Testo
Schermo e carica. Una carica positiva è posta fuori da un conduttore cavo metallico (scarico) di forma arbitraria. (a) Cosa accade alla distribuzione di carica sulla superficie esterna del conduttore? (b) Che cosa percepisce all’interno della cavità una seconda carica ? (c) Perché le casse metalliche delle automobili proteggono dai fulmini? Ragiona in termini di campo elettrico e potenziale, senza calcoli.
Soluzione
(a) Ridistribuzione sulla superficie esterna. Il campo della carica esterna mette in moto gli elettroni liberi del conduttore, che si dispongono finché il campo elettrico all’interno del metallo diventa nullo (condizione di equilibrio elettrostatico). Sulla superficie esterna compaiono cariche indotte: negative nella zona rivolta verso (attratte), positive nella zona opposta. La carica netta del conduttore resta nulla — è solo una separazione (polarizzazione) di cariche indotte.
(b) Dentro la cavità. La carica posta nella cavità non percepisce alcun campo dovuto a : il guscio conduttore fa da schermo. Poiché il campo è nullo nello spessore del metallo, il teorema di Gauss applicato a una superficie interna al metallo che avvolge la cavità impone che il campo esterno non penetri. La cavità è una regione a potenziale costante, un ambiente elettricamente protetto. Questo è il principio della gabbia di Faraday.
(c) L’automobile e il fulmine. La carrozzeria metallica dell’auto si comporta come un guscio conduttore chiuso: durante un fulmine le cariche si distribuiscono sulla superficie esterna e il campo all’interno dell’abitacolo resta praticamente nullo. I passeggeri, essendo dentro la cavità conduttrice, sono schermati e la corrente scorre lungo la superficie esterna verso il suolo senza attraversare l’abitacolo. È la schermatura elettrostatica, non i pneumatici, a proteggere gli occupanti.
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Argomenti: Campo elettrico e potenziale Concetti: Conduttori in equilibrio elettrostatico · Campo elettrico