La forza elettrostatica attraversa la materia: la costante dielettrica - WeSchool


Lo scopo che si era prefisso Charles-Augustin de Coulomb (1736 - 1806) era quello di capire che cosa determina l’intensità di una 
forza elettrostatica
. Egli voleva isolare tutti e soli quegli elementi che sono importanti per calcolare, e quindi controllare, l’attrazione o la repulsione tra due corpi che abbiano subito un processo di elettrizzazione.





















Videolezione "L'elettroscopio a foglie: come costruirlo?"

























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Lo scienziato fu in grado di capire quale ruolo ricoprisse la 
distanza
 e come all’aumentare della stessa la forza diminuisse secondo l’inverso del suo quadrato. Si rese inoltre conto che era necessario inventare una nuova grandezza fisica, la 
carica elettrica
. Quest’ultima permette di evidenziare la differenza tra un corpo “poco” o “molto” elettrizzato e quantificare di conseguenza il processo di elettrizzazione. Tutte queste informazioni sono riassunte nella 
legge di Coulomb
:$$F = \frac{1}{4\pi\varepsilon}\frac{Q_1Q_2}{r^2}$$Nella formula, le due cariche elettriche sono rappresentate da $Q_1$ e $Q_2$, mentre la distanza a cui sono poste è $r$.
Coulomb condusse tutti i suoi esperimenti nell’atmosfera terrestre. Ma cosa sarebbe successo se al posto dell’aria ci fosse stato un’altra sostanza 
isolante
, come il vuoto o l’olio? 
I mezzi materiali hanno l’effetto di indebolire sempre la forza elettrica
: di questo fatto la legge sopra riportata tiene conto grazie alla 
costante dielettrica
, qui indicata con la lettera greca $\varepsilon$ (si legge epsilon). 
Ogni sostanza è infatti caratterizzata da un proprio valore di
 $\varepsilon$ che esprime quanto è capace di schermare l’
interazione elettrostatica
: come si vede dall’espressione matematica della legge di Coulomb, più è alto il valore di $\varepsilon$, minore sarà l’intensità della forza elettrostatica. La costante dielettrica del vuoto è indicata con $\varepsilon_0$ e vale numericamente $ 8,854 187 817 \ \ 10^{-12} \ \text{C}^2 \text{m}^{-2} \text{N}^{-1}$.


Questo effetto è dovuto alla 
struttura microscopica della materia
. Gli 
atomi
 che compongono una sostanza sono 
elettricamente neutri
 solo perchè le particelle cariche di cui sono composti (elettroni e protoni) sono disposte in modo da bilanciarsi reciprocamente. La presenza di 
cariche elettriche esterne
, come $Q_1$ e $Q_2$, tendono a 
modificare la forma degli atomi intorno a sé
, attraendone le cariche opposte. L’effetto complessivo è che $Q_1$ e $Q_2$ appaiono come ricoperte da una specie di guscio di carica opposta che ne indebolisce la reciproca capacità di attrarsi o respingersi.

