Hai mai visto un fulmine o sei rimasto scioccato quando hai toccato una maniglia? Se è così, hai osservato il potere delle cariche elettriche in azione. Le cariche elettriche positive e negative sono create dal movimento di minuscole particelle chiamate elettroni. Mentre gli elettroni sono così piccoli da non poter essere nemmeno visti con un microscopio, puoi vedere come si formano le cariche positive e negative usando solo gli oggetti nella tua stessa casa.

Elettroni e carica

Potresti già sapere che tutta la materia è composta da particelle microscopiche chiamate atomi. Tuttavia, gli atomi sono costituiti da particelle ancora più piccole chiamate elettroni, protoni e neutroni. I protoni si trovano nel centro o nucleo di un atomo e hanno una carica positiva; i neutroni si trovano anche nel nucleo ma non hanno carica. Gli elettroni orbitano attorno al nucleo e sono carichi negativamente.

Normalmente, un atomo ha un numero uguale di protoni ed elettroni. Tuttavia, poiché gli elettroni si trovano nella parte esterna di un atomo, a volte si spostano da un atomo o da un gruppo di atomi a un altro. Quando un atomo o un gruppo di atomi ha più elettroni di protoni, è caricato negativamente. Quando un atomo o un gruppo di atomi ha più protoni degli elettroni, è caricato positivamente. Un atomo o un gruppo di atomi che ha lo stesso numero di protoni ed elettroni è caricato in modo neutro.

Come creare un carico positivo

Se mai hai sfregato un palloncino nei tuoi capelli e li hai usati per far alzare i capelli, sai già come fare cariche positive e negative. Ogni volta che gli atomi si sfregano l'uno contro l'altro, gli elettroni possono trasferirsi tra di loro. Ciò significa che un oggetto non può essere caricato positivamente a meno che un altro oggetto non venga caricato negativamente; quegli elettroni devono andare da qualche parte. Quando hai sfregato il palloncino tra i capelli, gli elettroni si sono spostati dagli atomi nei capelli agli atomi del palloncino, rendendo i capelli carichi positivamente e il palloncino caricato negativamente.

I tuoi capelli si alzano in piedi perché oggetti con cariche opposte sono attratti l'un l'altro. Potresti aver bloccato il pallone su una delle pareti di casa tua. Questo perché gli oggetti carichi, sia positivi che negativi, sono attratti anche da oggetti carichi neutrali, come il muro. Tuttavia, se hai portato il palloncino vicino a un altro pallone caricato in questo modo, i due palloncini si allontanerebbero l'uno dall'altro. Questo perché due oggetti con la stessa carica, sia positiva che negativa, si respingono sempre.

Serie Triboelettrica

Hai visto come gli elettroni si muovono dai tuoi capelli al palloncino quando tu li ha sfregati l'uno contro l'altro Ma perché si sono spostati dai capelli al pallone e non viceversa? Il palloncino finirà per caricarsi negativamente in questo esperimento, perché certe sostanze rilasciano elettroni più facilmente di altri, e sarà sempre più facile per la gomma nel palloncino prendere gli elettroni dai capelli piuttosto che i capelli per prendere gli elettroni dal balloon.

Una serie di triboelettrici
è una lista che mostra quanto sia facile per le diverse sostanze prendere gli elettroni l'uno dall'altro. Più bassa è una sostanza su una serie triboelettrica, più è probabile che diventi carica negativa. Una sostanza può prendere elettroni da qualsiasi sostanza sopra di essa sulla serie. Ad esempio, prendi le seguenti serie triboelettriche:

Capelli Glass Paper Wool Vinyl Latex Teflon

Puoi vedere che strofinare teflon su una qualsiasi delle altre sostanze di questo elenco renderà questi materiali positivamente caricati, perché il teflon può prendere gli elettroni da tutti loro. E qualsiasi sostanza in questa lista può diventare negativamente carica prendendo gli elettroni dai capelli.

Perché Lightning Strike?

Le cariche positive e negative sono anche la ragione per cui i fulmini colpiscono durante i temporali. Le nuvole temporalesche si formano quando le gocce d'acqua nelle parti fredde e superiori dell'atmosfera si congelano e cadono; allo stesso tempo, le correnti ascensionali portano il vapore acqueo verso l'alto. L'acqua che cade e si alza si sfrega l'una contro l'altra: l'acqua che cade diventa carica negativamente e l'acqua che sale si carica positivamente. Per questo motivo, la nube temporalesca viene caricata negativamente sul fondo e caricata positivamente in cima.

Normalmente, poiché un oggetto carico viene attratto da un oggetto con carica neutra, gli elettroni nella nube temporalesca fluiscono lentamente verso la carica neutrale terra. Tuttavia l'aria tra la nuvola e il terreno funge da isolante
, una sostanza che impedisce agli elettroni di muoversi facilmente attraverso di essa. Ma una volta che una forte carica negativa si accumula nella parte inferiore della nuvola, anche l'aria non può fermarla. Gli elettroni saltano tutti a terra in una sola volta sotto forma di un fulmine.