Fisica generale 2
A.A. 2024/2025
Obiettivi formativi
L'insegnamento di Fisica Generale 2 ha lo scopo di fornire i concetti di base dell'elettricità e del magnetismo. Ha come finalità la discussione delle leggi fondamentali dell'elettromagnetismo di Maxwell. Saranno trattati i campi elettrici e magnetici statici e dipendenti dal tempo, le proprietà generali delle onde, le onde elettromagnetiche. Particolare rilevanza sarà data alla risoluzione di problemi sugli argomenti basilari del corso.
Risultati apprendimento attesi
Padronanza degli argomenti del programma; conoscenze di base sull'elettromagnetismo classico; capacità di analisi e di sintesi che consentono agli studenti di individuare le tecniche più efficaci per poter risolvere i problemi proposti.
Periodo: Primo semestre
Modalità di valutazione: Esame
Giudizio di valutazione: voto verbalizzato in trentesimi
Corso singolo
Questo insegnamento può essere seguito come corso singolo.
Programma e organizzazione didattica
Edizione unica
Responsabile
Periodo
Primo semestre
Programma
1) Forza elettrica e campo elettrostatico:
Proprietà della carica elettrica e legge di Coulomb
Induzione elettrostatica
Forza e campo elettrostatico
Cariche puntiformi e distribuzioni continue di carica
Linee di forza del campo elettrostatico -- descrizione qualitativa
2) Lavoro e potenziale del campo elettrostatico
Conservatività della forza elettrostatica, sua energia potenziale e potenziale elettrostatico
Campo come gradiente del potenziale
Teorema del rotore
Dipolo elettrico
3)Legge di Gauss
Flusso del campo e teorema di Gauss
Discontinuità del campo elettrostatico
Equazioni di Maxwell (forma integrale e locale) per il campo elettrostatico nel vuoto
Equazione di Poisson - Equazione di Laplace
4) Conduttori e condensatori
Conduttori in equilibrio: proprietà e capacità
Conduttori cavi
Condensatori e loro capacità
Collegamento di condensatori in serie e parallelo
Energia del campo elettrostatico e pressione elettrostatica
5)Corrente elettrica
Corrente elettrica e circuiti in corrente continua
Intensità e densità di corrente - Equazione di continuità - Regime stazionario
Resistore - Resistenza, resistività e conduttività
Leggi di Ohm - Effetto Joule - Forza elettromotrice
6) Magnetostatica
Forza di Lorentz e vettore campo magnetico
Linee di forza del campo magnetico e legge di Gauss
Azioni meccaniche su circuiti percorsi da corrente stazionaria in un campo magnetico -
II legge elementare di Laplace - Principio di equivalenza di Ampère
Energia potenziale di un circuito in un campo magnetico (non uniforme)
7) Sorgenti del campo magnetico
Campo magnetico generato da correnti stazionarie
Legge di Biot-Savart e I legge elementare di Laplace
Legge di Ampère-Laplace
Legge della circuitazione di Ampère
Flusso di B ed autoflusso
Forza tra circuiti percorsi da correnti
Equazioni di Maxwell (forma integrale e locale) per il campo B generato da correnti stazionarie nel vuoto
8) Campi elettrici e magnetici variabili nel tempo
Induzione Elettromagnetica - Legge di Faraday - Legge di Lenz
Origine fisica della forza elettromotrice indotta
Misure di campo magnetico - Legge di Felici
Autoinduzione - autoflusso - induttanza - forza elettromotrice di autoinduzione
Esempi di correnti variabili nel tempo: circuito RC e circuito RL
Energia magnetica
Corrente di spostamento - Legge di Ampère-Maxwell
Equazioni di Maxwell per campi elettrici e magnetici variabili nel vuoto (forma integrale e locale)
Densità di energia elettromagnetica
Equazioni di Maxwell per i potenziali
9) Onde elettromagnetiche
Tipi di onde, onde trasversali/longitudinali
Onda piana - Equazione di d'Alembert
Onda piana armonica: ampiezza, periodo, lunghezza d'onda, frequenza, pulsazione
Cenni sull'analisi di Fourier
Polarizzazione delle onde
Onda in una corda tesa, elastica, ideale: velocità di propagazione, potenza media trasportata dall'onda, densità lineare di energia meccanica, intensità dell'onda
Onde in più dimensioni: fronte d'onda, raggio, onda armonica piana/sferica/circolare, vettore di propagazione, funzione d'onda, potenza media, ampiezza, intensità
Dalle equazioni di Maxwell all'equazione delle onde per i campi E e B nel vuoto
Onda elettromagnetica piana: proprietà
Onda elettromagnetica piana armonica - polarizzazione lineare/ellittica/circolare
Energia di un'onda elettromagnetica - vettore di Poynting
Intensità trasportata da un'onda elettromagnetica
Equazione di continuità dell'energia elettromagnetica - Teorema di Poynting
Interazione fra onde elettromagnetiche e materia carica: energia e quantità di moto di un'onda elettromagnetica - pressione di radiazione
10) Ottica (cenni)
Principio di Huygens-Fresnel: enunciazione e significato fisico
Fenomeni di interferenza: sorgenti coerenti ed incoerenti, somma di onde, interferenza costruttiva e distruttiva; interferenza di due onde sferiche
L'esperimento di Young della doppia fenditura
Proprietà della carica elettrica e legge di Coulomb
Induzione elettrostatica
Forza e campo elettrostatico
Cariche puntiformi e distribuzioni continue di carica
Linee di forza del campo elettrostatico -- descrizione qualitativa
2) Lavoro e potenziale del campo elettrostatico
Conservatività della forza elettrostatica, sua energia potenziale e potenziale elettrostatico
Campo come gradiente del potenziale
Teorema del rotore
Dipolo elettrico
3)Legge di Gauss
Flusso del campo e teorema di Gauss
Discontinuità del campo elettrostatico
Equazioni di Maxwell (forma integrale e locale) per il campo elettrostatico nel vuoto
Equazione di Poisson - Equazione di Laplace
4) Conduttori e condensatori
Conduttori in equilibrio: proprietà e capacità
Conduttori cavi
Condensatori e loro capacità
Collegamento di condensatori in serie e parallelo
Energia del campo elettrostatico e pressione elettrostatica
5)Corrente elettrica
Corrente elettrica e circuiti in corrente continua
Intensità e densità di corrente - Equazione di continuità - Regime stazionario
Resistore - Resistenza, resistività e conduttività
Leggi di Ohm - Effetto Joule - Forza elettromotrice
6) Magnetostatica
Forza di Lorentz e vettore campo magnetico
Linee di forza del campo magnetico e legge di Gauss
Azioni meccaniche su circuiti percorsi da corrente stazionaria in un campo magnetico -
II legge elementare di Laplace - Principio di equivalenza di Ampère
Energia potenziale di un circuito in un campo magnetico (non uniforme)
7) Sorgenti del campo magnetico
Campo magnetico generato da correnti stazionarie
Legge di Biot-Savart e I legge elementare di Laplace
Legge di Ampère-Laplace
Legge della circuitazione di Ampère
Flusso di B ed autoflusso
Forza tra circuiti percorsi da correnti
Equazioni di Maxwell (forma integrale e locale) per il campo B generato da correnti stazionarie nel vuoto
8) Campi elettrici e magnetici variabili nel tempo
Induzione Elettromagnetica - Legge di Faraday - Legge di Lenz
Origine fisica della forza elettromotrice indotta
Misure di campo magnetico - Legge di Felici
Autoinduzione - autoflusso - induttanza - forza elettromotrice di autoinduzione
Esempi di correnti variabili nel tempo: circuito RC e circuito RL
Energia magnetica
Corrente di spostamento - Legge di Ampère-Maxwell
Equazioni di Maxwell per campi elettrici e magnetici variabili nel vuoto (forma integrale e locale)
Densità di energia elettromagnetica
Equazioni di Maxwell per i potenziali
9) Onde elettromagnetiche
Tipi di onde, onde trasversali/longitudinali
Onda piana - Equazione di d'Alembert
Onda piana armonica: ampiezza, periodo, lunghezza d'onda, frequenza, pulsazione
Cenni sull'analisi di Fourier
Polarizzazione delle onde
Onda in una corda tesa, elastica, ideale: velocità di propagazione, potenza media trasportata dall'onda, densità lineare di energia meccanica, intensità dell'onda
Onde in più dimensioni: fronte d'onda, raggio, onda armonica piana/sferica/circolare, vettore di propagazione, funzione d'onda, potenza media, ampiezza, intensità
Dalle equazioni di Maxwell all'equazione delle onde per i campi E e B nel vuoto
Onda elettromagnetica piana: proprietà
Onda elettromagnetica piana armonica - polarizzazione lineare/ellittica/circolare
Energia di un'onda elettromagnetica - vettore di Poynting
Intensità trasportata da un'onda elettromagnetica
Equazione di continuità dell'energia elettromagnetica - Teorema di Poynting
Interazione fra onde elettromagnetiche e materia carica: energia e quantità di moto di un'onda elettromagnetica - pressione di radiazione
10) Ottica (cenni)
Principio di Huygens-Fresnel: enunciazione e significato fisico
Fenomeni di interferenza: sorgenti coerenti ed incoerenti, somma di onde, interferenza costruttiva e distruttiva; interferenza di due onde sferiche
L'esperimento di Young della doppia fenditura
Prerequisiti
Per poter seguire il corso si richiede una adeguata conoscenza del programma di Fisica Generale 1.
Metodi didattici
Lezioni frontali alla lavagna, sia per le spiegazioni teoriche che per le esercitazioni.
Materiale di riferimento
P. Mazzoldi, M. Nigro, C. Voci , FISICA, Vol II, EdiSES
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
L'esame finale consiste in una prova scritta, durante la quale non è consentito l'uso né di libri né di appunti. La prova scritta è suddivisa in due parti: a) soluzione di 3 esercizi di tipologia simile a quelli proposti nelle esercitazioni; b) svolgimento di un argomento di teoria da scegliersi fra due temi proposti riguardanti argomenti affrontati nel corso. Tempo per la prova scritta: 3 ore. L'esame è superato se sia la valutazione della parte a) sia quella della parte b) è sufficiente e il voto proposto è la media aritmetica fra la valutazione della parte a) e quella della parte b). Gli studenti che intendono migliorare il voto proposto possono richiedere una prova orale che può essere sostenuta o durante lo stesso appello della prova scritta o durante l'appello successivo. Una prova orale insufficiente porta a una riduzione del voto proposto. In alcune situazioni, il docente può richiedere un esame orale.
FIS/01 - FISICA SPERIMENTALE
FIS/02 - FISICA TEORICA, MODELLI E METODI MATEMATICI
FIS/03 - FISICA DELLA MATERIA
FIS/04 - FISICA NUCLEARE E SUBNUCLEARE
FIS/05 - ASTRONOMIA E ASTROFISICA
FIS/06 - FISICA PER IL SISTEMA TERRA E PER IL MEZZO CIRCUMTERRESTRE
FIS/07 - FISICA APPLICATA (A BENI CULTURALI, AMBIENTALI, BIOLOGIA E MEDICINA)
FIS/08 - DIDATTICA E STORIA DELLA FISICA
FIS/02 - FISICA TEORICA, MODELLI E METODI MATEMATICI
FIS/03 - FISICA DELLA MATERIA
FIS/04 - FISICA NUCLEARE E SUBNUCLEARE
FIS/05 - ASTRONOMIA E ASTROFISICA
FIS/06 - FISICA PER IL SISTEMA TERRA E PER IL MEZZO CIRCUMTERRESTRE
FIS/07 - FISICA APPLICATA (A BENI CULTURALI, AMBIENTALI, BIOLOGIA E MEDICINA)
FIS/08 - DIDATTICA E STORIA DELLA FISICA
Esercitazioni: 48 ore
Lezioni: 45 ore
Lezioni: 45 ore
Docenti:
Pini Davide Enrico, Smirne Andrea
Turni:
Siti didattici
Docente/i
Ricevimento:
Su appuntamento, da fissare via email (eventualmente, anche da remoto)
Via Celoria 16, 5 piano dell'edificio LITA stanza A/5/C4