
solito si carica negativamente inducendo così una carica positiva sulla terra. Tra nube e terreno, in
seguito all’altissima differenza di carica, si stabilisce un campo elettrico che provoca un
diminuzione della resistenza dell’aria, creando così le condizioni di “cortocircuito” tra nube e
terreno., permettendo alla carica temporalesca di scaricare a terra.(fulmine).
ELETTRIZZAZIONE DELL’ AUTO
Durante i periodi in cui l’umidità relativa dell’aria è relativamente bassa, clima secco, osserviamo,
dopo un viaggio in l’auto, al contatto delle dita con la carrozzeria una scossa. L’auto durante il
movimento si carica per strofinio dell’aria, durante il movimento accumula un’eccesso di carica che
trasmette al nostro corpo al primo contatto.
IN CONCLUSIONE!
Tutti i fenomeni elettrostatici sono conseguenti di un trasferimento di carica elettrica. Tali fenomeni
li possiamo scoprire facilmente intorno a noi.
Capire lelettrostatica 12
Formattato: Tipo di
carattere:14 pt, Grassetto
Eliminato: del