FISICA II E LABORATORIO M - Z

Comprensione dei concetti fondamentali dell'elettromagnetismo e dell'ottica ed acquisizione delle competenze necessarie alla risoluzione di problemi. Approccio di base alla teoria degli errori ed alla analisi statistica dei dati sperimentali.

Fisica I. E' inoltre preferibile aver sostenuto almeno l'esame di Matematica I.

Fortemente consigliata ma NON obbligatoria. Obbligatoria la frequenza in laboratorio.

1 – RICHIAMI DI CALCOLO VETTORIALE

Campi scalari e superfici di livello – Campi vettoriali e linee di campo – Criterio di Faraday – Gradiente di un campo scalare – Operatore nabla – Campi conservativi – Circuitazione di un campo vettoriale – Potenziale scalare – Flusso di un campo vettoriale – Divergenza di un campo vettoriale: teorema della divergenza – Campi solenoidali – Rotore e teorema del rotore – Sorgenti di un campo.

2 – ELETTROSTATICA NEL VUOTO E NELLA MATERIA

Carica elettrica – Induzione elettrostatica – Legge di Coulomb – Cariche puntiformi e distribuite – Principio di sovrapposizione – Campo elettrico – Calcoli di campi elettrici per particolari distribuzioni di cariche – Teorema di Gauss in forma integrale e differenziale – Il potenziale elettrico – Equazioni di Poisson e Laplace – Il dipolo elettrico – Azioni meccaniche su dipoli – Multipoli del campo elettrostatico – Campo elettrico nei conduttori – Teorema di Coulomb – Azioni meccaniche sui conduttori – Metodo delle cariche immagine – Capacità elettrica – Condensatori e sistemi di condensatori – Capacità di condensatori con geometrie semplici – Energia del campo elettrostatico – I dielettrici – Meccanismi di polarizzazione – I vettori D e P – Cariche di polarizzazione.

3 – CORRENTE E RESISTENZA; CIRCUITI IN CORRENTE CONTINUA

Definizione di corrente – Densità di corrente ed equazione di continuità – Corrente nei conduttori: legge di Ohm in forma differenziale e integrale – La resistenza – Dipendenza dalla temperatura – Modello di Drude della conduzione elettrica – Dissipazione di energia nei conduttori: legge di Joule – Forza elettromotrice e generatori elettrici – Campo elettromotore - Resistenze in serie e parallelo - Potenza erogata da una batteria - Reti elettriche: leggi di Kirchhoff – Circuiti RC – Conduzione elettrica nei gas.

4 – MAGNETISMO NEL VUOTO E NELLA MATERIA

Vettore Induzione Magnetica B – Forza di Lorentz – Moti di particelle cariche in un campo magnetico – Effetto Hall – Legge di Biot-Savart – Applicazioni – Sorgenti del campo magnetico – Legge di Ampere – Potenziale vettore – Forze su circuiti in c.c. immersi in un campo B – Dipolo magnetico: campo di dipolo – Momento di dipolo magnetico – Interazioni campo-dipolo – Magnetismo nella materia: aspetti generali – Momento magnetico orbitale – Frequenza di Larmor – Momento magnetico di spin – I tre vettori magnetici M, H, B – Permeabilità e suscettività magnetica – Sostanze dia-, para-, ferro-magnetiche – Legge di Curie

5 – CAMPI ELETTRICI E MAGNETICI VARIABILI NEL TEMPO

L’induzione elettromagnetica: legge di Faraday–Neumann–Lenz – Forza elettromotrice nei circuiti in moto – Campo elettromotore – Legge di Felici – Corrente di spostamento e legge di Ampere-Maxwell – Fenomeni di autoinduzione – Induttanza – Cenni sulla mutua induzione – Circuiti RL – Energia del campo magnetico – Generatori – Oscillazioni in un circuito LC – Circuito RLC - Condizione di smorzamento critico.

6 – CIRCUITI IN CORRENTE ALTERNATA

Generatori di corrente alternata – Resistori, Induttori e Condensatori in un circuito in corrente alternata – Metodo dei fasori – Metodo simbolico – Circuiti RL, RC, RLC in serie e parallelo – Potenza assorbita nei circuiti in corrente alternata.

7 – ONDE ELETTROMAGNETICHE

Richiami sulle onde – Onde piane uniformi armoniche – Polarizzazione delle onde – Equazioni di Maxwell – Onde elettromagnetiche piane e uniformi – Vettore di Poynting e intensità di una OEM – Quantità di moto e pressione di radiazione di una OEM – Dipolo elettromagnetico (cenni) – Spettro delle OEM – Effetto Doppler.

8 – NATURA DELLA LUCE ED OTTICA GEOMETRICA

Propagazione della luce – Flusso luminoso, illuminamento, intensità luminosa, brillanza, radianza – Misure della velocità della luce – Approssimazione a raggi – Indice di rifrazione – Riflessione e rifrazione di OEM: leggi di Cartesio – Snell – Riflessione totale – Principio di Huygens – Principio di Fermat – Specchi piani e sferici – Diottri sferici – Lenti sottili – Occhio umano.

9 – OTTICA FISICA

Dispersione della luce – Velocità di gruppo e velocità di fase – Interferenza da due sorgenti: coerenza – Distribuzione di intensità nelle figure di interferenza – Variazione di fase dovuta alla riflessione – Interferenza nelle lamine sottili – Anelli di Newton – Diffrazione di Fresnel (cenni) e di Fraunhofer – Interferenza modulata da diffrazione – Risoluzione di una fenditura e diaframmi circolari – Reticolo di diffrazione: potere risolutivo – Diffrazione di raggi X da cristalli – Polarizzazione della luce – Legge di Brewster – Anisotropia della materia: Birifrangenza – Legge di Malus.

10 – LABORATORIO DI FISICA

Parte teorica: Descrizione dei dati: tipi di dati – Grafici a barre e istogrammi – Rappresentazioni di dati su scale lineari e logaritmiche – Medie: media aritmetica, geometrica, armonica, quadratica – Misura della dispersione dei dati: la varianza, la deviazione standard – Skew e curtosi – Set di dati a più variabili: covarianza e correlazione – Proprietà generali delle distribuzioni – Legge dei grandi numeri – Valori di aspettazione – Distribuzioni di densità di probabilità (PDD) – Distribuzione binomiale – Distribuzione di Poisson – Distribuzione gaussiana – Distribuzione uniforme – Gli errori: teorema del limite centrale – Errori nelle misure ripetute – Propagazione degli errori nelle misure indirette: errori massimi e statistici – Errori sistematici – Best fit lineari col metodo dei minimi quadrati – Stime dei parametri della retta e dei relativi errori – Estrapolazioni: un caso notevole – Distribuzione del c².

Per la parte teorica del corso (paragrafi 1-9) si suggerisce l’uso di una delle seguenti coppie di testi:

1. P. Mazzoldi, M. Nigro, C. Voci, Fisica vol. 2, EdiSES
2. R.A. Serway, J. Jewett, Fisica per Scienze ed Ingegneria vol. 2, EdiSES

I) C. Mencuccini, V. Silvestrini, Fisica, Elettromagnetismo e Ottica, CEA

II) D. Halliday, R. Resnick, K. Krane, Fisica vol. 2, CEA

i) D. Sette, M. Bertolotti, Lezioni di Fisica, vol. 2, Zanichelli

ii) A. Bettini, Elettromagnetismo + Le Onde e la Luce, Decibel Zanichelli

Per la preparazione della prova scritta (paragrafi 1-9):

1. F. Porto, G. Lanzalone, I. Lombardo, Problemi di Fisica Generale, Elettromagnetismo e Ottica, EdiSES

Per la parte di Laboratorio (paragrafo 10):

1. R.J. Barlow, Statistics – A guide to the use of Statistical Methods in the Physical Sciences, Wiley
2. A. Filipponi, Introduzione alla Fisica, Zanichelli

Per approfondimenti su alcuni argomenti del corso (paragrafi 1-10):

1. L. Tieri, V. Polara, Testo di Fisica Sperimentale, vol. I e II, Cremonese, Roma (1960)
2. E. Amaldi, R. Bizzarri, G. Pizzella, Fisica Generale, Zanichelli

L’esame sarà composto da una prova scritta seguita da una prova orale. La prova scritta consisterà nella risoluzione di 6 problemi, rappresentativi di tutta la parte teorica del corso (compresa la parte teorica inerente il laboratorio). Lo studente che non avrà ottenuto un punteggio di almeno 15/30 alla prova scritta non potrà accedere all’esame orale. La prova orale verterà su tutti gli argomenti facenti parte del programma del corso.