FISICA GENERALE
Anno accademico e docente
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- English course description
- Anno accademico
- 2022/2023
- Docente
- LORIS GIOVANNINI
- Crediti formativi
- 9
- Periodo didattico
- Annualità Singola
- SSD
- FIS/01
Obiettivi formativi
- Nel corso di fisica generale ci si propone di introdurre gli studenti al punto di vista “concreto” della materia.
Dopo una breve introduzione al corso e un sommario dei concetti fondamentali necessari per la comprensione degli argomenti trattati, il corso sarà suddiviso in due moduli principali: il primo modulo incentrato sulla termodinamica ed il secondo modulo su elettromagnetismo.
Principali conoscenze che si acquisiranno:
- Riconoscere che una misura in fisica è affetta da incertezze, quindi anche nel calcolo degli esercizi si deve curare molto l’aspetto della significatività delle cifre.
- Comprendere il significato di energia, e soprattutto la sua conservazione.
- Cogliere le leggi che governano la termodinamica, e comprendere anche in questo argomento la grandezze fisiche, che si conservano.
- Affrontare l’elettromagnetismo, comprendendo l’utilità e la necessità del calcolo vettoriale, con uno sguardo più elastico alla capacità del suo utilizzo in situazioni di simmetria per semplificare i calcoli,
nonché per comprendere il significato dei risultati ottenuti.
- Comprendere le leggi fisiche alla base dell’elettromagnetismo e la struttura matematica che le governa.
Principali abilità che dimostreranno il grado apprendimento:
- Risolvere problemi di termodinamica, soprattutto su un diagramma p-V, comprendendo i principi di conservazione, che governano i modelli matematici, che costruiamo sull’osservazione.
- Risolvere problemi di fisica con strumenti matematici basilari, distinguendo in modo appropriato la semplificazione matematica e la comprensione del problema.
- Imparare a leggere una formula, soprattutto affinando l’analisi dimensionale, comprenderne i contenuti ed i possibili sviluppi. Prerequisiti
- Si richiedono conoscenze su
- Funzioni trigonometriche, analitiche ed analisi di funzioni.
- Calcolo differenziale ed integrale.
- Derivate parziali e sviluppi in polinomi di Taylor.
- Calcolo Vettoriale, sue rappresentazioni: cartesiane, polari cilindriche e sferiche.
Si mirerà all'utilizzo di strumenti matematici, per comprendere il significato di una legge fisica. Contenuti del corso
- PARTE INTRODUTTIVA (2 ore)
Introduzione al corso e richiami sui concetti fondamentali necessari per la comprensione degli argomenti trattati nel corso.
Concetto di energia (cinetica e potenziale), principio di conservazione.
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TERMODINAMICA (22 ore di lezioni frontali, distribuite come indicato di seguito)
Definizione di Temperatura, calore e lavoro (2 ore).
Leggi termiche e termometria (2 ore).
Trasformazioni termodinamiche e leggi (8 ore).
Primo e secondo principio della termodinamica, macchine termiche e frigorifere, definizione di entropia (10 ore).
Ci si soffermerà soprattutto al modello dei gas perfetti o ideali, che permette di introdurre in modo chiaro e teoricamente consistente i concetti delle grandezze, quali energia interna, calore, lavoro, nonché l’entropia.
Si cercherà di elaborate le basi matematiche della termodinamica, funzionali alla comprensione dei concetti di base.
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ELETTROMAGNETISMO (48 ore di lezioni frontali, distribuite come indicato di seguito)
- Introduzione all’elettrostatica (6 ore): Carica elettrica. Legge di Coulomb. Campo elettrostatico. Campo elettrostatico generato da cariche puntiformi e da distribuzioni continue. Esperimento di Millikan.
- Lavoro e potenziale elettrostatico (5 ore): Energia potenziale elettrostatica. Lavoro ed energia potenziale. Potenziale elettrostatico. Circuitazione del campo elettrico e terza equazione di Maxwell. Superfici equipotenziale e linee di forza del campo elettrico. Il dipolo elettrico.
- Legge di Gauss, dielettrici e conduttori (9 ore): Legge di Gauss. Prima equazione di Maxwell. Equazioni di Poisson e Laplace. Conduttori. Condensatore. Collegamento in serie e parallelo di condensatori. Energia del campo elettrico. Comportamento elettrico dei dielettrici. Capacità dei condensatori con dielettrico. Rottura del dielettrico. Elettrostatica in presenza di dielettrici.
- Corrente elettrica (6 ore): Corrente elettrica, densità di corrente. Legge di Ohm. Resistività, conduttanza. Potenza dissipata in un resistore (effetto Joule). Modello di Drude (classico) della conduttività nei metalli. Collegamento in serie e parallelo di resistori. Generatori di forza elettromotrice. Carica e scarica di un condensatore. Reti elettriche. Leggi di Kirchoff.
- Magnetostatica (12 ore): Definizione di campo magnetico. Forza di Lorentz. Lavoro del campo magnetico. Seconda legge di Laplace. Forza su una spira piana in un campo uniforme. Galvanometro. Strumenti per la misura di correnti e tensioni. Effetto Hall. Moto di una carica in un campo magnetico uniforme. Spettrometro di massa. Ciclotrone. Prima legge di Laplace. Legge di Ampere-Laplace. Legge di Biot-Savart. Campo magnetico di una spira circolare. Dipolo magnetico. Il campo magnetico terrestre; fasce di Van Allen, aurora boreale. Legge di Ampere e quarta equazione di Maxwell. Proprietà magnetiche della materia. Diamagnetismo, paramagnetismo, ferromagnetismo. Legge di Gauss per il campo magnetico, seconda equazione di Maxwell.
- Campi elettrici e magnetici variabili nel tempo (6 ore): Legge di Faraday. Terza equazione di Maxwell dipendente dal tempo. Generatore di corrente alternata. Autoinduzione. Induttori e induttanza. Circuito RL. Induzione mutua. Legge di Ampere-Maxwell. Equazioni di Maxwell in forma integrale e differenziale. Equazioni di Maxwell nei mezzi materiali. Equazione delle onde elettromagnetiche, onde elettromagnetiche nel vuoto. Onde piane, lunghezza d’onda, vettore d’onda, frequenza, velocità. Onde elettromagnetiche piane nello spazio; onde sferiche.
- Ottica (4 ore): Indice di rifrazione. Condizioni di continuità dei campi all’interfaccia tra due
materiali diversi. Leggi di Snell. Angolo limite. Leggi di Fresnel. Polarizzazione totale.
________________ Metodi didattici
- Il corso si svolgerà con 72 ore di lezioni frontali, si tratteranno prevalentemente gli argomenti teorici ed alcuni esercizi fondamentali.
Altre attività didattiche, relative allo svolgimento di altri esercizi come supporto per gli studenti, dipenderanno dal numero di ore disponibili nell’ambito dei giorni assegnati per tutto il semestre didattico.
Si richiederà lo svolgimento di alcuni esercizi a casa, per tali esercizi il docente sarà disponibile al confronto, su richiesta degli studenti ed esclusivamente durante le ore di esercitazione. Modalità di verifica dell'apprendimento
- La verifica dell’apprendimento sarà effettuata mediante una Prova scritta finale ed una successiva Prova orale.
Per accedere alla prova orale bisogna superare la prova scritta con un punteggio di almeno 18.
Per la prova orale finale si richiede di presentare gli argomenti, richiesti dai docenti in commissione, in modo lineare e chiaro.
Il voto finale si baserà sull'esito della prova orale tenuto conto anche della prova scritta. Testi di riferimento
- Termodinamica:
- P. Mazzoldi, M. Nigro, C. Voci
Elementi di Fisica: Meccanica Termodinamica (Edises, Napoli, 2012)
- Dispense fornite dal docente del corso
Elettromagnetismo:
- Elementi Fisica: Elettromagnetismo Onde (Edises, Napoli, 2012)
Le lezioni sono state preparate seguendo principalmente questi due testi.
In alternativa potete considerare il volume unico:
- David Halliday- Robert Resnick, Jearl Walker - FONDAMENTI di FISICA – Casa Editrice Ambrosiana
Tutti i testi consigliati sono disponibili in biblioteca.
