Campo elettrico: definizione operativa

Regola

E=F/q per una carica di prova positiva nel limite in cui non perturba la sorgente. Unità SI N/C. Una carica sorgente positiva genera campo radiale uscente nel modello puntiforme.

Approfondimento e limiti del modello

Il campo E è una proprietà attribuita alle sorgenti nel punto considerato; la carica di prova serve a misurarlo senza modificarle in modo apprezzabile. Se la prova è positiva, forza e campo hanno lo stesso verso. Se la prova è negativa, la forza punta nel verso opposto: cambiare prova non cambia il campo creato dalla sorgente. La definizione vettoriale F=qE resta valida con il segno di q.

La divisione di micronewton per microcoulomb produce N/C perché i fattori 10⁻⁶ si cancellano. Per una sorgente puntiforme positiva il campo è radiale uscente; per una negativa è entrante. Le linee sono una rappresentazione qualitativa della direzione, non fili materiali né una misura numerica leggibile da un disegno senza scala.

Una proprietà del punto e delle sorgenti

Il campo elettrico E in un punto descrive la forza per unità di carica positiva di prova sufficientemente piccola: E=F/q. È un vettore e dipende dalla distribuzione delle cariche sorgenti, non dal segno della carica che scegliamo per esplorarlo. Se inserisci una carica negativa, la forza ha verso opposto a E; questo non significa che il campo si sia capovolto. La carica di prova deve perturbare poco le sorgenti, altrimenti la misura cambierebbe il sistema che vorremmo descrivere. L'unità è N/C, equivalente a V/m nelle condizioni adatte. Una freccia di campo indica direzione e verso locali, non la traiettoria obbligata di ogni particella. Una particella con velocità iniziale può seguire un percorso curvo o attraversare una regione senza muoversi lungo la freccia in ogni istante.

Sovrapposizione e rappresentazione

Se più sorgenti producono campi, il campo risultante è la somma vettoriale dei contributi nel punto considerato. Si sommano componenti con segno o vettori disegnati in scala; non si sommano semplicemente i moduli quando i versi differiscono. Per una carica puntiforme isolata, nel modello elettrostatico il modulo diminuisce con il quadrato della distanza. Le linee di campo sono uno strumento grafico: la tangente indica il verso del campo, mentre la loro densità nel disegno può rappresentarne qualitativamente l'intensità se la convenzione è coerente. Le linee non sono fili materiali e non possono incrociarsi in un punto dove il campo ha un verso unico. In un conduttore elettrostatico in equilibrio, il campo interno è nullo nel modello; questo non equivale a dire che non vi siano cariche sulla superficie.

Forza, potenziale e controllo

Prima di calcolare una forza, determina E dalla sorgente o dai dati e poi usa F=qE con il segno della carica inserita. Se si chiede soltanto il verso, disegna una carica positiva di prova e poi inverti per una carica negativa. La forza può essere non nulla anche se il campo è uniforme: uniforme significa stessa intensità e direzione nei punti considerati, non assenza di effetto. Campo e potenziale elettrico sono grandezze collegate ma differenti; il potenziale è scalare, mentre E è vettoriale. Non ricavare un valore numerico da una figura senza scala, né assumere che il campo di due sorgenti sia nullo nel punto medio senza verificarne segni e distanze. Un controllo dimensionale N/C moltiplicato per C deve restituire N. L'orientamento del sistema di assi va esplicitato prima di usare segni algebrici.