Considera un atomo di idrogeno in cui la distanza
Categoria: FISICA |
Testo del Quesito:
Considera un atomo di idrogeno in cui la distanza tra elettrone e protone รจ di 50 pm.
Quanto vale lโenergia potenziale elettrostatica dellโatomo ?
Ricorda che:
$1 pm = 10^12 m$ e che la carica del protone equivale a quella dellโelettrone ed รจ pari a $1,6 x 10^(-19)C$
Introduzione allโArgomento:
Lโelettrostatica รจ una disciplina che studia le cariche elettriche statiche (hanno grandezza e posizione invariabili nel tempo), generatrici del campo elettrico. Questโultimo รจ una grandezza vettoriale generata da una carica Q nello spazio. In particolare, esso si definisce come rapporto tra la forza di Coulomb esercitata da una carica Q su una carica di prova q e la carica q stessa. Si tratta di un argomento fondamentale nello studio della fisica, in quanto, insieme a quello magnetico, costituisce il campo elettromagnetico, responsabile dei fenomeni di interazione elettromagnetica. Introdotto da Michael Faraday per spiegare lโinterazione tra due cariche poste ad una certa distanza, il campo elettrico si propaga alla stessa velocitร della luce e, nel Sistema Internazionale, si misura in N/C (Newton / Coulomb).
Analisi dellโEsercizio:
In questo esercizio si considera un atomo di idrogeno di cui รจ fornita la distanza tra protone ed elettrone. Letto il suggerimento proposto dal testo, รจ un gioco da ragazzi intuire come procedere. Eโ sufficiente infatti applicare la formula e sostituire al suo interno i valori numerici, in quanto ognuna delle due cariche sarร responsabile di un campo elettrostatico nel quale lโaltra particella avrร rigorosamente una sua energia potenziale.
Risoluzione dellโEsercizio:
Se indichiamo con $e$ la carica del protone, la carica dellโelettrone varrร $-e$. Ognuna delle due cariche sarร responsabile di un campo elettrostatico nel quale lโaltra particella avrร rigorosamente una sua energia potenziale:
$$U=k_0\frac{-e\times e}{r}=$$
$$=9,0\times10^9\frac{Nm^2}{C^2}\times\frac{-(1,6\times10^{-19}C)^2}{50\times10^{-12}m}=$$
$$=-4,6\times10^{-18}J$$
Lโenergia potenziale elettrostatica dellโatomo vale dunque $-4,6\times10^{-18}J$.
