1001621 - FISICA II A - L

Dopo aver seguito proficuamente il corso, lo studente deve essere in grado di risolvere autonomamente una vasta classe di problemi legati all'elettromagnetismo ed all'ottica, e deve avere appreso ed interiorizzato i fondamenti concettuali e i principali risultati sperimentali legati allo sviluppo storico dell'elettromagnetismo.

Didattica frontale (42 ore) corredata da numerose esercitazioni (45 ore)

La frequenza alle lezioni ed alle esercitazioni è OBBLIGATORIA.

(le dimostrazioni delle formule relative agli argomenti indicati con * sono FACOLTATIVE)

ELETTROSTATICA

1.1 – Forza elettrostatica. Campo elettrostatico.

La composizione della materia e la presenza di interazioni elettriche tra i suoi costituenti carichi. Quantizzazione e conservazione della carica elettrica. Materiali isolanti e conduttori. Processi di elettrizzazione. Forza tra cariche elettriche. La legge di Coulomb. Il campo elettrostatico. Calcolo di campi elettrostatici per distribuzioni discrete e continue. Le linee di forza. Moto di una carica in un campo elettrostatico.

1.2 – Lavoro elettrico. Potenziale elettrostatico.

Il lavoro della forza elettrica. Il potenziale elettrostatico. L’energia potenziale elettrostatica. Calcolo del potenziale e dell’energia potenziale elettrostatica per una carica puntiforme e per distribuzioni discrete e continue di carica. Energia potenziale di un sistema di cariche. Il campo elettrostatico come gradiente del potenziale. Conservatività e irrotazionalità di un campo. Formule di simmetria*. Calcolo di campi elettrostatici dal potenziale per distribuzioni continue di carica. Il rotore del campo elettrico. Superfici equipotenziali*. Campo elettrico e potenziale generato da un dipolo in particolari punti dello spazio. Energia potenziale di un dipolo posto in un campo*.

1.3 –La legge di Gauss.

Flusso del vettore campo elettrostatico. Dimostrazione del teorema di Gauss. Applicazioni del teorema di Gauss: guscio sferico, sfera, filo e piano uniformemente carichi. Legge di Gauss in forma locale.

1.4 – Conduttori. Dielettrici. Energia elettrostatica.

Conduttori in equilibrio. Induzione elettrostatica. Conduttore cavo. Schermo elettrostatico. Equazioni di Poisson e Laplace, funzioni armoniche e loro proprietà*. Soluzioni dell'equazione di Laplace*. Cariche immagini*. Condensatori nel vuoto. Collegamento di condensatori. Energia elettrostatica. Dielettrici. Costante dielettrica relativa, assoluta, suscettività elettrica. Polarizzazione dei dielettrici. Definizione del vettore D (induzione dielettrica).

CORRENTI STAZIONARIE E CAMPI MAGNETOSTATICI

2.1 – Corrente elettrica.

Conduzione elettrica. Corrente media, corrente istantanea, densità di corrente. Legge di Ohm per i conduttori ohmici. Conducibilità e resistività. Cenni al modello di Drude della conduzione*. Resistenza elettrica. Dipendenza dalla temperatura. Energia elettrica e potenza assorbita. Generatori di f.e.m. Resistenze in serie e in parallelo. Leggi di Kirchhoff. Carica e scarica di un circuito RC.

2.2 – Campo magnetico.

Proprietà dei magneti. Linee di Campo e d'Induzione magnetica. Campo magnetico e sua definizione operativa. Forza di Lorentz. Forza magnetica su un filo percorso da corrente: seconda legge di Laplace. Coppia agente su di una spira percorsa da corrente immersa in un campo magnetico uniforme*. Momento magnetico di una spira. Effetto Hall. Moto di una particella in un campo magnetico uniforme.

2.3 – Sorgenti del campo magnetico. Legge di Ampère. Proprietà magnetiche della materia.

Campo magnetico prodotto da un elemento di corrente – Prima legge di Laplace. Permeabilità magnetica del vuoto. Legge di Ampère-Laplace per il campo magnetico generato da un circuito chiuso percorso da corrente. Campo magnetico prodotto da un filo rettilineo (legge di Biot-Savart), da una spira circolare nel centro (e sull'asse)*, da un solenoide ideale. Forze agenti su fili paralleli percorsi da corrente.  Legge di Gauss per il campo magnetico. Potenziale vettore. Legge di Ampère. Proprietà magnetiche della materia. Permeabilità e suscettività magnetica. Magneti permanenti - Principio di equivalenza di Ampere.

CORRENTI E CAMPI VARIABILI

3.1 – Campi elettrici e magnetici variabili nel tempo.

Legge di Faraday. Legge di Lenz. Generatori di corrente. Correnti di Foucault. Autoinduzione. Circuiti RL. Energia magnetica. Densità di energia magnetica. Corrente di spostamento e IV equazione di Maxwell.

Complementi: teoria della relatività ristretta ed elettromagnetismo*.

ONDE ELETTROMAGNETICHE

4.1 – Onde elettromagnetiche.

Equazioni di Maxwell e propagazione per onde* - Onde elettromagnetiche piane. Onde elettromagnetiche piane armoniche. Polarizzazione lineare. Vettore di Poynting*. Intensità di un’onda e.m. Pressione di radiazione. Spettro elettromagnetico.

ELEMENTI DI OTTICA

5.1 – Riflessione e rifrazione della luce ed ottica geometrica

Le misure di velocità della luce. Indice di rifrazione. Riflessione e rifrazione. Principio di Fermat. Angolo limite. Riflessione totale. Equazioni dei punti coniugati*. Equazione dei costruttori di lenti*. Costruzione di immagini in ottica geometrica.

5.2 – Interferenza, diffrazione della luce ed ottica fisica

Fenomeni di interferenza tra due o più sorgenti di luce monocromatica*. Diffrazione di Fraunhofer e Fresnel*. Fenomeni di polarizzazione: legge di Malus*. Angolo di Brewster*. 

1 - R. A. Serway, Fisica per Scienze ed Ingegneria, vol. II, II edizione, EdiSES
2 - D. Halliday, R. Resnick, K.S. Krane, Fisica, vol II, IV edizione, CEA
3 - P. Mazzoldi, M. Nigro, C. Voci, Fisica, vol. II, II Edizione, EdiSES
4 - F.W. Sears, Elettricità e Magnetismo + Ottica (due volumi), CEA
5 - D. Giancoli, Fisica 2, CEA

6 - Gettys, Keller, Skove, Elettromagnetismo e Onde, McGrawHill

Per gli esercizi:
F. Porto, G. Lanzalone, I. Lombardo, D. Dell'Aquila, problemi di Fisica Generale, Elettromagnetismo - Ottica - Relatività, II Edizione, EdiSES 

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 (votazione minima: 15/30) possono sostenere la conseguente prova orale entro la STESSA sessione di esami dell'esame scritto. La prova orale verte sulla eventuale discussione della prova scritta e soprattutto sulla trattazione degli argomenti presenti in programma.

La legge di Gauss - esempi di effetti elettrostatici dovuti alla dipendenza da 1/r2 del campo - capacità di un conduttore - esempi di calcolo di capacità - definizione di energia potenziale elettrostatica - teoremi del rotore e della divergenza (senza dimostrazione) - proprietà degli operatori differenziali - meccanismi di polarizzazione - dipoli in campi esterni - analogie tra dipolo elettrico e magnetico - leggi di Ohm - leggi di Kirchhoff - circuiti RC - legge di Biot Savart - calcoli di campi magnetici - legge di Ampere - corrente di spostamento - legge di Faraday - autoinduzione e circuiti RL - mutua induzione - vettore di Poynting - pressione di radiazione - misure di c - leggi di Snell - costruzione delle immagini ottiche per uno specchio e una lente - fenomeni di interferenza da due sorgenti - minimi di diffrazione