FISICA II - canale 1
Anno accademico 2017/2018 - 2° annoCrediti: 9
SSD: FIS/01 - Fisica sperimentale
Organizzazione didattica: 225 ore d'impegno totale, 146 di studio individuale, 49 di lezione frontale, 30 di esercitazione
Semestre: 1°
ENGLISH VERSION
Obiettivi formativi
L'obiettivo dell'insegnamento è fornire le conoscenze di base dell'elettromagnetismo (in condizioni statiche e dinamiche, nel vuoto e nella materia) e della propagazione delle onde elettromagnetiche. Alla fine del corso lo studente sarà in grado di risolvere semplici problemi di elettromagnetismo, anche a partire dalle equazioni di Maxwell.
Prerequisiti richiesti
Nozioni di geometria, algebra e trigonometria elementari.
Calcolo differenziale ed integrale di funzioni ad una variabile.
Equazioni differenziali del primo e del secondo ordine. Grandezze scalari e vettoriali. Calcolo vettoriale.
Conoscenza delle leggi di Newton ed equazioni del moto. Campo di forze. Energia cinetica e potenziale.
Frequenza lezioni
Frequenza fortemente consigliata. La frequenza è obbligatoria per accedere alle prove in itinere (limite minimo di presenze pari al 65%).
Contenuti del corso
1. Elettrostatica
- Elettrostatica nel vuoto:Carica elettrica, legge di Coulomb, campo elettrostatico. Campo conservativo, lavoro, energia e potenziale elettrostatico. Potenziale e campo elettrostatico prodotto da distribuzioni discrete e continue di cariche. Il dipolo elettrico. Flusso del campo elettrico, legge di Gauss.
- Conduttori in equilibrio elettrostatico: Capacità. Condensatori (sferico, cilindrico e piano) in serie e in parallelo.
- Dielettrici, induzione dielettrica e polarizzazione, energia del campo in dielettrici.
- Continuità del campo elettrico attraverso una superficie carica, Eq. Maxwell per il campo elettrico.
2. Elettrodinamica
- Conduzione e corrente elettrica: Densità di corrente ed equazione di continuità .
- Resistenza elettrica e leggi di Ohm – Effetto Joule – Forza elettromotrice .
- Resistenze in serie ed in parallelo - Leggi di Kirchhoff per le reti elettriche – Carica e scarica del circuito RC
3. Magnetismo
- Campo magnetico e legge di Gauss, Forza di Lorentz, seconda legge elementare di Laplace.
- Forza magnetica su filo percorso da corrente, spira e momento magnetico, effetto Hall.
- Campo generato da correnti: legge di Biot-Savart e prima legge di Laplace.
- Campo magnetico generato da un filo rettilineo indefinito, di una spira, di un solenoide (infinito e finito).
- Forza magnetica tra fili paralleli. Legge di Ampere (circuitazione del campo magnetico).
- Legge di Gauss ed Eq. Maxwell per il magnetismo (nel vuoto), continuità del campo magnetico.
- Magnetismo nella materia, permeabilità e suscettività magnetiche, ferro-, dia- e para-magnetismo, induzione magnetica e magnetizzazione, isteresi magnetica.
4. Campi elettrici e magnetici variabili nel tempo
- Induzione elettromagnetica, Legge di Faraday-Neumann- Lenz, forza elettromotrice indotta.
- Campo elettrico indotto non conservativo, generatori e motori elettrici.
- Autoinduzione. Circuito RL. Energia campo magnetico
- Circuiti LC e RLC, mutua induzione.
- Corrente di spostamento, legge di Ampere-Maxwell. Eq. Maxwell per il campo elettromagnetico nel vuoto.
5. Onde elettromagnetiche
- Fenomeni ondulatori
- Onde elettromagnetiche nel vuoto, Eq. Maxwell in forma integrale e differenziale
- Onde piane e polarizzazione. Energia di un'onda, vettore di Poynting.
Testi di riferimento
1. R.A. Serway, J. W. Jewett, Jr, Fisica per Scienze ed Ingegneria, Vol. 2, Quinta edizione, EdiSES
2. P. Mazzoldi, M. Nigro, C. Voci, Fisica volume II Seconda edizione, EdiSES 2000.
3. Edward M. Purcell, La Fisica di Berkley 2, Elettricità e Magnetismo, Zanichelli.
Programmazione del corso
| * | Argomenti | Riferimenti testi | |
|---|---|---|---|
| 1 | * | Carica elettrica, legge di Coulomb, campo elettrostatico (3 ore) | testo 1, cap 23; testo 2, cap 1 |
| 2 | * | Cariche puntiformi ed estese, principio di sovrapposizione (3 ore) | testo 1, cap 23; testo 2, cap 1 |
| 3 | * | Flusso del campo elettrico, legge di Gauss, conduttore in equilibrio elettrostatico (3 ore) | testo 1, cap 24; testo 2, cap 3 |
| 4 | * | Campo conservativo, lavoro, energia e potenziale elettrostatico, dipolo elettrico. (4 ore) | testo 1, cap 25; testo 2, cap 2 |
| 5 | * | Conduttori, capacità elettrica, condensatori e collegamenti (4 ore) | testo 1, cap 26; testo 2, cap 4 |
| 6 | Dielettrici, induzione dielettrica e polarizzazione, energia del campo in dielettrici. (6 ore) | testo 1, cap 26; testo 2, cap 5 | |
| 7 | * | Corrente elettrica, conservazione della carica elettrica, resistenza elettrica e legge di Ohm, resistività e meccanismo microscopico della conduzione elettrica, Effetto Joule. (4 ore) | testo 1, cap 27; testo 2, cap 6 |
| 8 | * | Collegamenti di resistenze, circuiti, leggi di Kichhoff e circuito RC. (5 ore) | testo 1, cap 28; testo 2, cap 6 |
| 9 | Continuità del campo elettrico attraverso una superficie carica, Eq. Maxwell per il campo elettrico (4 ore) | testo 2, cap 3 | |
| 10 | * | Campo magnetico, effetti sul moto di una carica, forza di Lorentz e sue applicazioni. (3 ore) | testo 1, cap 29; testo 2, cap 7 |
| 11 | * | Forza magnetica su filo percorso da corrente, spira e momento magnetico, effetto Hall. (5 ore) | testo 1, cap 29; testo 2, cap 7 |
| 12 | * | Campo magnetico generato da correnti (legge elementare di Laplace), casi di un filo rettilineo indefinito (legge di Biot-Savart), di una spira, di un solenoide (infinito e finito). (3 ore) | testo 1, cap 30; testo 2, cap 8 |
| 13 | Forza magnetica tra fili paralleli, legge di Ampere (circuitazione del campo magnetico). (3 ore) | testo 1, cap 30; testo 2, cap 8 | |
| 14 | * | Legge di Gauss ed Eq. Maxwell per il magnetismo (nel vuoto), continuità del campo magnetico. (3 ore) | testo 1, cap 30; testo 2, cap 8 |
| 15 | Magnetismo nella materia, permeabilità e suscettività magnetiche, ferro-, dia- e para-magnetismo, induzione magnetica e magnetizzazione, isteresi magnetica. (3 ore) | testo 1, cap 30; testo 2, cap 9 | |
| 16 | * | Forza elettromotrice indotta, Legge di Faraday-Neumann-Lenz. (3 ore) | testo 1, cap 31; testo 2, cap 10 |
| 17 | * | Campo elettrico indotto non conservativo, generatori e motori elettrici. (4 ore) | testo 1, cap 31; testo 2, cap 10 |
| 18 | * | Induttanza elettromagnetica, autoinduzione, circuito RL, energia campo magnetico (3 ore) | testo 1, cap 32; testo 2, cap 10 |
| 19 | Corrente alternata e circuiti, valori efficaci di corrente e tensione. (3 ore) | testo 1, cap 33; testo 2, cap 11 | |
| 20 | * | Corrente di spostamento e legge di Ampere-Maxwell, Eq. Maxwell (elettromagnetismo nel vuoto). (3 ore) | testo 1 cap 34, testo 2, cap 10 |
| 21 | * | Fenomeni ondulatori, onde elettromagnetiche nel vuoto e loro spettro, onde piane e polarizzazione, energia di un'onda, vettore di Poynting (3 ore) | testo 1 cap 34, testo 2, cap 12 e 13 |
N.B. La conoscenza degli argomenti contrassegnati con l'asterisco è condizione necessaria ma non sufficiente per il superamento dell'esame. Rispondere in maniera sufficiente o anche più che sufficiente alle domande su tali argomenti non assicura, pertanto, il superamento dell'esame.
Verifica dell'apprendimento
Modalità di verifica dell'apprendimento
La prova di esame si articola in prove scritte (in itinere e regolari) e orali. L’ammissione alla prova orale è soggetta al superamento della prova scritta. Non e' in alcun modo prevista la possibilità di superare l'esame senza sostenere tutte le prove. I risultati delle prove scritte vengono pubblicati su STUDIUM, tipicamente pochi giorni dopo lo svolgimento.
Esempi di domande e/o esercizi frequenti
Le domande poste durante la prova orale d'esame saranno relative esattamente agli argomenti del programma. Ad esempio: "mi parli della Legge di Coulomb" oppure "mi parli dell'induzione elettromagnetica", ecc.
Una raccolta di esercizi, molti dei quali assegnati durante le prove scritte d'esame è disponibile sulla pagina del corso sul portale Studium (http://studium.unict.it), nella sezione Documenti.