Minimalist City

I campi elettrici possono interagire con i materiali conduttori dando origine a fenomeni di assoluta rilevanza. Si definisce conduttore qualsiasi materiale capace di far scorrere corrente elettrica al suo interno e lungo la sua superficie. I conduttori si dividono in prima specie, quando hanno elettroni liberi di muoversi nella banda di valenza degli atomi che compongono il conduttore, e di seconda specie quando si tratta di specie ioniche in grado di trasportare la corrente.

Sono conduttori di prima specie molti metalli e loro leghe, mentre sono conduttori di seconda specie le soluzioni saline.

I campi elettrici, per loro natura, esercitano forze coulombiane sulle cariche elettriche, imprimendo loro un'accelerazione.
Pertanto, se poniamo un oggetto metallico in un campo elettrico, il campo applicherà una forza a ciascuno dei miliardi di miliardi di elettroni liberi di muoversi presenti nel metallo.
Ciascuna di queste cariche si sposterà fino a che si raggiunge una situazione di equilibrio elettrostatico, in cui tutte le cariche libere si dispongono sulla superficie del conduttore, mentre all'interno del conduttore il valore del campo elettrico sarà sempre nullo.
Questa situazione di equilibrio è valida però solo in condizioni elettrostatiche.

Come abbiamo detto, in condizioni di equilibrio elettrostatico le cariche libere si dispongono tutte sulla superficie del conduttore, che quindi diviene una superficie equipotenziale.
Significa che su tale superficie il potenziale è costante, cioè rimane uguale in ogni punto della superficie.
Non essendoci differenze di potenziale, le cariche disposte lungo tale superficie sono pressoché stazionarie, ed il sistema rimane in equilibrio.

Dato che la superficie carica emetterà comunque un campo elettrico verso l'esterno, definito dal teorema di Coulomb:

E = (σ/ε0)n

Dove E è il campo elettrico, σ è la densità di carica superficiale, ε0 è la costante dielettrica del vuoto (supponendo che il conduttore si trovi nel vuoto), e n è il versore normale alla superficie.
Tale campo ha sempre verso uscente ed è perpendicolare alla superficie equipotenziale.
Nel caso in cui il conduttore presenti una o più cavità al suo interno non cambia nulla: anche dentro le cavità il campo elettrico sarà nullo e sulla superficie esterna della cavità avremo una superficie equipotenziale.

Un fenomeno di particolare importanza è l'induzione elettrostatica, da non confondere con l'induzione elettromagnetica.

Questo fenomeno fa sì che un conduttore carico possa trasferire parte delle sue cariche ad un altro conduttore posto nelle sue vicinanze.
Il caso più classico è quello di un conduttore carico negativamente che presenta una cavità al suo interno, in cui è posto un secondo conduttore carico positivamente.
Se i due conduttori non sono a contatto, quello che succede è che la superficie interna del conduttore cavo si carica negativamente, perché il conduttore positivo attrarrà le cariche positive verso di esso.
Conseguentemente, sulla superficie esterna del conduttore cavo si disporranno le cariche positive.
Una volta raggiunto l'equilibrio elettrostatico, sulla superficie esterna del conduttore cavo ci sarà una carica uguale, per segno e quantità, a quella del conduttore interno.

Quando due conduttore formano induzione completa formano quello che è definito condensatore, dispositivi in grado di immagazzinare carica elettrica.

Si ringrazia il Dott. Luigi Rescigno per il supporto scientifico.