La carica elettrica è la proprietà delle particelle di attrarre o non attrarre altre. Ad esempio, gli elettroni attraggono i protoni, mentre i neutroni non sono né attratti né respinti dagli elettroni.
Un corpo sarà neutro quando ha la stessa quantità di elettroni e protoni. Quando ha un numero di elettroni maggiore dei protoni è elettrizzato negativamente. D'altra parte, quando il numero di elettroni è inferiore al numero di protoni, sarà elettrizzato positivamente.
Approfitta delle domande risolte e commentate per chiarire i tuoi dubbi su questo argomento di elettrostatica.
Problemi risolti
1) UFRGS - 2018
Una carica negativa Q è approssimata a una sfera conduttrice isolata ed elettricamente neutra. La sfera viene quindi messa a terra con un filo di piombo. Seleziona l'alternativa che riempie correttamente gli spazi vuoti nell'istruzione sottostante, nell'ordine in cui appaiono. Se la carica Q viene spostata lontano mentre la palla è a terra, e poi il terreno non è più a terra, la palla diventerà ________. Se invece si toglie prima il suolo e poi si toglie la carica Q, la sfera sarà ________ .
a) elettricamente neutro - caricato positivamente
b) elettricamente neutro - carico negativamente
c) carica positiva - elettricamente neutra
d) carica positiva - carica negativa
e) carica negativa - carica positiva
Quando si avvicina una carica negativa da una sfera conduttrice neutra, una forza repulsiva fa sì che gli elettroni si accumulino nella regione della sfera più lontana dalla carica.
In questo modo, la regione più vicina alla sfera è a corto di elettroni. Nella prima situazione, mettere a terra la palla mentre il carico viene rimosso fa sì che il carico sulla palla torni in posizione neutra.
Nella seconda situazione, poiché il carico viene allontanato dopo che il terreno è stato rimosso, ciò provoca carichi eccessivi. i negativi accumulati ad un'estremità della sfera vengono scaricati a terra, rendendo la sfera positiva caricato.
Alternativa: a) elettricamente neutra - carica positiva
Un oggetto metallico, X, elettricamente isolato, ha una carica negativa 5,0 x 10-12. Un secondo oggetto metallico, Y, neutro, tenuto a contatto con la Terra, viene avvicinato al primo e tra loro si accende una scintilla, senza che si tocchino. La durata della scintilla è 0,5 s e la sua intensità è 10-11 IL. Alla fine di questo processo, le cariche elettriche totali degli oggetti X e Y sono, rispettivamente,
a) zero e zero.
b) zero e – 5,0 x 10-12 .
c) - 2,5 x 10-12 C e - 2,5 x 10-12 .
d) - 2,5 x 10-12 C e + 2,5 x 10-12 .
e) + 5,0 x 10-12 C e zero
La quantità di carico trasferito nella situazione presentata può essere calcolata utilizzando la seguente formula:
Sostituendo i valori indicati abbiamo:
Pertanto, l'oggetto y ha ricevuto un addebito di 5.10-12 C, ma poiché è collegato a terra, questa carica in eccesso si scaricherà e l'oggetto avrà una carica totale pari a zero.
L'eccesso di cariche negative che si trovavano sull'oggetto x, è stato totalmente trasferito all'oggetto y, come abbiamo calcolato. Pertanto, anche l'addebito totale sarà pari a zero.
Alternativa: a) zero e zero
Due barre metalliche identiche vengono caricate con una carica di 9,0 µC. Vengono posti a contatto con un terzo bastoncino, anch'esso identico agli altri due, ma la cui carica netta è nulla. Dopo aver stabilito il contatto tra loro, i tre bastoncini si allontanano. Qual è la carica netta, in µC, sulla terza asta?
a) 3.0
b) 4.5
c) 6.0
d) 9.0
e) 18
Nell'elettrificazione a contatto, quando i corpi sono identici, la carica sarà divisa equamente tra i corpi.
Pertanto, la carica di 18 µC (9 + 9) sarà divisa per 3, quindi ogni asta avrà, dopo il contatto, una carica netta di 6 µC (18: 3).
Alternativa: c) 6.0
In una classe di fisica sono state utilizzate due sfere metalliche identiche, X e Y: X è sospeso da a filo isolante a forma di pendolo e Y fissato su un supporto isolante, come mostrato in figura sotto. Le sfere sono inizialmente distanziate, con X caricata positivamente e Y elettricamente neutra.
Considera la descrizione di seguito di due semplici procedure per dimostrare i possibili processi di elettrificazione e poi segnare l'alternativa che riempie correttamente gli spazi vuoti nelle affermazioni, nell'ordine in cui apparire.
I - La sfera Y è approssimata a X, senza che si tocchino. In questo caso si verifica sperimentalmente che la sfera X è _____________ dalla sfera Y.
II - La sfera Y è approssimata a X, senza che si tocchino. Mentre è tenuto in questa posizione, viene effettuato un collegamento della sfera Y a terra utilizzando un cavo. Sempre in questa posizione vicino a X, Y interrompe il contatto con la terra e poi Y si allontana di nuovo da X. In questo caso la sfera Y diventa _____________ .
a) attratto - elettricamente neutro
b) attratto - carico positivamente
c) attratto - carico negativamente
d) respinto - caricato positivamente positive
e) respinto - caricato negativamente
Nella procedura I, quando si avvicina la sfera Y alla sfera X, che è carica positivamente, gli elettroni saranno attratti dalla regione più vicina a X. Quindi, la sfera X è attratta dalla sfera Y.
Nel secondo processo, collegando la sfera Y con un filo conduttore, la regione rimasta priva di elettroni riceverà cariche negative. Dopo aver interrotto questa connessione, la sfera Y si caricherà negativamente.
Alternativa: c) attratto - carico negativamente
Per saperne di più, vedi elettrostatica e Elettrostatica: esercizi.
5) Fuvest - 2015
In una classe di laboratorio di fisica, per studiare le proprietà delle cariche elettriche, è stato effettuato un esperimento in cui piccole sfere elettrificate vengono iniettati nella parte superiore di una camera, nel vuoto, dove è presente un campo elettrico uniforme nella stessa direzione e direzione dell'accelerazione locale del gravità. Si è osservato che, con un campo elettrico di modulo pari a 2 x 103 V/m, una delle sfere, di massa 3,2 x 10-15 kg, è rimasto a velocità costante all'interno della camera. Questa sfera ha
a) lo stesso numero di elettroni e protoni.
b) 100 elettroni in più rispetto ai protoni.
c) 100 elettroni in meno dei protoni.
d) 2000 elettroni in più rispetto ai protoni.
e) 2000 elettroni in meno dei protoni.
Nota e adotta: carica dell'elettrone = - 1,6 x 10-19; carica protonica = + 1,6 x 10+19; accelerazione di gravità locale = 10 m/s2
Poiché la carica è rimasta all'interno della camera con velocità costante, ciò significa che la forza netta è uguale a zero.
Poiché la forza peso e la forza elettrica sono le forze agenti sul carico, devono avere la stessa intensità e direzioni opposte affinché la forza risultante sia uguale a zero.
La forza elettrica è calcolata dalla formula Felettrico = q. E è il peso della forza dato da P = m.g, quindi abbiamo:
Poiché la carica è data da q = n.e, si ha:
Perché la forza elettrica abbia verso opposto alla forza peso, sarà necessario che la carica sia negativa, in questo modo la forza avrà verso opposto al campo elettrico. Quindi avremo elettroni in eccesso.
Alternativa: b) 100 elettroni in più rispetto ai protoni.
Per saperne di più, vedi anche Campo elettrico e Esercizi sul campo elettrico.
6) UFLA - 2010
Due sfere conduttive scaricate uguali 1 e 2 sono in contatto tra loro e supportate su una superficie isolante. Ad uno di essi viene avvicinato un testimone elettrificato positivamente, senza toccarlo, come mostrato nella figura sottostante. Quindi le sfere vengono rimosse e l'asta elettrificata viene rimossa.
È corretto affermare che
a) le sfere rimangono scariche, in quanto non vi è trasferimento di cariche tra bastone e sfere.
b) la sfera 1, più vicina al bastoncino, si carica positivamente e la sfera 2 si carica negativamente.
c) le sfere sono elettrificate con cariche uguali e segni opposti.
d) le sfere sono cariche di cariche di segno uguale ed entrambe di segno negativo, in quanto l'asta attira cariche opposte.
Le cariche positive sull'asta attireranno le cariche negative sulla sfera 1 e la sfera 2 sarà a corto di elettroni.
Separando le due sfere, mantenendo lo stick nella stessa posizione, la sfera 1 sarà elettrificata negativamente e la sfera 2 sarà caricata positivamente.
Alternativa: c) le sfere sono elettrificate con cariche uguali e segni opposti.
