Finalità del Corso
Questo corso si propone di:
1) Presentare allo studente concetti di
elettromagnetismo classico di base (Elettrostatica, Magnetostatica,
Elettrodinamica ed Ottica) ;
3) Far scoprire la quotidianità
dei fenomeni elettromagnetici e la loro importanza dal punto
di vista tecnologico;
5) Mostrare come sia possibile studiare
tutti i fenomeni elettromagnetici in termini delle Equazioni
di Maxwell;
6) Illustrare il concetto di onda elettromagnetica,
della sua propagazione ed il fenomeno della Diffrazione;
7) Far comprendere il ruolo delle approssimazioni
in Fisica ed Ingegneria;
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Obiettivi del Corso
Alla fine del corso lo studente dovrà
essere in grado di rispondere alle seguenti domande:
1) Perchè le cariche elettriche
alterano le proprietà di simmetria dello spazio?
2) Perchè le Equazioni di Maxwell
sono Leggi di Natura?
3) Quali sono le differenze fra fenomeni
elettrici e magnetici? Perchè la materia si comporta
in maniera diversa quando interagisce con campi elettrici
o con campi magnetici?
4) Cos'è un'onda elettromagnetica
e come si propaga? In che consistono i fenomeni della dispersione,
dell'assorbimento e della diffusione?
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Argomenti del corso
Parte I
I. Elementi di Calcolo Vettoriale(4
ore)
Scalari,Vettori e Tensori - Campi scalari
e superfici di livello - Campi vettoriali e linee di flusso
- Derivate direzionali - Integrali di linea, di superficie
e di volume - Flusso e Circuitazione - Gradiente e superfici
equipotenziali - Divergenza e sorgenti dei campi vettoriali
- Teorema di Gauss - Gradiente, Laplaciano e Flusso del
gradiente del campo 1/r - Rotore - Teorema di Stokes - Operatori
- Coordinate sferiche e cilindriche.
II. Il Campo Elettrostatico nel Vuoto(6
ore)
La carica elettrica - Il Principio di Conservazione
della Carica Elettrica- Legge di Coulomb - Unità
di Misura - Il campo elettrico - Il potenziale elettrostatico
e l'Equazione di Poisson - Linee di flusso e superfici equipotenziali
del campo elettrico - Legge di Gauss - Le equazioni fondamentali
del campo elettrostatico - Potenziale e campo di uno strato
e di un doppio strato - Potenziale e campo di una sfera
- Potenziale e campo di un cilindro - Potenziale all'interno
di un doppio strato - Il dipolo elettrico - Il momento elettrico
di dipolo e di multipolo di un sistema di cariche - Energia
di un dipolo in un campo esterno - Energia di un sistema
di cariche elettriche - Conduttori- Teorema di Coulomb -
L'induzione elettrostatica - L'induzione completa, lo schermo
elettrostatico e la Gabbia di Faraday - Capacità
- Condensatori - Energia di un condensatore - Collegamento
di condensatori in serie ed in parallelo - Potere disperdente
delle punte e sue applicazioni- Macchine Elettrostatiche
- Il vettore induzione dielettrica nel vuoto.
III. I Dielettrici (4 ore)
La polarizzazione di un dielettrico e la
costante dielettrica - La suscettività dielettrica
- La legge di Coulomb in un dielettrico omogeneo e isotropo
- Il campo elettrico in un dielettrico - Il vettore intensità
di polarizzazione - Il vettore induzione dielettrica nella
materia - Condizioni di continuità - Condensatori
con dielettrici - Interpetrazione microscopica dei meccanismi
di polarizzazione (Polarizzabilità elettronica, Polarizzabilità
per orientamento, Campi locali, Formula di Clausius-Mossotti)
- Polarizzazione spontanea - Piroelettricità - Ferroelettricità
- Piezoelettricità ed Elettrostrizione.
IV. La corrente elettrica stazionaria
(2 ore)
L'intensità di corrente elettrica
e la densità di corrente - Il principio di conservazione
della carica e l'equazione di continuità - La corrente
stazionaria - La legge di Ohm e la resistenza elettrica
- Impossibilità di caricare staticamente il volume
di un conduttore.
Parte II
V. Il Campo Magnetostatico nel vuoto
(4 ore)
Magneti e circuiti elettrici - Linee di
flusso del campo magnetico - Forza esercitata da un campo
magnetico su un circuito percorso da corrente - Il vettore
di induzione magnetica - La forza di Lorentz - Moto di cariche
libere in un campo magnetico - Il tubo catodico - La legge
di Biot-Savart - Formule di Laplace - Forze fra circuiti
- Il flusso e la circuitazione dell'induzione magnetica
- Le leggi fondamentali della magnetostatica - Momento magnetico
di un ago - Il vettore intensità di campo magnetico
- Sistemi di unità di misura - Il potenziale vettore
- Il Teorema di Equivalenza di Ampère.
VI. Le proprietà magnetiche della
materia (4 ore)
La permeabilità magnetica relativa
- La suscettività magnetica - La polarizzazione magnetica
- Sostanze diamagnetiche, paramagnetiche e ferromagnetiche
- Interpetrazione microscopica del magnetismo e i domini
di Weiss - Correnti atomiche e momento magnetico di un atomo
isolato e in un solido - Teorema di Larmor - La polarizzazione
di un mezzo in un campo magnetico esterno - Il vettore intensità
di magnetizzazione - Il vettore intensità di campo
magnetico - Legge di Curie-Weiss.
Parte III
VII. Il Campo Elettromagnetico (7
ore)
L'induzione elettromagnetica - La legge
di Faraday-Neumann e la legge di Lenz - L'Approssimazione
Quasi-Stazionaria - Induzione mutua e autoinduzione - L'energia
del campo magnetico - Corrente di spostamento - Le equazioni
di Maxwell - Equazioni delle onde - Le onde piane - Conservazione
della energia e vettore di Poynting- Potenziali ritardati
- Invarianza di gauge - Equazione delle onde inomogenea.
IX. Ottica (3 ore)
La velocità di propagazione della
luce - Costante dielettrica ed indice di rifrazione - Leggi
della Riflessione e Rifrazione - Dipendenza della polarizzabilità
dalla frequenza - La dispersione della luce e sue applicazioni
- La diffusione della luce - Polarizzazione della luce -
Interferenza - Formula di Brewster - Principio di Huyghens
- Diffrazione.
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Frequenza al corso ed esami
La frequenza al corso non è obbligatoria
ma è di importanza fondamentale per l'apprendimento
degli argomenti e gli studenti sono invitati frequentare
con regolarità. L'apprendomento sarà verificato
con una o più prove in classe durante il corso.
Gli esami si svolgeranno con una prova
scritta ed un esame orale. All'esame orale, che verterà
sugli argomenti del corso, lo studente è ammesso
d'ufficio. Tuttavia, allo scopo di verificare preventivamente
la preparazione, gli studenti sono invitati ad una prova
scritta, corretta individualmente. Di norma l'esame
orale avrà luogo il giorno successivo a quello fissato
per la prova scritta.
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Testi Consigliati
Libro di testo principale:
E. Amaldi, R. Bizzarri, G. Pizzella, Fisica
Generale, ZANICHELLI
Testi di supporto:
F. Wanderlingh, Corso di Fisica Generale,
Vol. III, GENAL
P. A. Tipler, Corso di Fisica, 2o
volume, ZANICHELLI
P.M. Fishbane, S. Gasiorowicz and S. T.
Thornton, Fisica per Scienze ed Ingegneria,
Vol. secondo, EdiSES
H.C. Ohanian, Fisica 2o
volume, ZANICHELLI
R. Blum, D. E. Roller, Fisica, 2o
volume, ZANICHELLI
D. Halliday, R. Resnick, K.S. Krane, Fisica
2 (4a edizione), Ambrosiana
P. Mazzoldi, M. Nigro, C. Voci, Fisica
2o volume, EdiSES
Testi di problemi svolti:
Morosi, Problemi di Fisica II per l'Università,
Masson - Addison Wesley
Edminister, Elettromagnetismo, Collana
SCHAUM, ETAS
Edminister, Circuiti Elettrici,
Collana SCHAUM, ETAS
O'Malley, Fondamenti di analisi dei
circuiti , Collana SCHAUM, ETAS
Spiegel, Analisi Vettoriale, Collana
SCHAUM, ETAS
Spiegel, Analisi di Fourier, Collana
SCHAUM, ETAS
Letture
Aslamazov
e Varlamov, Fisica, che meraviglia!, La Goliardica
Pavese
