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Principio di conservazione della carica

Cosa afferma il principio di conservazione della carica elettrica?

Il principio di conservazione della carica elettrica (o legge di conservazione della carica elettrica) fu enunciato per la prima volta da Benjamin Franklin nel 1750.

Definizione del principio di conservazione della carica elettrica

Il principio di conservazione della carica afferma che: in un sistema chiuso, che non scambia cioè materia con l’esterno, la somma algebrica di tutte le cariche positive e negative in esso contenute rimane invariato nel tempo.

Essa rappresenta un postulato della fisica.

Le cariche elettriche possono cioè trasferirsi tra diversi corpi posti all’interno dello stesso sistema termodinamico, ma la loro somma algebrica deve sempre rimanere costante, tanta carica c’era prima e tanta ce ne deve essere dopo indipendentemente dai fenomeni che accadono al suo interno. Così quindi come per la massa e l’energia.

Cariche in eccesso e cariche in difetto

Le cariche elettriche che caratterizzano lo stato elettrico di un corpo e che si possono trasferire tra essi sono gli elettroni.

L’elettrone rappresenta la minima carica elementare in natura ed essa è una grandezza quantizzata. Cioè non è possibile avere la carica di 1 elettrone e mezzo o di 4,5 elettroni, ma solo di 1,2,3…elettroni interi.

Ogni elettrone ha una carica di 1,6∙10-19 C (per info: carica dell'elettrone) e a tale particelle è stata assegnata una carica con convenzione di segno negativa per distinguerla dall’altra particella esistente in natura detta protone che invece riporta una carica positiva ed identica a quella dell’elettrone (per info: carica del protone):

e = - 1,6∙10-19 C

p = + 1,6∙10-19 C

Se un corpo è elettricamente neutro vuol dire che la somma delle cariche negative e di quelle positive deve necessariamente coincidere oppure che esso non è dotato di carica, come ad esempio i neutroni che hanno carica pari a 0.

Conseguenze della conservazione della carica

Quando ad esempio si sfrega un panno di lana con una bacchetta di vetro e si dice che la bacchetta si carica positivamente mentre il panno si carica negativamente, stiamo solo constatando che alcuni elettroni si sono spostati dalla bacchetta al panno rendendo quest’ultimo corpo dotato di un eccesso di cariche negative.

La bacchetta a sua volta avendo ceduto gli elettroni al panno, rimarrà con un difetto di cariche negative, per cui globalmente risulterà carico positivamente.

La carica negativa e positiva dovranno avere lo stesso valore ma segno opposto se si effettua l’esperimento in un sistema chiuso proprio per la legge di conservazione della carica elettrica.

In alcune reazioni atomiche o nucleari si assiste alla formazione di nuove particelle con conseguente cambio di nucleo di alcuni elementi chimici ad esempio che perdono alcuni protoni; per la legge di conservazione della carica elettrica dunque necessariamente dovranno tali nuove particelle formatisi a seguito del decadimento avere carica che sommata a quella del nucleo atomico prodotto diano la carica iniziale del sistema.

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Applicazione del principio di conservazione della carica e calcolo della carica elettrica della particella alfa

Esercizio sul calcolo della carica elettrica acquisita da un panno di lana in seguito a strofinio

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