Progetto elettrostatica: mulinello elettrostatico

Il mulinello elettrostatico nacque inizialmente per osservare la dispersione di cariche nei vari punti di un metallo. Esso è composto da una serie di raggi metallici imperniati su un'asse verticale e piegati di 90°, tutti nello stesso verso. E' il risultato di un incrocio tra le leggi della dinamica e le leggi dell'elettrostatica.

Materiale utilizzato:

• Fili di stagno;
• saldatore;
• asta;
• sostegno;
• tappini in gomma;
• generatore di Van Der Graaf;
• sfera con incastro per l'asta.

Funzionamento:
Se si collega il mulinello (o "arganetto elettrico") ad una macchina elettrostatica (come il Generatore di Van Der Graaf) noteremo che comincia a girare. Questo è dovuto all'elettrizzazione, per esempio, negativa dell'arganetto che concentra le cariche nei raggi i quali attireranno gli ioni positivi presenti nell'aria mentre quelli negativi tenderanno ad allontanarsi velocemente creando così un vento elettrostatico. Il fenomeno avviene in presenza di zone con un piccolo raggio di curvatura poiché in queste vi è un'alta densità di carica; per questo motivo è fondamentale la presenza di punte nella parte terminale dei raggi. Successivamente, per il terzo principio della dinamica, gli ioni che si allontanano esercitano una forza sulle punte le quali iniziano il loro movimento. Contemporaneamente gli ioni dell'aria attratti tendono a scaricare il conduttore e, scontrandosi, cedono la loro quantità di moto alle punte incrementando il loro movimento.

QUI SOTTO IL VIDEO DELLA NOSTRA ESPERIENZA:

PROBLEMA:

Ipotizziamo di poter dare un valore complessivo di carica alla punta (Q2) che è uguale al valore della carica complessiva di tutti gli elettroni che si allontanano da una punta del mulinello (Q1) di circa 0,8 microcoulomb. Tutti questi elettroni cominciano ad allontanarsi dalla punta a circa 3,4 cm da essa. Sappiamo che la massa della parte mobile del mulinello è di 752 grammi e che il raggio di essa è di 7 cm. 

Ipotizzando che dopo una prima fase il mulinello rimanga in moto circolare uniforme e che sia creato in modo tale che l'attrito diventa trascurabile, che velocità raggiunge?

Cosa sarebbe successo se il mulinello avesse avuto le punte? Spiega il motivo.

C'è differenza se carichiamo il mulinello positivamente o negativamente? Se sì, perché?