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Carica elettrica
Una carica elettrica è una quantità fisica e una proprietà della materia che le fa sperimentare una forza quando viene posta in un campo elettromagnetico.
Esistono due tipi di carica elettrica:
positivo, trasmesso dai protoni
negativo, trasmesso da elettroni
Se la carica totale è zero, si dice neutra. Le stesse cariche vengono respinte e le cariche opposte vengono attratte.
Gli elettroni in un atomo sono attratti dai protoni nel nucleo dalla forza elettromagnetica .
A proposito di carica elettrica
Una carica elettrica è una quantità fisica e una proprietà della materia che le fa sperimentare una forza quando viene posta in un campo elettromagnetico. Esistono due tipi di carica elettrica: positiva, trasmessa dai protoni, e negativa, trasmessa dagli elettroni. Se la carica totale è zero, si dice neutra. Le stesse cariche vengono respinte e le cariche opposte vengono attratte. Questi fatti sono noti come la prima legge dell’elettrostatica e talvolta sono indicati come la legge delle cariche elettriche.
Carica elementare
L’unità di carica più fondamentale è l’intensità della carica di un elettrone o di un protone, che è indicata con e . Il valore più preciso disponibile è:
e = 1,602176487 x 10 -19 C
Un coulomb rappresenta il negativo della carica totale di circa 6 x 10 18 elettroni.
Raramente incontriamo cariche grandi come un coulomb. Le cariche prodotte dallo sfregamento di oggetti ordinari (come un pettine o un righello di plastica) sono in genere intorno a un microcoulomb (?C = 10 -6 C) o meno. In una normale lampadina da 100 W, ad esempio, circa 10 19 cariche elementari entrano nella lampadina ogni secondo e altrettante escono.
Il protone ha carica + e ed elettrone -e . La carica è quantizzata; viene fornito in multipli interi di singole unità piccole chiamate carica elementare , e , che è la carica più piccola che può esistere liberamente (le particelle chiamate quark hanno cariche più piccole, multipli di ⅓ e, ma si trovano solo in combinazione e si combinano sempre per formare particelle con carica intera). Il protone ha una composizione di quark di uud, quindi il suo numero quantico di carica è:
q(uud) = 2/3 + 2/3 + (-1/3) = +1e.
Il neutrone ha una composizione di quark di udd e il suo numero quantico di carica è quindi:
q(udd) = 2/3 + (-1/3) + (-1/3) = 0
Poiché il neutrone non ha carica elettrica netta , non è influenzato dalle forze elettriche, ma il neutrone ha una leggera distribuzione di carica elettrica al suo interno. Ciò è causato dalla sua struttura interna di quark. Ciò si traduce in un momento magnetico diverso da zero (momento di dipolo) del neutrone. Pertanto il neutrone interagisce anche tramite interazione elettromagnetica, ma molto più debole del protone.
Legge di conservazione della carica elettrica
In fisica, ci sono due principi molto importanti riguardanti la carica elettrica.
La prima è la legge di conservazione della carica elettrica . Questa legge afferma che:
La somma algebrica di tutte le cariche elettriche in un sistema chiuso è costante.
L’unico modo per modificare l’addebito netto di un sistema è di prelevare l’addebito da un’altra posizione o rimuovere un addebito dal sistema. La carica può essere creata e distrutta, ma solo in coppia positiva-negativa.
Si ritiene che la conservazione della carica sia una legge di conservazione universale . Nessuna prova sperimentale per qualsiasi violazione di questo principio è mai stata osservata. Nella fisica delle particelle, conservazione della carica significa che nelle reazioni delle particelle elementari che creano particelle cariche, viene sempre creato un numero uguale di particelle positive e negative, mantenendo invariata la quantità netta di carica . Anche nelle interazioni ad alta energia in cui le particelle vengono create e distrutte, come la creazione di coppie positrone-elettrone , la carica totale di qualsiasi sistema chiuso è esattamente costante.
Il secondo principio importante è:
L’entità della carica dell’elettrone o del protone è un’unità naturale di carica.
Diciamo che la carica è quantizzata . Cioè, ogni quantità osservabile di carica elettrica è sempre un multiplo intero di questa unità di base. Questa unità è chiamata carica elementare , e , approssimativamente uguale a 1.602×10 −19 coulomb (ad eccezione delle particelle chiamate quark, che hanno cariche multiple intere di 1⁄3 e ).
Carica elettrica di antiparticelle
Teoricamente, una particella e la sua antiparticella (ad esempio un protone e un antiprotone) hanno la stessa massa, ma carica elettrica opposta e altre differenze nei numeri quantici. Ad esempio, per ogni quark esiste un corrispondente tipo di antiparticella. Gli antiquark hanno la stessa massa, vita media e spin dei rispettivi quark, ma la carica elettrica e le altre cariche hanno il segno opposto. Ciò significa che un protone ha carica positiva mentre un antiprotone ha carica negativa e quindi si attraggono. L’antiparticella dell’elettrone è chiamata positrone; è identico all’elettrone tranne per il fatto che trasporta cariche elettriche e altre cariche di segno opposto. Quando un elettrone entra in collisione con un positrone, entrambe le particelle possono essere completamente annientate, producendo fotoni di raggi gamma.
Esempio: carica elettrica
Degno di nota, in quattro litri di acqua, c’è circa 2,1 x 10 8 C di carica elettronica totale. Quindi, se mettiamo due bottiglie a un metro di distanza, gli elettroni in una delle bottiglie respingono quelli nell’altra bottiglia con una forza di 4,1 x 10 26 N. Questa forza tremenda è paragonabile alla forza che peserebbe il pianeta Terra se pesato su un’altra Terra. Ut, come è stato scritto, ci sono anche positivi (protoni) e queste cariche tendono ad annullarsi a vicenda.
Domande frequenti
Le proprietà chimiche dell’atomo sono determinate dal numero di protoni, infatti, dal numero e dalla disposizione degli elettroni. La configurazione di questi elettroni segue i principi della meccanica quantistica. Il numero di elettroni nei gusci di elettroni di ciascun elemento, in particolare il guscio di valenza più esterno, è il fattore principale che determina il suo comportamento di legame chimico.
Un atomo è costituito da un nucleo caricato positivamente circondato da elettroni carichi negativamente in modo che l’atomo nel suo insieme sia elettricamente neutro. Il nucleo atomico è costituito da protoni carichi positivamente e neutroni neutri.
Gli elettroni in un atomo sono attratti dai protoni nel nucleo dalla forza elettromagnetica. Questa forza lega gli elettroni all’interno di un pozzo di potenziale elettrostatico che circonda il nucleo più piccolo, il che significa che è necessaria una fonte di energia esterna per la fuga dell’elettrone.
Il coulomb (simbolo: C) è l’unità di carica elettrica del Sistema Internazionale di Unità (SI). Il coulomb è stato definito come la quantità di elettricità trasportata in un secondo da una corrente di un ampere: 1 C = 1 A × 1 s
