Campo elettrico

1

Introduzione

Campo elettrico Grandezza fisica vettoriale che esprime le proprietà dello spazio dovute alla presenza in esso di una o più cariche elettriche. Il concetto di campo elettrico venne introdotto da Michael Faraday, per spiegare l’interazione tra cariche poste a una certa distanza l’una dall’altra (vedi Azione a distanza).

2

Intensità, direzione e verso

Il campo elettrico è una grandezza vettoriale, definita quindi non solo da un’intensità, ma anche da una direzione e da un verso. La direzione e il verso del vettore campo elettrico esprimono sostanzialmente la direzione e il verso di percorrenza della traiettoria che una carica positiva di prova posta in quel punto prenderebbe per effetto del campo elettrico. La sua intensità si può valutare misurando la forza F che la carica positiva di prova q sperimenterebbe: l’intensità è definita allora come la forza per unità di carica, ed è quindi data dal rapporto E = F/q. La direzione è la stessa della forza F e il verso, in generale, è quello orientato dalle cariche positive a quelle negative. Nel Sistema internazionale, l’unità di misura del campo elettrico è il newton/coulomb (N/C).

3

Campo elettrico generato da una carica puntiforme

La forza F che una carica positiva di prova q posta a distanza r da una carica puntiforme Q subisce è la forza di Coulomb; l’intensità di questa forza è F = (1/4pe₀)(Q q /r²), dove e₀ è la costante dielettrica del vuoto, un parametro che esprime le proprietà elettriche del vuoto (in presenza di un mezzo, quale l’aria, la costante e₀ compare moltiplicata per e_r, costante dielettrica relativa del mezzo in questione). Così, poiché in generale il campo elettrico è definito come il rapporto tra la forza e la quantità di carica di prova (E = F/q), il campo generato da una carica puntiforme Q è E = (1/4pe₀)(Q /r²). Le sue linee di forza sono semirette che nascono sulla carica sorgente e si estendono all’infinito in direzione radiale; se la carica Q è positiva, il verso va dalla carica verso l’esterno; se invece Q è negativa, il verso è quello opposto, dall’esterno verso la carica.

4

Principio di sovrapposizione

Noto il campo generato da una singola carica puntiforme, il principio di sovrapposizione permette di calcolare il campo elettrico generato da qualunque distribuzione di cariche in quiete nello spazio. Il principio afferma che l’effetto di due cariche elettriche in un punto dello spazio è dato esattamente dalla somma degli effetti dovuti a ciascuna delle cariche. Quindi, noto il campo generato da ciascuna carica e la rispettiva posizione, è possibile determinare intensità, direzione e verso del campo elettrico generato dall’insieme delle cariche. Poiché la grandezza da sommare – il campo – è una grandezza vettoriale, la somma è un’operazione vettoriale, che si esegue con la nota regola del parallelogramma.