28000 - FISICA GENERALE T-2 (A-K)

Anno Accademico 2022/2023

  • Docente: Angelo Carbone
  • Crediti formativi: 6
  • Lingua di insegnamento: Italiano

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso, lo studente conosce i fondamenti dell’elettromagnetismo nel vuoto e nella materia, utili alle applicazioni che sono argomento degli insegnamenti successivi. Inoltre, lo studente possiede concetti di base dell’analisi dei campi vettoriali. In particolare, lo studente è in gradi di: -Capire il significato fisico delle leggi fondamentali dell’interazione elettromagnetica. -Applicare i concetti generali a casi particolari per la soluzione di semplici problemi.

Contenuti

Introduzione (8 ore)

  • Interazioni, forze e il concetto di campo.
  • Cenni di calcolo vettoriale: Gradiente, Integrali curvilinei, di superficie e di volume, Rotore e teorema di Stokes, Divergenza e teorema di Gauss.
  • Sorgenti e vortici di un campo, teorema di Helmoltz. La funzione delta di Dirac (facoltativo).

Elettrostatica (10 ore)

  • La carica elettrica, la legge di Coulomb e il Principio di sovrapposizione.
  • Il campo elettrostatico nel vuoto, la sua divergenza e il suo rotore (formulazione differenziale). Il teorema di Gauss e il teorema di Stokes (formulazione integrale).
  • Il potenziale elettrostatico, Equazioni di Poisson e di Laplace.
  • Espansione del potenziale elettrostatico in serie di multipoli.
  • L'energia elettrostatica.

Il Campo elettrostatico nella materia (10 ore)

  • Definizione di conduttori e isolanti.
  • I conduttori nel campo elettrostatico.
  • La forza sulla carica superficiale e la pressione elettrostatica.
  • La capacità elettrica e i condensatori.
  • Il problema generale dell'elettrostatica in presenza di conduttori: studio dell'equazione di Laplace. Il metodo delle cariche immagini.
  • I dielettrici. I dipoli atomici e molecolari indotti e permanenti. La polarizzazione elettrica. Il campo di un dielettrico polarizzato. Le cariche di polarizzazione.
  • Il campo di induzione elettrica D. Le sorgenti e i vortici di D. Discontinuità dei campi E e D.
  • Suscettività elettrica, permittività e costante dielettrica. Dielettrici lineari.
  • Energia elettrostatica in sistemi dielettrici.

La corrente elettrica stazionaria (6 ore)

  • Cariche in moto e corrente elettrica.
  • Il vettore densità di corrente.
  • Conservazione della carica e l'equazione di continuità generale.
  • I conduttori ohmici.
  • La forza elettromotrice.
  • L'effetto Joule.
  • Cenni di reti di conduttori.

Il campo magnetico stazionario (10 ore)

  • La legge di Biot-Savard e il campo magnetico B nel vuoto.
  • Sorgenti e vortici del campo magnetico B: divergenza e rotore di B.
  • La legge di Ampere.
  • Il potenziale vettore A e le condizioni al contorno della magnetostatica.
  • Espansione in serie di multipoli del potenziale vettore.
  • Il campo B nella materia. I dipoli magnetici e la Magnetizzazione. Il campo di un oggetto magnetizzato. Le correnti di magnetizzazione.
  • Il campo vettoriale H. Le sorgenti e i vortici di H e discontinuità dei campi B e H.
  • Diamagnetismo, paramagnetismo e ferromagnetismo.
  • Mezzi lineari e non lineari: suscettività e permeabilità magnetiche. (facoltativo)

Il campo elettromagnetico in condizioni non stazionarie (8 ore)

  • Generatori di forza elettromotrice e la forza elettromotrice indotta.
  • La legge di Faraday e la legge di Lenz.
  • La mutua induzione e l'autoinduzione.
  • I circuiti a corrente variabile.
  • Energia magnetica.

Le equazioni di Maxwell (8 ore)

  • La corrente di spostamento e le simmetrie delle equazioni dell'elettromagnetismo.
  • Le equazioni di Maxwell e il problema dei monopoli magnetici.
  • Le equazioni di Maxwell nella materia: le condizioni al contorno dei campi E, B, D, H.
  • Formulazione dell'elettrodinamica in termini dei potenziali e le trasformazioni di Gauge (gauge di Coulomb e gauge di Lorentz). La forza di Lorentz in termini di potenziali.
  • La conservazione dell'energia e il teorema di Poynting.
  • Le soluzioni delle equazioni di Maxwell nel vuoto e in assenza di cariche e correnti: onde elettromagnetiche.
  • La conservazione della quantità di moto e del momento angolare (facoltativo).

Testi/Bibliografia

Qualsiasi testo universitario di Elettromagnetismo è adatto al corso. È fortemente consigliato studiare gli argomenti su un testo, oltre che sugli appunti e sul materiale depositato sul sito istituzionale virtuale.unibo.it [https://virtuale.unibo.it/course/view.php?id=19146] dove sono riportati tutti gli esercizi proposti a lezione.

Su iol.unibo.it si trovano anche esercitazioni per misurare la propria preparazione.

Per gli studenti che non hanno frequentato il corso, si consiglia di utilizzare il programma e il materiale su virtuale.unibo.it [https://virtuale.unibo.it/course/view.php?id=19146] per prepararsi all'esame.

Qui di seguito vengono riportati alcuni testi consigliati:

  • S. Focardi, I. Massa e A. Uguzzoni: Fisica Generale - Elettromagnetismo, Casa Editrice Ambrosiana;
  • C. Mencuccini, A. Silvestrini: Fisica II - Liguori Editore (capitoli I-VII e IX);
  • P. Mazzoldi, M. Nigro, C. Voci: Elementi di Fisica - Elettromagnetismo e Onde - Casa editrice EdiSES (capitoli 1-10);
  • Giancoli: Fisica 2, Casa Editrice Ambrosiana (capitoli 21-31);
  • Resnik, Holliday, Krane: Fisica 2 - Casa Editrice Ambrosiana;

Metodi didattici

Il corso si svolge nel secondo ciclo ed è la prosecuzione del corso di Fisica Generale T-1. È quindi consigliato aver una buona conoscenza di Fisica Generale T-1, oltre che di Analisi I e II.

Il corso di Fisica generale T-2 è strutturato in lezioni frontali in aula. Oltre agli aspetti teorici vengono proposti anche esercizi in preparazione alla verifica finale.

La frequenza è fortemente consigliata perché favorisce il processo di apprendimento dei concetti e delle nozioni. Non incide direttamente sulla valutazione finale.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La verifica finale consiste prima di una prova scritta di due ore e di una successiva prova orale della durata massima di trenta minuti.

Durante la prova scritta, lo studente è chiamato a risolvere alcuni esercizi aperti (con risposta numerica o letterale) sui temi del corso. Durante la prova NON è ammessa la consultazione di libri e appunti e l'utilizzo di supporti informatici, come telefoni cellulari. E' ammesso l'utilizzo della calcolatrice. Se giudicato sufficiente (maggiore o uguale a 18/30), il risultato della prova scritta è valido per l'intera sessione.

Per accedere alla prova orale occorre aver ottenuto nella prova scritta un voto maggiore o uguale a 18/30. La prova orale inizia con la visione del compito scritto e prosegue con un colloquio sugli argomenti del corso.

La votazione finale è la media pesata del risultato della prova scritta e orale (quest'ultima ha un peso notevolmente maggiore). Se lo ritiene, lo studente può rifiutare il voto proposto e decidere di ripetere l'esame (solo l'orale oppure entrambe le prove).

Il calendario delle prove è reso disponibile con ampio anticipo su almaesami .

Gli studenti che intendono sostenere l'esame devono iscriversi nella lista d'appello (sia per la prova scritta, sia per quella orale) disponibile on line su almaesami.

Si ricorda di portare sempre il documento di identità.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Angelo Carbone