FISICA II
Anno accademico e docente
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- English course description
- Anno accademico
- 2022/2023
- Docente
- DONATO VINCENZI
- Crediti formativi
- 6
- Periodo didattico
- Primo Semestre
- SSD
- FIS/01
Obiettivi formativi
- L'obiettivo formativo del corso di Fisica II e' di insegnare le basi dell'elettromagnetismo classico, sia nel vuoto che nei mezzi isotropi ed omogenei, in modo tale da permettere allo studente di affrontare problemi di elettromagnetismo e applicare le leggi acquisite per risolverli. L'elettromagnetismo classico e' alla base di altri insegnamenti dei corsi di laurea in ingegneria elettronica e delle telecomunicazioni, ingegneria dell'automazione e ingegneria informatica. Nella formazione e' compresa sia la parte teorica che la parte di esercitazioni.
Le principali conoscenze acquisite saranno:
- Descrizione dei fenomeni elettrici nel vuoto e nella materia ed interpretazione di tali fenomeni attraverso il concetto di campo elettrico e potenziale elettrico.
- Descrizione dei fenomeni magnetici nel vuoto e nella materia ed interpretazione di tali fenomeni attraverso il concetto di campo magnetico e dell'interazione tra campo magnetico e momento magnetico degli atomi.
Le principali abilità (ossia la capacità di applicare le conoscenze acquisite) saranno:
- Capacità di analizzare e risolvere semplici problemi che riguardano fenomeni elettrici o magnetici come la conduzione elettrica, il calcolo del campo elettrico e magnetico nello spazio e il calcolo delle forze di interazione tra cariche elettriche o tra fili percorsi da corrente e campi magnetici esterni.
- Sviluppo di una capacità analitica che permette di scomporre un problema in sotto-sezioni che possono essere affrontate tramite le competenze acquisite. Prerequisiti
- Le basi di matematica necessarie per poter seguire proficuamente il corso sono: sistemi di riferimento in coordinate cartesiane, polari e cilindiriche; trigonometria; calcolo vettoriale; calcolo integrale e differenziale di funzioni di più variabili reale.
Sono inoltre fondamentali molti argomenti del corso di Fisica I.
All'inizio del corso vengono fornite alcune nozioni base di calcolo vettoriale, operatori differenziali vettoriali, e vengono presentati il teorema di Gauss e il teorema di Stokes. Contenuti del corso
- Elettrostatica: Aspetti sperimentali; carica elettrica; legge di Coulomb e campo elettrico; principio di sovrapposizione; potenziale elettrostatico; dipolo elettrico; flusso di un campo vettoriale; legge di Gauss; equazioni dell'elettrostatica.
Elettrostatica e conduttori: Capacita'; energia di un condensatore carico; condensatori in serie e in parallelo.
Corrente elettrica nei conduttori: Forza elettromotrice; vettore densita' di corrente e intensita' di corrente elettrica; principio di conservazione della carica elettrica; legge di Ohm; effetto Joule; Resistenze in serie e in parallelo. Le leggi di Kirchhoff.
Magnetostatica: sorgenti del campo magnetico e aspetti sperimentali; la legge di Biot-Savart; I e II legge di Laplace; definizione dell'Ampere; momento di dipolo magnetico di una spira; circuitazione di un campo vettoriale e il Teorema di Ampere; Legge di Gauss per il campo magnetico; le equazioni della magnetostatica in forma integrale e in forma differenziale.
Induzione elettromagnetica: Forza di Lorentz; legge di induzione di Faraday e Legge di Lenz; correnti di Foucault; rotore del campo elettrico; il fenomeno dell'autoinduzione; induttanza; energia immagazzinata da un'induttanza; circuito RL; mutua induttanza.
Campi elettrici nella materia
Aspetti sperimentali; la polarizzazione molecolare; dielettrici polari e non polari; vettore polarizzazione dielettrica; densità di carica superficiale e volumetrica di polarizzazione su un dielettrico; corrente di polarizzazione; vettore induzione elettrica; divergenza del campo induzione elettrica; suscettività elettrica e costante dielettrica di un dielettrico isotropo; potenziale elettrostatico nei dielettrici; condizioni di continuità del campo elettrico e del campo induzione elettrica sull'interfaccia fra due dielettrici isotropi; energia del campo elettrostatico; forza su un dielettrico in un condensatore carico; rigidità dielettrica.
Campi magnetici nella materia
Momento di dipolo magnetico orbitale e di spin nell'atomo dovuto agli elettroni; effetti di un campo magnetico su sostanze diverse - diamagnetismo e paramagnetismo; intensità di magnetizzazione; densità di corrente superficiale e volumetrica di magnetizzazione; la legge di Ampère nella materia; vettore intensità di campo magnetico; suscettività magnetica e permeabilità magnetica; condizioni del campo magnetico e del campo induzione magnetica all'interfaccia tra sostanze magnetiche isotrope ed omogenee; ferromagnetismo; isteresi magnetica; circuiti magnetici; la legge di Hopkinson; energia del campo magnetico; forza agente su sostanze magnetiche in presenza di campi magnetici.
Equazioni di Maxwell e onde elettromagnetiche
Corrente di spostamento; equazioni di Maxwell nel vuoto in forma integrale e differenziale; equazioni di Maxwell nella materia; equazione delle onde nell'elettromagnetismo; velocità della luce; onde piane nel vuoto. Metodi didattici
- Il corso viene suddiviso al 50% lezioni teoriche frontale alla lavagna e 50% esercitazioni.
Modalità di verifica dell'apprendimento
- Lo scopo della prova d’esame consiste nel verificare il livello di raggiungimento degli obiettivi formativi precedentemente indicati.
La modalità di verifica dell'apprendimento consiste in un esame scritto suddiviso in 3 esercizi e una domanda di teoria.
A ciascun esercizio e alla domanda di teoria viene associato lo stesso punteggio di 8.5 punti.
Ogni esercizio è ulteriormente suddiviso in 3 o più domande, alle quali è assegnato un valore percentuale.
Per ciascun esercizio il voto assegnato è proporzionale al numero di punti svolti correttamente fino ad un massimo di 8.5. Per la domanda di teoria la valutazione si basa sulla completezza, la correttezza formale e chiarezza della risposta.
Il voto finale è la somma dei punteggi associati a ciascun esercizio e alla domanda di teoria. Per superare l'esame la somma dei punteggi associati ai 3 esercizi e alla domanda di teoria deve essere maggiore o uguale a 18.
Gli studenti possono optare per una prova orale nella quale saranno verificate le conoscenze di teoria attraverso 3 domande generali sugli argomenti del corso e la capacità di risolvere alla lavagna un esercizio. In questo caso all'esercizio è attribuito il punteggio di 12 e alle 3 domande di teoria il punteggio complessivo di 22. L'esame si ritiene superato se lo studente totalizza più di 18.
All'esame lo studente può essere dotato di penna, matita e calcolatrice. Un formulario verrà fornito assieme al testo dell'esame mentre sarà possibile consultare durante l'esame un unico libro di testo posto sulla cattedra.
The use di telefoni cellulari è proibito. Testi di riferimento
- Testo principale:
Autori: David Halliday, Robert Resnick, Jearl Walker
Titolo: Fondamenti di fisica. Vol. 2: Elettrologia, magnetismo, ottica, Settima edizione
Casa Editrice Ambrosiana.
ISBN: 9788808183118
Testi suggeriti per approfondimenti:
Autori: R. A. Serway, J. W. Jewett Jr.
Titolo: Fisica per Scienze ed Ingegneria - Volume secondo
Editore: Edises
ISBN: 9788879598248
Autori: Mazzoldi, Nigro, Voci. Titolo: Elementi di Fisica II: Elettromagnetismo - Onde.
Casa editrice: EdiSES.
ISBN: 978-8879591522
