La legge di Coulomb

La legge di Coulomb afferma che l’intensità della forza che si manifesta tra due cariche elettriche è direttamente proporzionale alla loro quantità e inversamente proporzionale al quadrato della loro distanza.

L’esistenza di alcuni fenomeni elettrici era conosciuta dall’antichità, infatti il nome elettro viene dall’ambra (il cui nome greco era ἤλεκτρος e ἤλεκτρον) perché strofinandola dovutamente attrae oggetti molto leggeri come le piume.

Alle base dei fenomeni elettrici c’è una proprietà della materica chiamata carica elettrica che non si può percepire immediatamente dai nostri sensi e che, diversamente dalle altre proprietà, può essere di due tipi diversi come le due facce di una calamita: carica elettrica positiva (+), come quella che si ottiene strofinando una bacchetta di vetro, e carica elettrica negativa, come quella ottenuta strofinando una bacchetta di plastica. Questo è dovuto al fatto che strofinando questi oggetti si provoca un trasferimento di particelle dotate di una di queste due cariche.

Possiamo osservare che se due corpi hanno lo stesso tipo di carica si respingono e si allontanano tra loro mentre se il tipo di carica è diverso, questi due corpi si attraggono. L’intensità della forza di attrazione o di repulsione aumenta in modo proporzionale alla quantità delle cariche elettriche dei corpi e diminuisce in modo proporzionale all’aumentare del quadrato della loro distanza. La formula della legge di Coulomb è:

In questa formula F sta per la forza di attrazione o repulsione e la sua unità di misura è il Newton (simbolo N), Q₁ e Q₂ rappresentano le cariche elettriche dei due corpi e la loro unità di misura è il Coulomb (C) mentre d sta per la distanza tra i due corpi.

La proporzionalità diretta significa che se la carica elettrica di uno dei due corpi raddoppia lo fa anche la forza F, se triplica Q1 oppure Q2 triplica anche F, se tutti e due i corpi raddoppiassero le loro cariche F raddoppierebbe due volte, quindi quadruplicherebbe. La proporzionalità inversa significa, invece, che se la distanza tra i due corpi raddoppia, l’intensità della forza F si riduce di 4 volte, il quadrato di 2.

Il valore della costante k varia a seconda del materiale dove si trovano i due corpi. Se fossero immersi nell’acqua la forza diminuirebbe. Nel vuoto la costante vale:

9,0 ∙ 10⁹ N ∙ m²/C²

Per ricavare le formule inverse della legge di Coulomb basta seguire i principi di equivalenza.

Tutti i corpi presentano particelle dotate di carica elettrica sia positiva che negativa in quantità uguale; per questo motivo non manifestano gli effetti delle cariche elettriche e ogni corpo, di norma, è elettricamente neutro.

Vedi anche Le grandezze fisiche fondamentali del Sistema Internazionale e La notazione scientifica