28000 - FISICA GENERALE T-2

Conoscenze e abilità da conseguire

Educare al metodo scientifico e sperimentale; fornire i concetti fondamentali delle leggi dell'elettromagnetismo; applicazione delle leggi alla soluzione di problemi fisici.

Contenuti

Prerequisiti. La frequenza ed il superamento di un esame introduttivo di Fisica Generale (meccanica classica) sono essenziali per poter seguire proficuamente questo corso.

Elettrostatica. Elettrostatica: elettrizzazione per strofinio, contatto, induzione. Proprietà fondamentali della carica elettrica: quantizzazione, conservazione, invarianza. Carica fondamentale. Esperimenti di Coulomb. Legge di Coulomb. Costante dielettriica del vuoto e costante dielettrica relativa. Intensità della forza elettrica. Atomo di Bohr. Principio di sovrapposizione. Concetto di campo e definizione del campo elettrostatico. Campo elettrostatico. Campo generato da cariche puntiformi: esempi. Campo generato da distribuzioni continue di carica: definizione ed esempi. Moto di particelle cariche in un campo elettrico uniforme, esempio. Esperimento di Millikan. Flusso di un campo vettoriale. Richiamo su angoli ed angoli solidi. Flusso del campo elettrico generato da una carica puntiforme. Legge di Gauss. Applicazioni della legge di Gauss: un piano, due piani, filo rettilineo infinito, distribuzione sferica di carica, uniforme e superficiale. Divergenza di un campo vettoriale. Forma locale della legge di Gauss. Conservatività della forza elettrostatica. Energia potenziale elettrostatica. Potenziale elettrostatico. Linee equipotenziali. Equazioni di Laplace e di Poisson. Conservatività in forma locale, rotore. Conduttori in condizione elettrostatica. Capacità elettrica. Induzione totale e condensatori. Condensatore piano. Energia in un condensatore e densità di energia del campo elettrico. Condensatori e dielettrici, definizione operativa della costante dielettrica relativa. Spiegazione in termini di polarizzazione del mezzo all'interno del condensatore. Condensatori in serie e in parallelo: calcolo della capacità equivalente.

Corrente elettrica. Corrente elettrica: definizione e unità di misura. Velocità di deriva e densità dei portatori di carica. Densità di corrente. Equazione di continuità in forma integrale e locale. Resistenza elettrica. Materiali ohmici e legge di Ohm. Caratteristica corrente-tensione di un campione. Resistività e sua dipendenza dalla temperatura. Legge di Ohm in termini di densità di corrente e campo elettrico. Modello di Drude. Semiconduttori. Giunzione p-n. Diodo. Transistor a effetto di campo. Resistenze in serie e in parallelo. Effetto Joule, potenza dissipata in una resistenza. Leggi di Kirchoff. Circuiti RC: carica e scarica di un condensatore. Bilancio energetico in un circuito RC. 

Campo magnetico. Introduzione ai fenomeni magnetici. Dimostrazioni sperimentali. Esperienze di Oersted, Ampere, Biot-Savart. Campo di induzione magnetica. Forza di Lorentz. Moto delle particelle in campo elettrico e magnetico. Frequenza di ciclotrone. Moto di particelle cariche in campi elettrici e magnetici uniformi. Esempi: selettore di velocità, spettrografo di massa. Effetto Hall. Esperimento di Thomson. Forza agente su un conduttore percorso da corrente. Spira in campo magnetico uniforme. Momento di dipolo magnetico. Galvanometro. Risonanza magnetica. Dipolo elettrico e dipolo magnetico. Momento della forza in campo uniforme. Energia potenziale. Sorgenti del campo magnetico. Legge d Biot-Savart. Applicazione al caso di filo rettilineo e di spira circolare. Legge della circuitazione d ampere, derivazione. Utilizzo della legge di Ampere per il calcolo del campo magnetico generato da disposizioni semplici di corrente: filo rettilineo, solenoide. 

Induzione. Dimostrazione sperimentale di fenomeni di induzione elettromagnetica. Legge dell'induzione di Faraday-Lenz. Conservazione dell'energia e legame tra campo magnetico e campo elettrico. Legge di Faraday-Lenz: ripasso formale e intuitivo della legge di Lenz. Induzione dovuta al moto: in termini della forza di Lorentz, bilancio energetico. Induzione dovuta alla variazione del campo magnetico. Campo elettrico non conservativo. Legge di Faraday in forma locale. Costruzione delle equazioni di Maxwell. Generatore di corrente alternata. Legge di Ampere-Maxwell. Autoinduzione. Definizione di induttanza. Calcolo dell'induttanza per un solenoide ideale. Circuito RL, carica e scarica. Bilancio energetico nel circuito RL. Energia del campo magnetico in un solenoide. Densità di energia del campo magnetico. Mutua induzione, trasformatori. 

Campi magnetici nella materia. Introduzione al magnetismo nella materia: evidenze sperimentali. Momento magnetico degli atomi. Momento magnetico orbitale e di spin degli elettroni. Meccanismi in atto in sostanze diamagnetiche, paramagnetiche, ferromagnetiche. 

Equazioni di Maxwell e onde elettromagnetiche. Equazioni di Maxwell nel vuoto. Onde elttromagnetiche. Soluzione per onde piane, equazione di D'Alembert. Velocità della luce nel vuoto e in un mezzo. Energia, vettore di Poynting.

Testi/Bibliografia

1) Edward M. Purcell and David J. Morin

Electricity and Magnetism Third Edition

Cambridge University Press

ISBN: 978-1-107-01402-2

2) Corrado Mencucci, Vittorio Silvestrini

Fisica Elettromagnetismo e Ottica

Editore CEA

ISBN:978-88-08-18661-4

3) Giancoli Fisica 2 (seconda edizione)

Editore CEA

ISBN: 978-88-08-18390-3

4) Christoph Schiller,

Motion Mountain - The adventure of physics vol. 3

ISBN: 978-14-94-41944-8

(liberamente scaricabile dal web)

Qualsiasi altro testo di "Fisica 2" di livello universitario può essere adeguato. Sono altresì utili gli eserciziari (con esercizi svolti) per agevolare lo studio della materia e la preparazione del compito scritto. Si invitano gli studenti a sottoporre al docente eventuali dubbi sui testi in proprio possesso.

Metodi didattici

Lezioni con esposizione degli argomenti del corso. Esercizi in aula e dimostrazioni.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La verifica dell'apprendimento consiste in una prova scritta (2-3 problemi da risolvere in 2 ore) ed in un colloquio orale. La capacità di risolvere semplici esercizi scritti sugli argomenti del corso è condizione per il superamento dell'esame. Un voto potrebbe essere offerto anche con la sola valutazione della prova scritta.

Strumenti a supporto della didattica

Alle ordinarie lezioni in cui viene esposta la materia del corso, si aggiungono esercizi e dimostrazioni in aula di fenomeni elettromagnetici.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Luigi Guiducci