28000 - FISICA GENERALE T-2

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso lo studente ha acquisito l'educazione al metodo scientifico-sperimentale: in particolare, il significato fisico delle leggi fondamentali dell'elettrostatica e della magnetostatica, le correnti elettriche, l'induzione elettromagnetica; le proprietà caratterizzanti nelle onde meccaniche e in quelle elettromagnetiche; la capacità di usare le leggi della fisica per la soluzione di semplici problemi.

Contenuti

ELETTROMAGNETISMO E ONDE

1 Introduzione

Interazioni fondamentali. Struttura della materia: atomi e molecole.

2 Il campo elettrostatico nel vuoto

Legge di Coulomb. Principio di sovrapposizione. Conservazione della carica. Quantizzazione della carica; esperienza di Millikan. Campo elettrostatico. Dipolo elettrico; momento di dipolo elettrico. Calcolo di campi elettrostatici: filo rettilineo uniformemente carico, distribuzione piana, doppio strato. Energia potenziale e potenziale elettrostatico. Calcolo di potenziali elettrostatici. Angolo solido. Legge di Gauss. Calcolo di campi elettrostatici con la legge di Gauss. Discontinuità del campo elettrostatico. Potenziale del dipolo elettrico; dipolo in un campo elettrico esterno. Sviluppo in multipoli.

3 Elettrostatica con conduttori

Elementi di struttura microscopica. Osservazioni macroscopiche: isolanti e conduttori. Collegamento a terra. Conduttori in equilibrio elettrostatico. Effetti di curvatura. Conduttori cavi. Equazioni di Poisson e di Laplace. Capacità elettrostatica. Calcoli di capacità: condensatore piano, sferico, cilindrico. Connessioni di condensatori in serie e in parallelo.Schermo elettrostatico. Metodo delle immagini. Stabilità elettrica dei conduttori.

4 Energia elettrostatica

Densità di energia. Energia nel condensatore piano e in quello sferico. Energia propria. Dielettrici e costante dielettrica relativa. Brevi cenni su polarizzazione, dielettrici lineari, vettore spostamento elettrico, energia di cariche in un dielettrico.

5 Correnti elettriche

Intensità di corrente e densità di corrente. Velocità di deriva. Conservazione della carica elettrica; equazione di continuità. Legge di Ohm: resistenza e resistività. Forze dissipative ed effetto Joule. Generatori di forza elettromotrice; campo impresso. Carica e scarica lente di un condensatore. Connessioni di resistenze in serie e in parallelo. Cenni all'utilizzazione delle leggi di Kirchhoff.

6 Campo magnetico statico

Campo di induzione magnetica. Forza di Lorentz. Seconda legge di Laplace. Effetto Hall. Invarianza della carica elettrica. Moto di particelle cariche in campi magnetici. Spira percorsa da corrente in un campo magnetico; momento di dipolo magnetico. Galvanometro e motore elettrico. Le sorgenti del campo magnetico. Legge di Biot e Savart. Permeabilità magnetica. Legge della circuitazione di Ampère. Calcoli di semplici campi di induzione magnetica. Solenoidi. Forze fra fili paralleli percorsi da corrente. Cenni al potenziale vettore. Brevi elementi di magnetismo nella materia; il vettore magnetizzazione.

7 Induzione elettromagnetica

Forza elettromotrice indotta e legge di Faraday. Legge di Lenz. Campi elettrici da campi magnetici variabili. Generatori elettrici. Forza controelettromotrice e correnti parassite. Induttanza. Energia del campo magnetico. Circuiti LR, LC, LCR. Corrente di spostamento. Le equazioni di Maxwell.

8 Onde

Oscillazioni armoniche libere, smorzate e forzate. Risonanza. Propagazione per onde di perturbazioni fisiche. Onde elastiche nei fluidi e nei solidi. Equazione di D'Alembert. Energia, riflessione e trasmissione. Sovrapposizione di onde. Battimenti. Velocità di fase e di gruppo. Onde stazionarie. Onde piane e sferiche. Onde elettromagnetiche. Carattere trasversale delle onde elettromagnetiche. Energia e impulso: vettore di Poynting. Cariche accelerate. Irraggiamento da cariche oscillanti. Spettro delle onde elettromagnetiche e luce. Diffusione e assorbimento della luce. Campi elettromagnetici nei dielettrici. Dispersione e assorbimento. Propagazione della luce in mezzi trasparenti. Riflessione e rifrazione. Interferenza di onde e coerenza. Diffrazione e Principio di Huygens. Polarizzazione.

PROPEDEUTICITA'

Fisica T2 è stata inserita al I ciclo del secondo anno per poter rispettare un percorso formativo ideale, che se seguito alla lettera, porta ad avere una migliore preparazione complessiva e a un più rapido conseguimento del titolo di Ingegnere elettronico/delle telecomunicazioni.

Per il contenuto del corso, è necessario aver sostenuto Analisi 1 e Fisica T1 e aver studiato gli argomenti di Analisi 2, prima di affrontare l'esame di Fisica T2.

Vi sono diversi argomenti in comune con il corso di Elettrotecnica TA (stesso ciclo, stesso anno) che vengono affrontati dai docenti con scopi molto diversi: uno più sui fondamenti, l'altro sull'applicazione di alcuni elementi circuitali. Lo studente troverà molto giovamento nello studiare le due materie insieme.

Le conoscenze di Fisica T2 sono una base di altri corsi, sia obbligatori che opzionali. Senza pretesa di completezza, mi limito a citarne alcuni tra quelli inseriti come fondamentali nei due curricula: Campi Elettromagnetici, Elettronica T1 e T2, e Circuiti Elettronici Analogici. Per una migliore preparazione su questi argomenti, si consiglia di sostenere prima di essi l'esame di Fisica Generale T2.

Testi/Bibliografia

S. Focardi, I. Massa, A. Uguzzoni e M. Villa:
Fisica Generale - Elettromagnetismo - 2a ed, Casa Editrice Ambrosiana. (per le parti 1-7)

S. Focardi, I. Massa e A. Uguzzoni:
Fisica Generale - Onde, Casa Editrice Ambrosiana. (per la parte 8)

M. Bruno, M. D'Agostino e R. Santoro:
Esercizi di Fisica - Elettromagnetismo, Casa Editrice Ambrosiana. (eserciziario di elettromagnetismo)

Metodi didattici

Lezioni frontali alla lavagna. Eventuale uso di un proiettore.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Prova scritta in itinere. Prova scritta finale obbligatoria per ammissione alla prova orale.
Per le prove scritte e orali, l'iscrizione su almaesami è obbligatoria e va fatta al più tardi 7 giorni prima dell'esame.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Mauro Villa

Consulta il sito web di Matteo Franchini