Carica elettrica

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Introduzione

Carica elettrica Proprietà fondamentale della materia, che sta all’origine di tutti i fenomeni elettrici e magnetici. Esistono due tipi di carica elettrica: quella positiva e quella negativa. La prima è quella che si osserva su un corpo vetroso quando viene strofinato con un panno; la seconda quella che si osserva su un corpo resinoso trattato allo stesso modo. Due cariche dello stesso tipo si respingono, mentre due cariche di tipo diverso si attraggono, esercitando l’una sull’altra una forza detta di Coulomb, dal nome del fisico francese Charles-Augustine de Coulomb che per primo la studiò; l’intensità di questa forza è direttamente proporzionale alle cariche interagenti e inversamente proporzionale al quadrato della loro reciproca distanza.

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Origine microscopica dei fenomeni elettrici e magnetici

Le proprietà elettriche della materia derivano dal fatto che gli atomi, pur essendo complessivamente neutri, sono costituiti da particelle cariche: gli elettroni, dotati di carica negativa, e i protoni, dotati di una carica uguale in valore assoluto, ma di segno opposto (i neutroni, che insieme ai protoni costituiscono il nucleo, sono elettricamente neutri). Un corpo, quindi, è elettrizzato quando possiede un numero di elettroni in eccesso o in difetto rispetto al numero totale di protoni.

A seconda che le cariche siano ferme o in moto, si osservano fenomeni puramente elettrici (elettrostatici) o elettromagnetici: infatti una particella carica ferma nello spazio genera intorno a sé un campo elettrostatico (attraverso il quale attira o respinge altre cariche vicine); una carica in moto, invece (in particolare una corrente elettrica), genera intorno a sé un campo magnetico.

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Proprietà della carica elettrica

Nel sistema internazionale la carica è una grandezza fisica derivata, e la sua unità di misura è il coulomb: 1 coulomb (C) è definito come la quantità di elettricità trasportata in un secondo da una corrente di 1 Ampere (A).

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Quantizzazione

Come dimostrato alla fine del XIX secolo dal fisico statunitense Robert Millikan, la carica elettrica è una grandezza quantizzata: in un corpo elettrizzato, la carica, in valore assoluto, è sempre pari a un multiplo intero di quella dell’elettrone. Questa, che vale 1,6 · 10^-19 C e viene comunemente indicata con il simbolo “e”, è quindi detta carica elementare.

La carica del protone ha lo stesso valore di quella dell’elettrone, ma segno opposto. Secondo quanto prescrive il Modello Standard, infatti, ogni protone è costituito da una combinazione di tre quark: due quark up e un quark down; considerato che ogni quark up ha una carica pari a (2/3)e, e il quark down pari a (–1/3)e, la somma delle tre cariche è esattamente e. Il fatto che la carica dei quark sia supposta frazionaria non contraddice il principio di quantizzazione: si pensa infatti che i quark non possano esistere singolarmente, ma solo combinati a formare i protoni e tutti gli altri adroni.