FISICA II A - L

Dopo aver seguito proficuamente il corso, lo studente deve essere in grado di risolvere autonomamente una vasta classe di problemi legati all'elettromagnetismo ed all'ottica, e deve avere appreso ed interiorizzato i fondamenti concettuali e i principali risultati sperimentali legati allo sviluppo storico dell'elettromagnetismo.

In particolare, una preparazione MINIMA per assicurare il superamento dell'esame con votazione MINIMA consiste:

- nello svolgimento completo di almeno due dei quattro esercizi proposti al compito scritto, oppure dello svolgimento parziale (ma comunque con una impostazione rispondente alle richieste del problema) di più di due problemi;

- nella conoscenza dei seguenti argomenti e delle relative applicazioni pratiche ad essi connessi:

concetto di campo elettrico e sua conservatività - teorema di Gauss in forma integrale e sue applicazioni - definizione di d.d.p. e applicazione a un campo elettrico uniforme - definizione di capacita e calcolo della capacità in condensatori a facce piane e parallele e sferici - leggi di Ohm - legge di Joule - connessioni in serie e parallelo - leggi di Kirchhoff e loro utilizzo nella soluzione di circuiti - scarica di un circuito RC - forza di Lorenz - legge di Biot-Savart - Legge di Ampere in forma integrale - induzione magnetica di un filo infinito e di un solenoide ideale - legge di Faraday in forma integrale - generatore di corrente alternata - concetto di autoinduzione - calcolo di autoinduzione di un solenoide ideale - corrente di spostamento e IV equazione di Maxwell in forma integrale - definizione di vettore di Poynting e intensità di una OEM - velocità della luce - leggi di Snell - costruzione di immagini negli specchi sferici e nelle lenti sottili.

Didattica frontale (42 ore) corredata da numerose esercitazioni (45 ore). La suddivisione oraria in lezioni ed esercitazioni è indicata alla dine di ogni paragrafo di programma. Si rimanda lo studente interessato a tale pagina del syllabus.

La frequenza alle lezioni ed alle esercitazioni è OBBLIGATORIA.

(Le dimostrazioni degli argomenti indicati con * sono facoltative)

ELETTROSTATICA

1.1 – Forza elettrostatica. Campo elettrostatico.

La composizione della materia e la presenza di interazioni elettriche tra i suoi costituenti carichi. Quantizzazione e conservazione della carica elettrica. Materiali isolanti e conduttori. Processi di elettrizzazione. Forza tra cariche elettriche. La legge di Coulomb. Il campo elettrostatico. Calcolo di campi elettrostatici per distribuzioni discrete e continue. Le linee di forza. Moto di una carica in un campo elettrostatico. (4 ore di lezione frontale, 5 ore di esercitazione)

1.2 – Lavoro elettrico. Potenziale elettrostatico.

Il lavoro della forza elettrica. Il potenziale elettrostatico. L’energia potenziale elettrostatica. Calcolo del potenziale e dell’energia potenziale elettrostatica per una carica puntiforme e per distribuzioni discrete e continue di carica. Energia potenziale di un sistema di cariche. Il campo elettrostatico come gradiente del potenziale. Conservatività e irrotazionalità di un campo - formule di simmetria*. Calcolo di campi elettrostatici dal potenziale per distribuzioni continue di carica. Il rotore del campo elettrico. Superfici equipotenziali*. Campo elettrico e potenziale generato da un dipolo in particolari punti dello spazio. Energia potenziale di un dipolo posto in un campo*. (6 ore di lezione frontale, 7 ore di esercitazione)

1.3 –La legge di Gauss.

Flusso del vettore campo elettrostatico. Dimostrazione del teorema di Gauss. Applicazioni del teorema di Gauss: guscio sferico, sfera, filo e piano uniformemente carichi. Legge di Gauss in forma locale. (3 ore di lezione frontale, 3 ore di esercitazione)

1.4 – Conduttori. Dielettrici. Energia elettrostatica.

Conduttori in equilibrio. Induzione elettrostatica. Conduttore cavo. Schermo elettrostatico. Equazioni di Poisson e Laplace, funzioni armoniche e loro proprietà*. Soluzioni dell'equazione di Laplace*. Cariche immagini*. Condensatori nel vuoto. Collegamento di condensatori. Energia elettrostatica. Dielettrici. Costante dielettrica relativa, assoluta, suscettività elettrica. Polarizzazione dei dielettrici. Definizione del vettore D (induzione dielettrica). (4 ore di lezione frontale, 5 ore di esercitazione)

CORRENTI STAZIONARIE E CAMPI MAGNETOSTATICI

2.1 – Corrente elettrica.

Conduzione elettrica. Corrente media, corrente istantanea, densità di corrente. Legge di Ohm per i conduttori ohmici. Conducibilità e resistività. Cenni al modello di Drude della conduzione*. Resistenza elettrica. Dipendenza dalla temperatura. Energia elettrica e potenza assorbita. Generatori di f.e.m. Resistenze in serie e in parallelo. Leggi di Kirchhoff. Carica e scarica di un circuito RC. (4 ore di lezione frontale, 5 ore di esercitazione)

2.2 – Campo magnetico.

Proprietà dei magneti. Linee di Campo e d'Induzione magnetica. Campo magnetico e sua definizione operativa. Forza di Lorentz. Forza magnetica su un filo percorso da corrente: seconda legge di Laplace. Coppia agente su di una spira percorsa da corrente immersa in un campo magnetico uniforme*. Momento magnetico di una spira. Effetto Hall. Moto di una particella in un campo magnetico uniforme. (3 ore di lezione frontale, 3 ore di esercitazione)

2.3 – Sorgenti del campo magnetico. Legge di Ampère. Proprietà magnetiche della materia.

Campo magnetico prodotto da un elemento di corrente – Prima legge di Laplace. Permeabilità magnetica del vuoto. Legge di Ampère-Laplace per il campo magnetico generato da un circuito chiuso percorso da corrente. Campo magnetico prodotto da un filo rettilineo (legge di Biot-Savart), da una spira circolare*, da un solenoide ideale. Forze agenti su fili paralleli percorsi da corrente.  Legge di Gauss per il campo magnetico. Potenziale vettore. Legge di Ampère. Proprietà magnetiche della materia. Permeabilità e suscettività magnetica. Magneti permanenti - Principio di equivalenza di Ampere. (6 ore di lezione frontale, 7 ore di esercitazione)

CORRENTI E CAMPI VARIABILI

3.1 – Campi elettrici e magnetici variabili nel tempo.

Legge di Faraday. Legge di Lenz. Generatori di corrente. Correnti di Foucault. Autoinduzione. Circuiti RL. Energia magnetica. Densità di energia magnetica. Corrente di spostamento e IV equazione di Maxwell. (3 ore di lezione frontale, 3 ore di esercitazione)

Complementi: teoria della relatività ristretta* ed elettromagnetismo. (2 ore di lezione frontale)

ONDE ELETTROMAGNETICHE

4.1 – Onde elettromagnetiche.

Equazioni di Maxwell e propagazione per onde* - Onde elettromagnetiche piane. Onde elettromagnetiche piane armoniche. Polarizzazione lineare. Vettore di Poynting. Intensità di un’onda e.m. Pressione di radiazione. Spettro elettromagnetico. (3 ore di lezione frontale, 3 ore di esercitazione)

ELEMENTI DI OTTICA

5.1 – Riflessione e rifrazione della luce ed ottica geometrica

Le misure di velocità della luce. Indice di rifrazione. Riflessione e rifrazione. Principio di Fermat. Angolo limite. Riflessione totale. Equazione dei punti coniugati* - Equazione dei costruttori di lenti* - Costruzione di immagini in ottica geometrica. (3 ore di lezione frontale, 3 ore di esercitazione)

5.2 – Interferenza, diffrazione della luce ed ottica fisica

Fenomeni di interferenza tra due o più sorgenti di luce monocromatica*. Diffrazione di Fraunhofer* e Fresnel*. Fenomeni di polarizzazione: legge di Malus*. Angolo di Brewster*. (1 ore di lezione frontale, 1 ora di esercitazione)

1 - R. A. Serway, Fisica per Scienze ed Ingegneria, vol. II, II edizione, EdiSES
2 - D. Halliday, R. Resnick, K.S. Krane, Fisica, vol II, IV edizione, CEA
3 - P. Mazzoldi, M. Nigro, C. Voci, Fisica, vol. II, II Edizione, EdiSES
4 - F.W. Sears, Elettricità e Magnetismo + Ottica (due volumi), CEA
5 - D. Giancoli, Fisica 2, CEA

6 - Gettys, Keller, Skove, Elettromagnetismo e Onde, McGrawHill

(prestare particolare attenzione all'edizione del libro adottato, ove indicato)

Per gli esercizi:
F. Porto, G. Lanzalone, I. Lombardo, D. Dell'Aquila, problemi di Fisica Generale, Elettromagnetismo - Ottica - Relatività, II Edizione, EdiSES