Elettrostatica

L'elettrostatica è lo studio delle cariche elettriche in quiete sotto l'azione delle forze elettriche. Secondo il principio fondamentale dell'elettrostatica, cariche elettriche della stessa specie si respingono mutuamente, mentre cariche elettriche di specie diversa si attraggono mutuamente.

Fu nel 1897 che il fisico inglese J.J. Thomson (1856-1940) scoprì l'elettrone, una particella carica negativamente, la particella elementare che portava la minima quantità di carica negativa (tutte le altre cariche negative sono multipli della carica dell'elettrone). Essendo l'atomo generalmente neutro, all'interno dell'atomo deve esserci una carica positiva che neutralizza l'elettrone negativo. Nel XX secolo venne elaborato il modello di Rutherford, un modello dell'atomo, in cui esso era costituito da un nucleo piccolo, denso e carico positivamente, attorno al quale ruotavano elettroni negativi. Nel 1919 lo stesso Rutherford scoprì che la particella positiva del nucleo il protone (la sua massa è circa 1836 volte quella dell'elettrone); egli ipotizzò inoltre che il nucleo contenesse anche una particella elettricamente neutra, che scoprì nel 1932 il fisico inglese J. Chadwick, il neutrone. La differenza tra gli elementi chimici sta nel numero di protoni ed elettroni contenuti. Ogni elemento è elettricamente neutro dal momento che contiene ugual numero di elettroni e protoni.

Internamente al nucleo esiste una forza capace di tenere uniti i protoni, infatti secondo il principio fondamentale dell'elettrostatica, essi avendo carica della stessa specie dovrebbero respingersi mutuamente; tale forza è la forza nucleare forte.

La carica elettrica si presenta soltanto in multipli della carica elettronica (è quantizzata); secondo il principio di conservazione della carica elettrica la carica totale di ogni sistema è costante.

In alcuni casi si possono strappare gli elettroni ad una sostanza trasferendoli ad un'altra mediante elettrizzazione per strofinio, in cui si ha il trasferimento da un corpo all'altro degli elettroni. A trasferirsi da un corpo all'altro sono sempre le cariche elettroniche negative, perché rispetto ai protoni hanno massa molto minore (1\1836), e sono debolmente legati al nucleo, mentre i protoni sono fortemente legati al nucleo e non si possono staccare dall'atomo tanto facilmente.

Le sostanze si dividono principalmente in due gruppi, i conduttori elettrici, e gli isolanti elettrici. I primi (la maggior parte dei metalli) sono sostanze in cui la carica elettrica è in grado di fluire liberamente; i secondi (la maggior parte dei non metalli) sono sostanze in cui la carica elettrica non è in grado di fluire liberamente. C'è inoltre un'altra categoria di sostanze, i cosiddetti semiconduttori con caratteristiche intermedie tra conduttori ed isolanti.