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.

Didattica frontale corredata da numerose esercitazioni

La frequenza alle lezioni ed alle esercitazioni è OBBLIGATORIA.

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.

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.

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.

1.4 – Conduttori. Dielettrici. Energia elettrostatica.

Conduttori in equilibrio. Induzione elettrostatica. Conduttore cavo. Schermo elettrostatico. Condensatori nel vuoto. Collegamento di condensatori. Energia elettrostatica. Dielettrici. Costante dielettrica relativa, assoluta, suscettività elettrica. Polarizzazione dei dielettrici. Definizione del vettore D (induzione dielettrica).

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. Superconduttori. 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.

2.2 – Campo magnetico.

Proprietà dei magneti. Campo magnetico. 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 percorsa da corrente stazionaria. Effetto Hall. Moto di una particella in un campo magnetico uniforme.

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. Legge di Ampère. Proprietà magnetiche della materia. Permeabilità e suscettività magnetica. Magneti permanenti - Principio di equivalenza di Ampere.

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.

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.

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. Angolo limite. Riflessione totale. Costruzione di immagini in ottica geometrica.

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

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

L'esame consiste in una prova scritta seguita da una prova orale. La prova scritta (durata 2 ore) consiste nella risoluzione, giustificata e commentata in maniera chiara, di quattro esercizi. Gli allievi che superano la prova scritta (votazione minima: 15/30) possono sostenere la conseguente prova orale entro la STESSA sessione di esami dell'esame scritto. La prova orale verte sulla eventuale discussione della prova scritta e soprattutto sulla trattazione degli argomenti presenti in programma.

La legge di Gauss - esempi di effetti elettrostatici dovuti alla dipendenza da 1/r2 del campo - capacità di un conduttore - esempi di calcolo di capacità - definizione di energia potenziale elettrostatica - teoremi del rotore e della divergenza (senza dimostrazione) - proprietà degli operatori differenziali - meccanismi di polarizzazione - dipoli in campi esterni - analogie tra dipolo elettrico e magnetico - leggi di Ohm - leggi di Kirchhoff - circuiti RC - legge di Biot Savart - calcoli di campi magnetici - legge di Ampere - corrente di spostamento - legge di Faraday - autoinduzione e circuiti RL - mutua induzione - vettore di Poynting - pressione di radiazione - misure di c - leggi di Snell - costruzione delle immagini ottiche per uno specchio e una lente.