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4.2 Conduttore cavo. Schermo elettrostatico
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Una verifica sperimentale dell’azione di schermo perfetto di un conduttore cavo
è la seguente; si introduce, figura 4.14a, una sferetta conduttrice con carica +
q
sup-
portata da un filo isolante dentro una cavità conduttrice con apertura molto piccola
e si misura con un elettroscopio collegato alla superficie esterna la carica indotta, che
risulta essere +
q
, figura 4.14b. Se muoviamo la sferetta carica all’interno della cavità,
facendo variare in tal modo il campo elettrostatico all’interno e la distribuzione di ca-
rica sulla parete interna della cavità, l’elettroscopio
non segnala
alcuna variazione,
nemmeno se caliamo la carica fino a toccare il fondo, figura 4.15c. Estraendo infine
la sferetta, figura 4.14d, l’elettroscopio rimane carico. Successivamente poniamo un
elettroscopio carico all’interno della cavità, che esternamente può essere carica o
scarica e avviciniamo un corpo carico inmodo da variare la distribuzione della carica
esterna: si osserva che la deviazione dell’elettroscopio rimane inalterata. In effetti un
conduttore cavo scherma lo spazio interno dallo spazio esterno nei due sensi.
Non è necessario che lo schermo sia compatto: esso può avere delle piccole
aperture o una struttura a rete; la presenza di queste discontinuità non si avverte a
distanze grandi rispetto alle loro dimensioni.
Gli schermi elettrostatici trovano applicazione in laboratorio quando si devono
eseguire determinate misure elettrostatiche o più in generale, quando si vuole
schermare una strumentazione da disturbi elettromagnetici esterni: in effetti, an-
che in caso di campi variabili, si ha un’azione di schermo, pur se non completa-
mente efficiente. Una rete metallica, ben collegata conduttivamente alla terra, in-
serita nei muri di un edificio lo scherma dalle scariche atmosferiche.
È interessante ricordare che l’azione di schermo elettrostatico venne scoperta
da Franklin nel 1755 e completamente verificata da Faraday nella prima metà
dell’ottocento; già nel 1773, dodici anni prima che venisse effettuato l’esperi-
mento di Coulomb, Cavendish dedusse dalle proprietà di schermo sperimentate
in laboratorio che l’esponente della legge, detta poi di Coulomb, doveva essere
n
= 2 ± 0.02. In effetti gli esperimenti di precisione per la misura dell’esponente di
r
nella legge di Coulomb continuano a basarsi sulla verifica dell’azione di schermo
elettrostatico, come mostrato in figura 4.16. Si fa variare tramite un generatore
G
il potenziale del conduttore esterno cavo e si misura la differenza di potenziale tra
+
+
+
+
+
+
+ + +
+
+
+
+
+
+
+ +
+
+
+
+
+
+
+ + +
+
+
+
+
+
+
+ +
+
+
+
+
+
+
+ + +
+
+
+
+
+
+
+ +
+
+
–
–
–
–
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– – –
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–
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–
– –
V
G
+
+
+
+
+
+ + + +
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+ +
+
+
Elettroscopio carico all’interno
di una cavità schermato dalle
perturbazioni elettriche esterne.
Figura 4.15
Schema di un esperimento per
la determinazione precisa del-
l’esponente della distanza
r
della
legge di Coulomb.
Figura 4.16
Esperimento sull’induzione completa tra due conduttori isolati.
Figura 4.14
(a)
(c)
(b)
(d)