FISICA II E LABORATORIO M - Z

Lezioni frontali erogate in modalità tradizionale e mista.

Conoscenze di Fisica I, Matematica I.
Come previsto dal Regolamento Didattico, possono essere ammessi a sostenere l'esame finale del corso in oggetto solo gli studenti che abbiano superato l'esame di "Fisica I".

Per le attività didattiche di laboratorio, è richiesta una frequenza uguale o superiore al 75% delle ore.

Per l'A.A. 2020-21, stante l'attuale situazione di emergenza pandemica, le modalità di svolgimento delle attività di laboratorio potrebbero subire variazioni.

Modulo di Fisica II

Interazioni elettrostatiche nel vuoto e nella materia

Forza elettrostatica e Campo elettrostatico
Interazioni elettriche e carica elettrica. Induzione elettrostatica. Legge di Coulomb. Campo elettrostatico.
Calcolo del campo elettrostatico in varie configurazioni. Strato uniformemente carico. Doppio strato. Linee di forza del campo elettrostatico.
Moto di una carica in un campo elettrostatico.

Lavoro elettrico e Potenziale elettrostatico
Lavoro elettrico e tensione. Potenziale elettrostatico ed energia potenziale elettrostatica. Calcolo del potenziale elettrostatico in varie configurazioni.
Calcolo differenziale vettoriale: il gradiente. Teorema di Stokes. Il campo come gradiente del potenziale. Superfici equipotenziali.
Dipolo elettrico: forze ed energia in un campo esterno.

La legge di Gauss
Flusso di un vettore. Calcolo differenziale vettoriale: la divergenza. Teorema di Gauss. La divergenza del campo elettrostatico. Teorema della divergenza.
Applicazioni del teorema di Gauss nei casi di simmetria sferica, cilindrica e piana. Conseguenze derivanti dalla rigorosa dipendenza dall'inverso del
quadrato della distanza nella legge di Coulomb.

I conduttori
Conduttori ideali (potenziale e distribuzione di carica). Teorema di Coulomb ed effetto punta. Schermo elettrostatico e gabbia di Faraday. Carica indotta.
Condensatori. Capacità di un conduttore e di un condensatore nel caso sferico, cilindrico e piano. Collegamento di condensatori (serie e parallelo).
Energia di un condensatore. Densità di energia elettrostatica.

I dielettrici
La costante dielettrica. Polarizzazione dei dielettrici. Equazioni generali dell'elettrostatica in presenza di dielettrici. Meccanismi di polarizzazione
di molecole in gas, liquidi e solidi (cenni).

La corrente elettrica
Intensità di corrente. Densità di corrente. Modello classico della conduzione elettrica. Legge di Ohm in forma integrale e locale. Equazione di continuità.
Resistenza e resistività. Mobilità di cariche elettriche in vari conduttori: resistività e temperatura in metalli e semiconduttori. Superconduttori.
Potenza dissipata ed effetto Joule. Collegamento di resistenze (serie e parallelo). Partitore di corrente. Forza elettromotrice. Leggi di Kirchhoff
per le reti elettriche. Carica e scarica di un condensatore: circuito RC. La corrente nelle soluzioni elettrolitiche (cenni).

Interazioni magnetostatiche nel vuoto e nella materia

Forza magnetica e Campo magnetico
Magneti permanenti. Elettricità e magnetismo: equivalenza tra dipoli elettrici e dipoli magnetici. Linee di forza del campo magnetico. Forza di Lorentz.
Lavoro del campo magnetico. Forza magnetica su un conduttore percorso da corrente. II legge elementare di Laplace. Forze su una spira
in un campo magnetico. Momento magnetico di una spira. Energia di una spira in un campo magnetico. Principio di equivalenza di Ampère. Effetto Hall.
Moto di una particella carica in un campo magnetico costante. Spettrometri di massa. Moto di una particella carica in un campo magnetico non uniforme.

Sorgenti del campo magnetico
Campo magnetico prodotto da una corrente. Legge di Biot e Savart. I legge elementare di Laplace. Calcolo del campo magnetico prodotto
da varie configurazioni di circuiti. Campo magnetico di una spira sul proprio asse. Campo magnetico generato da una singola carica in moto.
Forze fra fili percorsi da correnti. Legge di Ampère. Solenoide indefinito. Solenoide toroidale. La legge di Gauss per il campo magnetico: campo solenoidale.
Possibilità di definire un potenziale magnetico: potenziale vettore (cenni).

Materiali Magnetici
Permeabilità e suscettività magnetica. Meccanismi di magnetizzazione. Equazioni generali dell'elettrostatica nella materia.
Le sostanze diamagnetiche, paramagnetiche, ferromagnetiche (gas, liquidi e solidi) e le loro proprietà (cenni).

Campi elettrici e magnetici variabili

Campi elettrici e magnetici lentamente variabili nel tempo
Esperienze di Faraday. Legge di Faraday-Neumann-Lenz in forma integrale e differenziale. Forza elettromotrice indotta.
Generatore di corrente alternata. Correnti di Foucault. Autoinduzione. Circuito RL. Energia di una induttanza. Densità di energia del campo magnetico.
Mutua induzione. Legge di Ampère-Maxwell: corrente di spostamento.

Oscillazioni elettriche e correnti alternate
Oscillazioni elettriche. Circuito LC. Circuito RLC in corrente continua. Circuiti in corrente alternata. Valori efficaci.
Circuito RLC in corrente alternata (serie e parallelo). Risonanza. Trasformatori.

Equazioni di Maxwell e Onde elettromagnetiche
Equazioni di Maxwell in forma integrale e differenziale. Onde elettromagnetiche (o.e.m.). O.e.m. piane. Deduzione delle o.e.m. dalle equazioni di Maxwell
in assenza di cariche e correnti. Velocità di propagazione delle o.e.m. nel vuoto. Energia delle o.e.m. e vettore di Poynting. Intensità media di un'onda.
Quantità di moto delle o.e.m. e pressione di radiazione. O.e.m. sferiche. Spettro delle onde elettromagnetiche.

Ottica

Propagazione delle o.e.m. in un mezzo. Luce e indice di rifrazione. Principio di Huygens.

Ottica geometrica
Riflessione e rifrazione. Legge di Snell. Angolo limite. Principio di Fermat. I prismi: equazione di Cauchy. Superfici catottriche. Specchi.
Superfici diottriche. Diottri e lenti. Diottro piano. Lenti sottili. Distanza focale. Ingrandimento. Costruzione delle immagini prodotte da un sistema ottico.

Ottica fisica
Polarizzazione delle onde elettromagnetiche: lineare, circolare ed ellittica. Polarizzazione per riflessione; angolo di Brewster.
Polarizzazione per assorbimento selettivo; legge di Malus. Polarizzazione per diffusione. Rifrazione anomala; materiali birifrangenti. Attività ottica.
Principio di sovrapposizione. Interferenza costruttiva e distruttiva. Interferenza di Young e da lamine sottili. Diffrazione di Fraunhofer.
Diffrazione da fenditura singola e fenditura doppia. Criterio di Rayleigh.

Modulo di laboratorio

Cenni di Teoria degli Errori

Incertezza di una misura. Sorgenti di errore. Stima dell’incertezza nella lettura di scale. Errori casuali ed errori sistematici.
Rappresentazione dei dati sperimentali. Cifre significative. Discrepanza tra due misure. Rappresentazione in grafico.
Verifica di relazioni con un grafico. Errore relativo o precisione. Propagazione degli errori nelle misure indirette (limite massimo dell’incertezza).
Propagazione degli errori nelle misure indirette (incertezze casuali e misure indipendenti).

Analisi statistica di un set di misure: media e deviazione standard. Errore sulla media. Istogrammi di frequenza. Distribuzione di probabilità di Gauss.
Misure in correlazione. Correlazioni lineari. Coeciente di correlazione lineare r di Bravais-Person. Best-fit: metodo dei minimi quadrati. Best-fit lineare
e sua incertezza. Test del chi-quadro.

Esperienze didattiche

Meccanica Pendolo semplice. Misura della viscosità della glicerina.
Elettromagnetismo Misura del rapporto e/m. Misura di una resistenza col metodo volt-amperometrico. Misura di una resistenza tramite
scarica del condensatore.
Ottica Misura della distanza focale di una lente convergente. Verifica della legge di Malus.

Testo principale:

Elementi di Fisica - Elettromagnetismo e Onde
II edizione
P. Mazzoldi - M. Nigro - C. Voci
EdiSES editore

Per approfondimenti:

Fisica Vol. II
II edizione
P. Mazzoldi - M. Nigro - C. Voci
EdiSES editore

Testi alternativi:

Principi di Fisica
R.A. Serway - J. W. Jewett Jr
EdiSES editore

FISICA 2 - Elettromagnetismo Ottica Fisica atomica
D. Halliday - R. Resnick - K. S. Krane
CEA editore

L'esame si articola in tre momenti: una prova scritta, una prova orale e una valutazione delle relazioni sulle esperienze di laboratorio.
Riguardo le relazioni sulle esperienze di laboratorio, gli studenti avranno facoltà di scegliere se:

1. presentare tre relazioni nel corso dell'anno, ciascuna su un'esperienza di laboratorio per ognuna delle tre parti del corso (meccanica, elettromagnetismo e ottica), assegnate al termine dei due cicli di laboratorio e da consegnare (inviandole per email) entro 10 gg. dalla data di assegnazione.
2. presentare una memoria con la raccolta delle relazioni su tutte le esperienze di laboratorio svolte nel corso dell'anno, da consegnare (inviandola per email) contestualmente alla prenotazione della prova scritta.

Per l'A.A. 2020-21, stante l'attuale situazione di emergenza pandemica, le modalità di verifica potrebbero subire variazioni in funzione dell'effettivo svolgimento delle attività di laboratorio.