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0208. Consigliatemi un esperimento che visualizzi le linee di forza di un campo elettrico

espertomini

Potete, consigliarmi un esperimento che permetta di visualizzare le linee di forza del campo elettrico generato da una carica e poi due cariche? (Tecnico Laboratorio dell’Istituto Martini)(2092)


sem_esperto_verdeLa visualizzazione diretta delle linee di campo elettrico non è un esperimento facilmente effettuabile, perché la generazione di campi elettrici di grandezza adeguata a provocare un moto visibile di particelle richiederebbe l'applicazione di tensioni piuttosto elevate. L'unico esempio disponibile sul web è un kit per la dimostrazione di elettroforesi icona_glossario su gel, che visualizza il moto lento di macromolecole icona_glossario in un mezzo viscoso sotto l'effetto del campo elettrico; comunque credo che un dispositivo del genere, oltre che costoso, sia poco adatto a mostrare le linee di forza di campi con una geometria appena un po’ complessa.

Spesso la distribuzione delle linee di forza di un campo dipolare icona_glossario generato di due cariche di segno opposto, è visualizzata usando un campo magnetico: le linee di forza del campo dipolare, sia esso elettrico o magnetico, hanno la stesso aspetto, anche se descrivono grandezze fisiche diverse. Poiché un ago magnetico si orienta parallelamente al campo magnetico locale, è possibile individuare le linee di campo con la limatura di ferro, in cui ogni scaglietta si comporta come un ago magnetico. Bisogna ricordare comunque che un ago magnetico, oltre a orientarsi come detto, si sposta anche in direzione perpendicolare alle linee del campo, per cui la figura ottenuta può modificarsi nel tempo.

Il modo più usato per ottenere sperimentalmente l'andamento delle linee di forza di un campo elettrico si basa sulla ricostruzione delle linee equipotenziali icona_glossario : le linee di forza sono per definizione perpendicolari alle linee equipotenziali, e la loro densità è proporzionale al gradiente icona_glossario . Quando sugli elettrodi si deposita una certa carica questa provoca una distribuzione del campo elettrico nello spazio circostante; se lo spazio è costituito da materiale resistivo le cariche si muovono generando un flusso di corrente proprio lungo le linee di forza del campo (ovviamente questo scarica gli elettrodi). La visualizzazione del campo elettrico quindi si può ottenere, un poco laboriosamente, partendo dalla misura delle differenze di potenziale icona_glossario create da questi flussi di corrente.

Praticamente questo esperimento può essere realizzato ponendo degli elettrodi in una superficie resistiva icona_glossario , e misurando con un voltmetro digitale le tensioni nei nodi di una griglia, idealmente disegnata sulla superficie resistiva. Con una interpolazione icona_glossario delle misure ottenute si ottengono le linee equipotenziali, e con una ulteriore elaborazione numerica si hanno finalmente le linee di forza (o di corrente, come sono talvolta chiamate). Queste elaborazioni numeriche si possono ormai fare facilmente su un computer, anche modesto, con un foglio di calcolo tipo Excel o altri equivalenti. La difficoltà principale è certamente ottenere una superficie resistiva, e potervi applicare gli elettrodi; esiste una carta resistiva, chiamata Teledeltos e prodotta originariamente dalla General Electric, ma non penso che sia disponibile in Italia. Si può perciò a realizzarla con materiali reperibili facilmente spandendo inchiostri o altro su un foglio di cartoncino Bristol liscio, perché il pigmento nero può essere dovuto a polvere di carbone che applicata in strati abbastanza spessi costituisce un velo resistivo.

I risultati ottenuti con vari materiali sono riportati a seguire:

*matita - resistività troppo alta (le mine sono fatte con un impasto di grafite e argilla)

*carboncino - resistività troppo alta (la polvere di carbone compressa della mina non costituisce un velo continuo)

*acquerello nero - resistività troppo alta (penetra nella carta e non costituisce un velo)

*inchiostro di china – resistività misurabile dopo tre o quattro strati, ma comunque elevata difficile da usare.

*mina di grafite pura - produce un velo di resistività bassa ~kOhm/quadrato icona_glossario . Possono esserci problemi di uniformità, ma sembra la strada da esplorare.

Secondo quanto riportato nell' ultimo dei siti elencati in bibliografia, un 'foglio’ resistivo può essere realizzato anche solo con un velo di acqua, eventualmente con un pizzico di sale per aumentare la conducibilità ionica icona_glossario . Il funzionamento di questo dispositivo si vede facilmente dallo sviluppo di cloro (irritante) a un elettrodo icona_glossario , ma il fatto che non fosse ampiamente citato, al posto dell'uso della carta Teledeltos mi fa pensare che ci sia qualche problema, per esempio la variazione di concentrazione ionica durante la misura può alterare i risultati. Può darsi però che questi problemi fossero una difficoltà significativo per l' uso del "velo liquido" quando i multimetri digitali, ad alta impedenza, non erano ancora diffusi, e il tradizionale multimetro icona_glossario a bobina mobile avrebbe richiesto una corrente tale da perturbare la distribuzione del campo elettrico. Spero che queste prime informazioni siano di aiuto al nostro web-nauta e lo invitiamo a sperimentare: il materiale non è costoso (il voltmetro digitale adatto a queste misure può essere il più semplice, ormai reperibile a circa 10 euro anche nei grandi centri commerciali o "fai-da-te"), l'alimentazione degli elettrodi deve essere una semplice batteria da pochi volt (mai usare la rete elettrica a 220 volt icona_glossario per esperimenti!). Su ScienzaPerTuttii in futuro inseriremo altre pagine dedicate alla fisica home-made.

Piero Patteri - Fisico

Bibliografia e link a cura della redazione SxT

Un testo in italiano che tratta in modo abbastanza dettagliata l'uso della carta Teledeltos o equivalente è il "Laboratorio del corso di fisica di Berkeley, vol 2".

Alcuni articoli in inglese sul web, a vari livelli di complessità sono:

http://www.aston.ac.uk/~pearcecg/Teaching/PDF/TELDELT.PDFicona_pdf

 http://www.dartmouth.edu/~imps/labs/lab1.pdficona_pdf

http://www2.hawaii.edu/~jmcfatri/labs/elfieldmap.html icona_linkesterno


 

 
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Ultima modifica: 28 maggio 2018

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