Fisica per le superiori/Il quadro teorico dell’elettrostatica

Dalla riflessione intorno ai fenomeni di elettrizzazione, che sono precisamente l’elettrizzazione per strofinamento, l’elettrizzazione per contatto e l’elettrizzazione per induzione, Benjam Franklin ha elaborato una teoria originale, del tutto sconosciuta al pensiero scientifico precedente, che si chiama teoria dell’elettrostatica.

Possiamo riassumere i principi dell’elettrostatica nel modo seguente:

Definizione

• I corpi materiali possiedono al proprio interno degli elementi (o dei fluidi, come pensava Franklin) dotati di carica elettrica.
• La carica elettrica è contenuta all’interno dei corpi in quantità conservate, ma può essere scambiata o redistribuirsi all’interno dei corpi stessi con varie modalità.
• La carica elettrica può avere segno positivo o segno negativo. Cariche elettriche di segno uguale producono forze repulsive, cariche elettriche di segno opposto producono forze attrattive.
• Nei corpi neutri, le due specie di carica elettrica sono contenute in misura uguale e i corrispondenti campi elettrici si annullano per sovrapposizione distruttiva.
• Il fenomeno dell’elettrizzazione segnala una prevalenza di cariche di un dato segno, successiva a qualche fenomeno perturbativo.
• L’intensità delle forze elettriche dipende dalla distanza tra le cariche e può risultare abbastanza intensa per consentire delle osservazioni oggettive solo se le distanze sono sufficientemente brevi.
• I corpi materiali si distinguono, a seconda delle proprie caratteristiche, in tre categorie: corpi conduttori, che consentono lo spostamento libero delle cariche elettriche al proprio interno, corpi isolanti con propensione a elettrizzarsi con cariche di segno positivo, corpi isolanti con propensione a elettrizzarsi con segno negativo.

E adesso vediamo in che modo queste ipotesi possono giustificare il fenomeno di elettrizzazione per induzione.

Nella prima fase, dell’esperimento, un corpo carico si avvicina all’elettroscopio neutro. Le cariche elettriche contenute sulla struttura metallica si redistribuscono sotto l’azione del campo esterno. In particolare, le cariche di segno opposto si allontanano il più possibile, addensandosi, ad esempio, sulle foglioline d’oro. Le cariche di segno uguale, invece, si avvicinano il più possibile, addensandosi sul pomello. Quando l’elettroscopio viene toccato con un dito, le cariche lontane abbandonano l’elettroscopio attraversando il corpo umano, per scaricarsi a terra. Il corpo umano, infatti, si comporta come un materiale conduttore e la terra come un serbatoio inesauribile di carica elettrica.

Alla fine del processo, viene creato sull’elettroscopio uno sbilanciamento di cariche, perché quelle che hanno attraversato il corpo umano sono tutte dello stesso tipo. Le cariche in eccesso, inoltre, no provengono dall’esterno, ma erano presenti sull’elettroscopio fin dall’inizio dell’esperimento, in accordo con la prima ipotesi della teoria dell’elettrostatica.

Ogni fenomeno elettrostatico può essere interpretato con le regole sopra indicate. Molti di essi, come ad esempio i fenomeni di interazione tra corpi neutri e corpi carichi, richiedono valutazioni quantitative che è opportuno preparare costruendo un insieme adeguato di strumenti matematici.