Appunti di fisica: l'induzione elettrostatica

L'elettrostatica è un ramo della fisica che studia l'interazione tra cariche elettriche a riposo e quindi non in movimento, d'altronde, il termine "statico" trae la sua origine dal greco e significa fermo, fisso. Il fenomeno dell'induzione elettrostatica consiste, invece, nella ridistribuzione delle cariche elettriche all'interno di un oggetto in presenza di un altro elemento posto nelle vicinanze. L'elettrizzazione dei corpi è data dal bipolarismo, ovvero dalla presenza in natura di due cariche che si differenziano da un segno positivo o negativo, attraverso i quali è possibile creare un'attrazione se i segni sono opposti oppure un respingimento se sono uguali. Di seguito sono riportati alcuni appunti di fisica il cui intento è quello di spiegare come funziona l'induzione elettrostatica.

Ogni corpo è formato da atomi che, a loro volta, sono costituiti da un nucleo in cui sono presenti delle particelle positive, protoni, intorno alle quali si muovono gli elettroni, particelle cariche negativamente. A riposo la carica positiva del nucleo è uguale alla somma della carica negativa che gira intorno e, di conseguenza, l'atomo risulta neutro. Tuttavia, nel nucleo di un atomo può crearsi uno squilibrio se perde o acquisisce elettroni, nel primo caso tenderà ad avere una carica positiva mentre nel secondo caso la carica sarà negativa.

A seconda della capacità di acquisire e trattenere la carica elettrica è possibile classificare i corpi in conduttori e isolanti. La carica elettrica può essere acquisita in tre modi: per strofinio, per contatto e induzione. Il metodo per strofinio è quello più comune, meglio se si tratta di elementi isolanti. Non a caso l'origine etimologica del termine elettricità deriva dal greco elektron che vuol dire ambra, una resina che ha la particolarità di elettrizzarsi per strofinio attraendo i corpi posti nelle sue vicinanze. L'elettrizzazione per contatto consiste, invece, nel ricaricare un corpo mettendolo in contatto con un altro precedentemente elettrizzato. Infine, la carica elettrica per induzione si ha quando non avviene un contatto diretto tra due corpi.

Supponiamo di avere un conduttore non elettrizzato, sostenuto da un piede isolante e di avvicinare ad esso un corpo carico, ad esempio, positivamente. Gli elettroni del conduttore che sono liberi di muoversi al suo interno tenderanno ad avvicinarsi, in quanto cariche negative, alla carica positiva, richiamati dalla forza di attrazione elettrica. Se, invece, avviciniamo al conduttore un corpo carico negativamente accadrà il fenomeno opposto, ovvero la faccia del conduttore prossima al carico risulterà positiva e quella opposta negativa. Il fenomeno può essere studiato utilizzando un conduttore formato da due parti separabili, ciascuna collegata con un elettroscopio. Avvicinando all'estremità del conduttore un corpo carico le due lamine degli elettroscopi collegati alle opposte estremità del conduttore divergono, indicando l'accumulo di carica previsto. La macchina più semplice è l'elettroforo di Volta, che è costituito da una base di materiale resinoso (isolante), detta schiacciata, e da un disco di metallo munito di manico isolante. Le macchine elettrostatiche sono utili in tutti quei casi in cui necessitano forti elettrizzazioni per lo studio dell'interazione fra cariche ferme e non, ma anche per studiare il moto continuo delle cariche, poiché esse consentono solamente l'attuazione di scariche elettriche.

• L'elettroscopio