FISICA II

Il corso ha la finalità di fornire conoscenze di base dell’elettromagnetismo nel vuoto e nella materia, sia in condizioni statiche che dinamiche compresi i fenomeni propagazione delle onde elettromagnetiche.

Alla fine del corso lo studente sarà in grado di risolvere semplici problemi di elettromagnetismo a partire dalle equazioni di Maxwell e dalle relazioni costitutive relative dei diversi materiali.

L'insegnamento viene svolto con lezioni alla lavagna. Per ogni argomento vengono svolte esercitazioni su esercizi tratti dai testi di riferimento e da prove d'esame dei precedenti anni accademici.

Comprensione del testo.

Nozioni di geometria e calcolo vettoriale: distinzione fra grandezze scalari e vettoriali, somma di vettori, prodotto scalare e prodotto vettore.

Conoscenza di algebra e trigonometria: soluzione di equazioni algebriche di primo e secondo grado, funzioni trigonometriche.

Calcolo differenziale ed integrale di funzioni ad una variabile.

Equazioni differenziali.

Leggi di Newton ed equazioni del moto. Forze conservative e principio di conservazione dell'energia meccanica. Dinamica: moto rettilineo uniforme e moto uniformemente accelerato, velocità angolare. Campo di forze.

Frequenza fortemente consigliata. La frequenza è obbligatoria per accedere alle prove in itinere.

Campo elettrostatico: Cariche elettriche: fenomenologia e legge di Coulomb. Principio di sovrapposizione. Campo elettrostatico generato da un insieme discreto di cariche. Linee di forza. Legge di Gauss. Campo elettrostatico prodotto da distribuzioni continue di cariche. Moto di cariche in un campo elettrostatico.

Potenziale elettrostatico: Lavoro della forza elettrica e potenziale elettrostatico. Energia potenziale elettrostatica, superfici equipotenziali. Tensione. Dipolo elettrico. Equazioni di Maxwell per il campo elettrostatico.

Conduttori e capacità elettrica: Conduttori in equilibrio. Capacità di un conduttore isolato. Schermo elettrostatico. Condensatori, collegamenti in serie e parallelo. Energia immagazzinata in un condensatore.

Dielettrici: Fenomenologia dei dielettrici e vettore polarizzazione. Descrizione qualitativa della polarizzazione elettronica e per orientamento. Equazioni di Maxwell nei dielettrici. Condizioni di raccordo dei campi. Energia del campo elettrico in presenza di dielettrici. Trattazione microscopica della polarizzabilità elettronica.

Corrente elettrica: Conduzione elettrica. Corrente elettrica. Principio di conservazione della carica ed equazione di continuità. Modello di Drude per la conduzione e legge di Ohm (effetto Joule). Resistori in serie e in parallelo. Circuiti RC.

Campo magnetico: Forza magnetica: fenomenologia. Linee di forza e legge di Gauss per il campo magnetico. Legge di Lorentz. Forza su conduttori percorsi da corrente: leggi elementari di Laplace. Principio di equivalenza di Ampere. Campo magnetico prodotto da correnti. Legge di Ampere. Azioni elettrodinamiche fra circuiti. Equazioni di Maxwell per il campo magnetostatico.

Mezzi magnetici: Fenomenologia delle sostanze magnetiche e vettore magnetizzazione. Equazioni di Maxwell nei mezzi magnetici. Condizioni di raccordo dei campi. Energia del campo magnetico nei mezzi materiali. Trattazione microscopica di Larmor del diamagnetismo. Paramagnetismo di Langevin. Discussione qualitativa del ferromagnetismo: isteresi e schermi magnetici.

Campi elettrici e magnetici variabili nel tempo: Induzione elettromagnetica, legge di Faraday Lenz. Forza elettromotrice indotta. Fenomeni di induzione. Corrente di spostamento e legge di Ampere Maxwell. Energia magnetica.

Equazioni di Maxwell e onde elettromagnetiche nel vuoto: Equazioni di Maxwell e onde elettromagnetiche. Indice di rifrazione e velocità di propagazione. Dispersione in dielettrici. Propagazione e assorbimento di onde elettormagnetiche nei metalli.

1. P. Mazzoldi, M. Nigro, C. Voci, Fisica volume II, EdiSES.

2. Formulario dall'appendice di: S. J. Orfanidis, "Electromagnetic Waves and Antennas". https://www.ece.rutgers.edu/~orfanidi/ewa/ch26.pdf

Studium

L'esame consiste in una prova scritta seguita da una prova orale. La prova scritta (durata 2 ore) consiste nella risoluzione, giustificata e commentata in maniera chiara, di quattro esercizi. Gli allievi che superano la prova scritta possono sostenere la conseguente prova orale (durata 30-40 min) che consiste, a partire da una discussione della prova scritta, nella trattazione di tre distinti argomenti in programma.
Il voto complessivo tiene conto dell'autonomia di esposizione, della capacità di ragionamento (durante l'esame si interagisce con il docente), della capacità di collegare argomenti diversi tra loro, della proprietà di linguaggio tecnico e della capacità espressiva dello studente.

La prova scritta consiste nella risoluzione di esercizi, il cui livello di difficoltà è simile a quello degli esercizi svolti in aula.
Le domande dell'esame orale verteranno sugli argomenti di cui alla voce "contenuti del corso".