Problema concettuale: Campo Elettrico interno!
Salve a tutti,
sto studiando un argomento molto complicato e sono costretto a ricorrere nuovamente a voi a causa della mancata chiarezza del mio libro di fisica.
Sono molto confuso riguardo il campo elettrico interno ad una sfera o un anello.
Ho letto che una sfera carica elettricamente possiede la carica tutta concentrata nella sue superficie.
Inoltre preso un anello elettricamente carico, al suo interno non vi sarà campo elettrico.
Quelli che ho scritto sono più o meno concetti che ho letto quindi non sono sicuro che siano giusti però vorrei essere illuminato a riguardo.
In particolare mi potreste spiegare perchè all'interno di un corpo carico non ci dovrebbe essere cariche? perchè queste si dovrebbero spostare sulla superficie esterna se non sono attraversate da un flusso elettrico? Infine parlando di questi concetti vi è differenza tra un corpo isolante o conduttore?
Grazie mille in anticipo!
sto studiando un argomento molto complicato e sono costretto a ricorrere nuovamente a voi a causa della mancata chiarezza del mio libro di fisica.
Sono molto confuso riguardo il campo elettrico interno ad una sfera o un anello.
Ho letto che una sfera carica elettricamente possiede la carica tutta concentrata nella sue superficie.
Inoltre preso un anello elettricamente carico, al suo interno non vi sarà campo elettrico.
Quelli che ho scritto sono più o meno concetti che ho letto quindi non sono sicuro che siano giusti però vorrei essere illuminato a riguardo.
In particolare mi potreste spiegare perchè all'interno di un corpo carico non ci dovrebbe essere cariche? perchè queste si dovrebbero spostare sulla superficie esterna se non sono attraversate da un flusso elettrico? Infine parlando di questi concetti vi è differenza tra un corpo isolante o conduttore?
Grazie mille in anticipo!
Risposte
ciao, supponi di avere una sfera, e supponi sia possibile immettere al suo centro una carica. In un tempo brevissimo la carica si disporra tutta sulla superficie e quindi per Gauss il campo elettrico all'interno sarà nullo, in quanto se prendo una superficie concentrica alla sfera in questione, non conterrà nessuna caricia, e ciò per Gauss implica che il campo elettrico all'interno di un conduttore sia nullo. Se così non fosse, cioè il campo elettrico all'interno del conduttore non fosse nullo, gli elettroni di conduzione risentirebbero di una forza, e quindi si avrebbe uno spostamento di cariche, in parole povere una corrente. Ciò sperimentalemente non è stato osservato, così si può concludere con certezza che il campo all'interno è nullo, che implica per Gauss che le cariche siano distribuite sulla superficie.
Ok, mettiamo caso che io prendo una sfera neutra e aggiungo una carica al centro di essa. Questa carica si distribuisce immediatamente (con margini di tempo trascurabili) nella superficie esterna. Che questo sia stato dimostrato mi è chiaro ma quello che non capisco è il perchè. Cioè, mi rendo conto che se così non fosse determinate situazioni non si verrebbero a creare ma qual'è la forza che spinge questa carica a portarsi alla superficie della sfera? Cosa la attira? Perchè non si distribuisce uniformemente su tutto il volume della sfera?
Ovviamente stiamo parlando di una sfera che si trova in un ambiente neutro quindi privo di flussi elettrici.
Ovviamente stiamo parlando di una sfera che si trova in un ambiente neutro quindi privo di flussi elettrici.
non so come spiegarti meglio devi attendere qualcun altro 
si comunque, se si distriubisce sulla superficie significa che il campo elettrico all'interno è nullo, in quanto se così non fosse, ci sarebbe un campo "residuo"all'interno del conduttore, e su ciasun elettrone questo campo agirebbe con una forza, e ciò si tradue in una corrente, che sperimentalmente non è stata verificata.
si comunque, se si distriubisce sulla superficie significa che il campo elettrico all'interno è nullo, in quanto se così non fosse, ci sarebbe un campo "residuo"all'interno del conduttore, e su ciasun elettrone questo campo agirebbe con una forza, e ciò si tradue in una corrente, che sperimentalmente non è stata verificata.
Bè rimane il mio dubbio allora .
Se le particelle sono libere di muoversi all'interno della sfera perchè non si distribuiscono in maniera uniforme?
Devo ancora capire qual'è la forza che spinge la carica a muoversi all'esterno.. e perchè proprio all'esterno.
Scusate se insisto a cercare di approfondire ma sono fatto così
Comunque riporto quanto letto da wikipedia (che è un po quello che si è detto nel topic):
"All' interno dei conduttori sono presenti cariche elettriche libere di muoversi, pertanto una volta raggiunto l' equilibrio elettrostatico necessariamente il campo elettrico all'interno del conduttore è pari a zero (se così non fosse le cariche sarebbero accelerate e non vi sarebbe equilibrio). Tenendo conto di questo e grazie al teorema di Gauss si ha che le cariche elettriche (o meglio gli eccessi di carica) si dispongono sulle superfici esterne dei conduttori."
Dalla definizione emerge però un concetto importante ovvero quello in grassetto. Questo potrebbe significare che:
Un conduttore lascia ai propri elettroni la possibilità di muoversi liberamente ed una eventuale carica si distribuirà uniformemente su tutto il volume.
Una volta posto il conduttore su un flusso elettrico, questo raggiungerà un equilibrio elettrostatico, ovvero le cariche si divideranno da una parte posive, dall'altra negative, in base alla direzione del flusso.
Potrebbe essere così? Mi sembra un po strano che un conduttore in quiete, senza essere sottoposto ad alcun flusso, possa distribuire le sue cariche all'esterno.
Anche wikipedia sembra dire che le cariche si dispongono sulla superficie esterna del conduttore SOLO una volta raggiunto l'equilibrio elettrostatico.. che si ottiene da un flusso elettrico.. che ne pensate?
.Se le particelle sono libere di muoversi all'interno della sfera perchè non si distribuiscono in maniera uniforme?
Devo ancora capire qual'è la forza che spinge la carica a muoversi all'esterno.. e perchè proprio all'esterno.
Scusate se insisto a cercare di approfondire ma sono fatto così
Comunque riporto quanto letto da wikipedia (che è un po quello che si è detto nel topic):
"All' interno dei conduttori sono presenti cariche elettriche libere di muoversi, pertanto una volta raggiunto l' equilibrio elettrostatico necessariamente il campo elettrico all'interno del conduttore è pari a zero (se così non fosse le cariche sarebbero accelerate e non vi sarebbe equilibrio). Tenendo conto di questo e grazie al teorema di Gauss si ha che le cariche elettriche (o meglio gli eccessi di carica) si dispongono sulle superfici esterne dei conduttori."
Dalla definizione emerge però un concetto importante ovvero quello in grassetto. Questo potrebbe significare che:
Un conduttore lascia ai propri elettroni la possibilità di muoversi liberamente ed una eventuale carica si distribuirà uniformemente su tutto il volume.
Una volta posto il conduttore su un flusso elettrico, questo raggiungerà un equilibrio elettrostatico, ovvero le cariche si divideranno da una parte posive, dall'altra negative, in base alla direzione del flusso.
Potrebbe essere così? Mi sembra un po strano che un conduttore in quiete, senza essere sottoposto ad alcun flusso, possa distribuire le sue cariche all'esterno.
Anche wikipedia sembra dire che le cariche si dispongono sulla superficie esterna del conduttore SOLO una volta raggiunto l'equilibrio elettrostatico.. che si ottiene da un flusso elettrico.. che ne pensate?
Si distribuisce sulla superficie per il semplice motivo che le cariche elettriche immesse (tutte dello stesso segno) tendono a respingersi come calamite...la posizione i cui non riescono più a scappere una dall'altra nel caso della sfera è quella in cui la carica è equidistribuita sulla superficie esterna. Se il pezzo non fosse una sfera, ma una forma qualunque con punte e rientranze, la distribuzione non sarebbe uguale in tutta la superficie ma le cariche tenderebbero a concentrarsi sui picchi avendo quindi una minore concentrazione nelle rientranze (se ci si pensa con l'idea che le cariche si respingono e cercano di mettersi più lontane possibile tra loro in equilibrio, risulta anche un comportemento intuitivo). Comunque saranno sempre tutte sulla superficie.
Nel materiale isolante inteso come quello ideale che si studia in fisica, si considera che le cariche non siano in grado di spostarsi, quindi non si possono posizionare in modo da minimizzare il campo (perchè ricordiamo che lo spostamento nella sfera conduttrice e in qualunque altro conduttore ha lo scopo di minimizare l'energia del sistema, quindi di ridurre il campo).
Nel materiale isolante inteso come quello ideale che si studia in fisica, si considera che le cariche non siano in grado di spostarsi, quindi non si possono posizionare in modo da minimizzare il campo (perchè ricordiamo che lo spostamento nella sfera conduttrice e in qualunque altro conduttore ha lo scopo di minimizare l'energia del sistema, quindi di ridurre il campo).
[quote=CyberCrasher]
Inoltre preso un anello elettricamente carico, al suo interno non vi sarà campo elettrico.
[quote]
questo non è affatto vero...dove l'hai letto? prova a fare l'integralino di linea del campo su un anello carico sull'asse dell'anello e vedi se ti viene 0...
Inoltre preso un anello elettricamente carico, al suo interno non vi sarà campo elettrico.
[quote]
questo non è affatto vero...dove l'hai letto? prova a fare l'integralino di linea del campo su un anello carico sull'asse dell'anello e vedi se ti viene 0...
Il campo è nullo solo nel centro dell'anello
Innanzitutto ringrazio tutti voi per le risposte. pizzaf40 sei stato molto esauriente ed il concetto adesso mi è molto chiaro.
A quanto ho capito un corpo solido conduttore, distribuisce tutta la sua carica (una volta assunta) sulla sue superficie perchè le cariche immesse cercheranno di "scappare" tra di loro. Ovviamente immagino che comunque non riescano a "scappare" per via della forza dei nuclei che li trattiene.
Passando al caso di un anello, comprendo anche il concetto di Antani. Probabilmente avrò letto male questa cosa sul mio libro.
Quello che io non capisco ancora con chiarezza è il fatto di poter affermare che all'interno della sfera non vi sia campo elettrico. Cioè, mi è chiaro il fatto che la carica sia sulla superficie quindi va bene che all'interno della sfera non vi siano cariche, ma le cariche in superficie non creano campo sia all'interno che all'esterno della sfera? Perchè non vi sono linee di campo dentro la sfera?
A quanto ho capito un corpo solido conduttore, distribuisce tutta la sua carica (una volta assunta) sulla sue superficie perchè le cariche immesse cercheranno di "scappare" tra di loro. Ovviamente immagino che comunque non riescano a "scappare" per via della forza dei nuclei che li trattiene.
Passando al caso di un anello, comprendo anche il concetto di Antani. Probabilmente avrò letto male questa cosa sul mio libro.
Quello che io non capisco ancora con chiarezza è il fatto di poter affermare che all'interno della sfera non vi sia campo elettrico. Cioè, mi è chiaro il fatto che la carica sia sulla superficie quindi va bene che all'interno della sfera non vi siano cariche, ma le cariche in superficie non creano campo sia all'interno che all'esterno della sfera? Perchè non vi sono linee di campo dentro la sfera?
Deriva direttamente da Gauss, se tu dimostri che Gauss vale per qualsiasi superficie allora sei a posto no???
Bè, il mio problema non è trovare una dimostrazione a livello di calcolo ma capire il concetto pratico.
Magari sono io un po difficile a capire ma sto cercando una spiegazione più pratica.
Magari sono io un po difficile a capire ma sto cercando una spiegazione più pratica.
Aspettiamo allora 
In un conduttore non sempre il campo interno è nullo, lo è solo in condizioni statiche: trascorso un certo tempo, necessario perché le eventuali cariche in eccesso si portino sulla superficie, il campo all'interno del conduttore risulta nullo, perché se tale non fosse le cariche libere del conduttore si muoverebbero, ma allora non saresti in condizioni statiche...
Diverso è se sei in condizioni dinamiche: in tal caso applichi un campo per far muovere le cariche all'interno del tuo conduttore, ed in tal caso il campo interno non è nullo!
Più chiaro?
Diverso è se sei in condizioni dinamiche: in tal caso applichi un campo per far muovere le cariche all'interno del tuo conduttore, ed in tal caso il campo interno non è nullo!
Più chiaro?
"minavagante":
Deriva direttamente da Gauss, se tu dimostri che Gauss vale per qualsiasi superficie allora sei a posto no???
Beh solo questo non significa niente.
Prendi un dipolo, e una superficie che contiene entrambe le cariche. Il flusso attraverso questa superficie del campo è 0. Ma il campo sulla superficie sappiamo che non è 0.
Attenzione: il teorema di Gauss permette di calcolare il FLUSSo di un campo. Poi da esso, in caso molto particolare si riesce a risalire anche al campo. Ma dire solo "per il teorema di Gauss"non significa niente....
Vabè Gauss solitamente lo applichi dove ti semplifica la vita e in casi particolari, non di certo per un dipolo 
"Maurizio Zani":
In un conduttore non sempre il campo interno è nullo, lo è solo in condizioni statiche: trascorso un certo tempo, necessario perché le eventuali cariche in eccesso si portino sulla superficie, il campo all'interno del conduttore risulta nullo, perché se tale non fosse le cariche libere del conduttore si muoverebbero, ma allora non saresti in condizioni statiche...
Diverso è se sei in condizioni dinamiche: in tal caso applichi un campo per far muovere le cariche all'interno del tuo conduttore, ed in tal caso il campo interno non è nullo!
Più chiaro?
Non esattamente
Cioè capisco che è una condizione necessaria affinchè blablabla ma non capisco ancora come razionalmente sia possibile.
Se queste cariche si trovano nelle superfici, all'interno della sfera si è comunque nelle vicinanze di queste cariche che stanno in superficie e quindi vi è un campo.
Che poi mi dite che il campo risultante è nullo perchè tra loro si annullano allora è un'altro discorso.
Però a me è sembrato di capire che si parla di MANCANZA di campo e non che la somma totale è nulla.
Senza cariche aggiuntive il campo interno è nullo in quanto tale.
Aggiungendo cariche, queste si dispongono sulla superficie cercando di massimizzare la loro repulsione, e facendo in modo che il campo complessivo da esse create al'interno del conduttore sia nullo.
Aggiungendo cariche, queste si dispongono sulla superficie cercando di massimizzare la loro repulsione, e facendo in modo che il campo complessivo da esse create al'interno del conduttore sia nullo.
"Maurizio Zani":
Senza cariche aggiuntive il campo interno è nullo in quanto tale.
Aggiungendo cariche, queste si dispongono sulla superficie cercando di massimizzare la loro repulsione, e facendo in modo che il campo complessivo da esse create al'interno del conduttore sia nullo.
Ah ecco.. il campo complessivo sia nullo..
EDIT: Ho capito finalmente
Grazie a tutti per gli interventi..
siete stati mitici!
"CyberCrasher":
Ovviamente immagino che comunque non riescano a "scappare" per via della forza dei nuclei che li trattiene.
Non è così...riescono a scappare perchè sono elettroni di valenza, cioè elettroni che all'interno del conduttore macroscopico non fanno parte di un solo atomo (quindi legato al nucleo), ma creano una specie di gas attorno agli atomi legati...questo gas di elettroni è libero di muoversi (se stimolato a farlo ovviamente) quindi la carica in eccedenza può muoversi effettivamente verso la superficie del pezzo.
Inoltre il campo non è solo complessivamente nullo, ma lo è anche in ogni punto...può essere intuitivo capirlo così:
Immagina di avere in una sfera 10 cariche che si dispongono sulla duperficie...si disporranno (in 2Dimensioni per semplificare) una ogni 36°. Prendi un punto qualunque interno, e fai la somma vettoriale dei campi creati da tutte le cariche singolarmente. Questa somma sarà nulla. Oppure prendi un punto molto vicino ad una sola delle 10 cariche e trova il campo creato solo da quella ...tutte le altre cariche in quel punto creano un campo che annulla quello della prima carica vista. Ed in ogni punto interno è così! La disposizione e concentrazione delle cariche (su una superficie di forma qualsiasi ed in condizioni statiche) è tale da avere in ogni punto un campo nullo secondo il modo che ti ho appena detto...
Grazie mille... mi hai dato una visione completa, chiara e pratica e nonostante avessi capito i concetti descritti dagli altri sono riuscito ad avere ancora più chiaro il concetto in mente.
Siete mitici
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