Forza di Coulomb
Quanto vale la forza di Coulomb?
Vuoi sapre che cos'è la forza di Coulomb?
Vuoi sapere quanto vale la forza di Coulomb e come è possibile calcolarla?
Se si continua con la lettura dell'articolo. In fisica la forza di Coulomb, descritta dalla legge di Coulomb è la forza di natura elettrica che si instaura tra due cariche poste ad una certa distanza.
La forza di Coulomb deve il suo nome al fisico ed ingegnere francese Charles Augustin de Coulomb che la formulò nel 1785.
Considerate due cariche elettriche Q1 e Q2 poste a una distanza d nel vuoto, tra le due cariche si instaura una forza di natura elettrica - detta forza di Coulomb - il cui modulo è proporzionale al prodotto delle due cariche ed inversamente proporzionale al quadrato della distanza a cui esse sono poste:
Attenzione! Trattandosi di un modulo i valori delle due cariche nella precedente formula vanno sempre riportati positivi.
La costante ε0 si dice costante dielettrica nel vuoto e vale 8,854 ∙ 10-12 C2/(N∙m2).
Molto spesso per comodità tutto il termine 1 / (4 ∙ π ∙ ε0) è un fattore costante che viene inglobato in un unico valore costante (K0) detto costante elettrica nel vuoto il cui valore è di 9∙109 N∙m2/C2.
La legge di Coulomb può essere pertanto scritta nel seguente modo:
Al raddoppiare di Q1 o di Q2 anche F raddoppia; al raddoppiare della distanza d la forza diventerà ¼ di quella iniziale.
Le unità di misura nel Sistema Internazionale di Q e di d sono rispettivamente il coulomb e il metro.
Modulo, direzione e verso della forza di Coulomb
La forza di Coulomb come tutte le forze, è una grandezza vettoriale e quindi è definita da un modulo (o intensità), una direzione e un verso.
Il modulo della forza di Coulomb è quello espresso dalla formula:
e si misura come tutte le forza in N (newton).
La direzione della forza di Coulomb corrisponde a quella linea immaginaria che congiunge i centri delle due cariche, immaginate come sfere puntiformi.
Infine il verso della forza di Coulomb sarà interno tra le due cariche (cioè la forza risulta attrattiva tra le due cariche) se esse hanno segno opposto (una carica è + e l'altra è -), mentre sarà esterno rispetto alla due cariche (cioè la forza risulta repulsiva tra le due cariche) se esse hanno il medesimo segno (entrambe + o entrambe -).
La forza di Coulomb in un mezzo
La forza elettrica dipende dal mezzo in cui si ci pone a misurarla. In particolare essa risulta massima nel vuoto mentre risulta scalata di un fattore εr, detta costante dielettrica relativa di un mezzo, in un mezzo diverso dal vuoto.
Ad esempio per l'acqua la costante dielettrica relativa εr (che è un numero puro, cioè privo di dimensioni fisiche) è pari a 80.
Dunque se misuriamo la forza di interazione elettrica F0 tra due cariche nel vuoto e quella F nel mezzo sempre tra le stesse cariche otterremo che nell'acqua la forza rilevata è 80 volte meno intensa che nel vuoto.
Dunque varrà la relazione:
εr = F0 / F
Per quanto detto dunque la costante dielettrica relativa di un mezzo sarà sempre un numero maggiore di 1.
In un mezzo diverso dal vuoto la forza di Coulomb è la seguente:
Le relazioni che legano la costante dielettrica relativa al mezzo alle costanti dielettriche e alle costanti elettriche sono:
ε = ε0 ∙ εr
e
K0 = K ∙ εr
Formule inverse della forza di Coulomb
Le variabili che compaiono nella legge di Coulomb sono le cariche Q e la distanza tra di esse d.
Vediamo quali sono le formule inverse che permettono di ricavare queste variabili conoscendo la forza di interazione F tra le cariche nel vuoto.
Per ricavare la distanza d:
Mentre per una delle due cariche la formula diventa:
(analoga se si scambiamo Q1 e Q2).
Nel caso particolare in cui le due cariche fossero uguali e quindi Q1 e Q2 coincidessero, ovvero Q1 = Q2 = Q allora le precedenti diventerebbero:
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