Elettrostatica ed Elettrodinamica

L'elettricità riguarda tutti i fenomeni che hanno a che fare con le cariche elettriche, sia in condizione di staticità, sia quando esse sono in movimento. Si distingue a tal proposito tra Elettrostatica ed Elettrodinamica.

 

Il passo successivo dopo la Termodinamica prevede di abbracciare un ulteriore, nuovo ambito di grandezze e fenomeni fisici fin qui del tutto inediti per noi. Le lezioni sull'elettricità gettano le basi per lo studio delle cariche elettriche e di tutto ciò che le caratterizza: cosa sono e come interagiscono quando sono ferme e quando si muovono.

 

In realtà quello che stiamo per intraprendere è un percorso molto più ampio di quel che sembra. Qui infatti studiamo l'elettricità in sé e per sé ma, nella realtà dei fatti, il quadro completo non può prescindere dal magnetismo: fenomeni elettrici e magnetici sono legati tra loro in modo inscindibile. Procederemo quindi per passi: prima l'elettricità, poi il magnetismo e infine l'elettromagnetismo.

 

 

Passiamo alla presentazione del corso. Possiamo considerarne due possibili ripartizioni:

 

- una teorica, che raggruppa le lezioni tra quelle relative all'Elettrostatica [1-49] e quelle inerenti l'Elettrodinamica [50-71];

 

- l'altra invece un po' più pratica - si potrebbe dire elettrotecnica - con protagonisti principali le cariche elettriche [1-38] e i circuiti elettrici [39-71].

 

Indipendentemente dal punto di vista che preferite, entriamo nel dettaglio. ;)

 

Per cominciare trattiamo i prerequisiti e le basi teoriche relative alle cariche elettriche [1-8], e spieghiamo cos'è una carica elettrica e come avvengono i fenomeni di elettrizzazione della materia.

 

A seguire [9-23] introduciamo due importanti nozioni relative all'interazione tra cariche elettriche statiche: la forza di Coulomb e il concetto di campo elettrico. Vedremo in particolare come calcolare il campo elettrico generato da una carica puntiforme o da diverse distribuzioni di carica notevoli. In alcuni punti non potremo rinunciare a un approccio matematico che per alcuni lettori potrebbe risultare troppo avanzato, ma cercheremo comunque di rendere il quadro dei risultati e delle formule comprensibile a tutti.

 

In [24-38] passiamo alle questioni energetiche: parliamo di lavoro, energia potenziale elettrica, potenziale elettrico e differenza di potenziale. Quest'ultima sarà, insieme al campo elettrico, la nozione di riferimento per l'intero sviluppo della teoria, quindi massima attenzione. ;)

 

Le lezioni del blocco successivo [39-49] riguardano i condensatori, ossia il primo tipo di elemento circuitale che affrontiamo, e il calcolo della capacità. In effetti questa parte è il preludio allo studio dei circuiti elettrici: prima però dobbiamo analizzare il fenomeno della corrente elettrica [50-55] e capire in cosa consiste, che cosa la genera, quali sono le sue caratteristiche e come si misurano.

 

A questo punto entriamo nel vivo della teoria dei circuiti elettrici [56-71]. In particolare studieremo gli altri principali elementi che li costituiscono (resistenze, interruttori), le relative leggi e presenteremo il metodo per analizzarli.

 

Una nota per chi stesse leggendo in modalità di ripasso, tutti gli altri possono trascurarla. ;) A meno che sia diversamente indicato, nel corso sull'elettricità studieremo i circuiti elettrici con ipotesi specifiche. In particolare considereremo esclusivamente regimi di corrente continua (A) erogata da generatori di tensione ideali (B) e lavoreremo solamente con resistori ohmici (C). Amplieremo i nostri orizzonti, ad esempio analizzando i regimi di corrente alternata, nel prosieguo delle lezioni (magnetismo / elettromagnetismo).

 

Siamo pronti per cominciare! :) Di tanto in tanto dovremo ricorrere a un approccio che richiede una (minima) conoscenza di concetti mutuati da Analisi Matematica 2, dunque teoremi e nozioni di livello universitario (in genere del secondo anno dei Corsi di Laurea triennali delle varie facoltà). Dal canto nostro specificheremo di volta in volta quando le spiegazioni richiederanno competenze matematicamente avanzate per la maggior parte dei lettori, ma non mancheremo di isolarle e di rendere le conclusioni (leggi, enunciati, formule...) accessibili a tutti.

 

PS: la sezione di esercizi sull'elettricità è in costruzione. Non abbiamo una scadenza al riguardo, anche perché prima vogliamo completare il quadro teorico della Fisica di base. Sappiate comunque che qui su YM ci sono migliaia di esercizi risolti e spiegati nel dettaglio, e che potete trovare tutto quello che vi serve con la barra di ricerca interna. ;)

 
 
1Carica elettrica
2Conduttori elettrici e isolanti elettrici
3Elettrizzazione per strofinio
4Elettrizzazione per contatto
5Elettroscopio
6Elettrizzazione per induzione
7Polarizzazione elettrica
8Principio di conservazione della carica elettrica
9Legge di Coulomb e forza di Coulomb
10Principio di sovrapposizione delle cariche elettriche
11Confronto tra forza elettrica e forza gravitazionale
12Campo elettrico
13Principio di sovrapposizione dei campi elettrici
14Linee di campo elettrico
15Confronto tra campo elettrico e campo gravitazionale
16Flusso del campo elettrico
17Teorema di Gauss per il campo elettrico
18Campo elettrico di una sfera
19Campo elettrico di una distribuzione lineare
20Campo elettrico di un anello
21Campo elettrico di un disco
22Campo elettrico di un piano infinito di carica
23Esperimento di Millikan
24Lavoro della forza elettrica
25Energia potenziale elettrica
26Potenziale elettrico e differenza di potenziale
27Differenza di potenziale in un campo elettrico uniforme
28Gradiente del potenziale elettrico
29Superfici equipotenziali
30Potenziale generato da una sfera carica
31Potenziale generato da un anello carico
32Potenziale generato da un disco carico
33Moto di una carica in un campo elettrico uniforme
34Conduttori in equilibrio elettrostatico
35Conduttore cavo e schermo elettrostatico
36Gabbia di Faraday
37Potere disperdente delle punte
38Capacità elettrica
39Condensatori e capacità di un condensatore
40Condensatore cilindrico
41Condensatore sferico
42Condensatori in serie
43Condensatori in parallelo
44Condensatori in serie e in parallelo
45Risoluzione di un circuito capacitivo
46Energia immagazzinata in un condensatore
47Dielettrici
48Polarizzazione del dielettrico e momento di dipolo elettrico
49Rottura del dielettrico e rigidità dielettrica
50Corrente elettrica e intensità di corrente
51Velocità di deriva
52Densità di corrente elettrica
53Regime di corrente stazionaria ed equazione di continuità
54Corrente continua e generatore di tensione
55Forza elettromotrice - fem
56Circuiti elettrici
57Resistori, resistenza elettrica e resistività elettrica
58Prima e seconda legge di Ohm
59Conducibilità elettrica
60Superconduttori
61Potenza elettrica
62Effetto Joule
63Resistenze in serie
64Resistenze in parallelo
65Resistenze in serie e in parallelo
66Prima e seconda legge di Kirchhoff
67Risoluzione di circuiti ohmici
68Generatore reale di tensione
69Interruttori elettrici
70Circuiti RC
71Elettrolisi ed elettroliti
72Formulario di Elettrostatica ed Elettrodinamica