facoltà di
INGEGNERIA
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CORSO di LAUREA in
INGEGNERIA CIVILE

Presidente : Prof. Antonino D'Andrea


FISICA GENERALE II

PROGRAMMA

DIARIO di ESAMI

ORARIO delle LEZIONI

PRENOTAZIONI ESAMI


 

Corso di Laurea Ingegneria Civile

Programma del Corso di Fisica Generale II

per l'Anno Accademico 1999-2000

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Finalità del Corso

Questo corso si propone di:

1) Presentare allo studente concetti di elettromagnetismo classico (Elettrostatica, Magnetostatica, Elettrodinamica ed Ottica) di base;

2) Studiare, dal punto di vista classico e semiclassico, il comportamento della materia sottoposta alle azioni elettriche, magnetiche ed elettromagnetiche ed illustrare i concetti di Risposta e di Dissipazione;

3) Far scoprire la quotidianità dei fenomeni elettromagnetici e la loro importanza dal punto di vista tecnologico;

4) Fornire le basi ed i primi rudimenti dell’Elettrotecnica;

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;

8) Mettere lo studente in grado di risolvere semplici problemi di Elettromagnetismo.

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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?

5) Quali sono i principi di funzionamento delle principali macchine elettriche?

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Argomenti del corso

 

Parte I

I. Elementi di Calcolo Vettoriale

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 - Identità di Green - Rotore - Teorema di Stokes - Operatori - Coordinate sferiche e cilindriche.

II. Il Campo Elettrostatico nel Vuoto

La carica elettrica - Il Principio di Conservazione della Carica Elettrica- L'elettroscopio a foglie - 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 con densità di carica uniforme di volume (carica spaziale) - 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 - Il problema di Dirichlet-Neumann - 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

La polarizzazione di un dielettrico e la costante dielettrica - La suscettività dielettrica - La legge di Coulomb in un dielettrico omogeneo e isotropo - Cenni di Struttura della Materia (L'atomo, Stati quantici, Modelli semiclassici dell'atomo, Le molecole, Legami chimici, Il momento elettrico delle molecole) - Il campo elettrico in un dielettrico - Il vettore intensità di polarizzazione - Il vettore induzione dielettrica nella materia - Condizioni di continuità - Condensatori con dielettrici - Confronto fra campo elettrico nel vuoto e nei dielettrici omogenei - Misura della costante dielettrica - 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

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 il volume di un conduttore - I superconduttori (cenni) - Conduttori in serie e in parallelo - Il meccanismo della corrente elettrica dal punto di vista microscopico - Il "gas" di elettroni di conduzione, il legame metallico e la funzione di distribuzione di Fermi-Dirac - Forza elettromotrice - Effetto Joule - Leggi di Kirchhoff - Teoria dei Circuiti e loro analisi - Teoremi di Thevenin e Norton - Strumenti di misura - Misura della resistenza - Conduzioni non ohmiche (Il potenziale di estrazione degli elettroni, Gas di elettroni e distribuzione di Fermi-Dirac, Effetto termonionico, Effetto fotoelettrico, Effetto Volta, Effetti termoelettrici, Effetto Josephson, Semiconduttori, Diodi, Transistors, Celle fotovoltaiche) - Passaggio di elettricità nei liquidi (Elettrolisi, Pila, Accumulatore) - Passaggio di elettricità nei gas (Agenti ionizzanti, Scarica in un gas, il contatore Geiger).

Parte II

V. Il Campo Magnetostatico nel vuoto

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 - La bussola delle tangenti e gli strumenti ad ago mobile - Gli strumenti a bobina mobile.

VI. Le proprietà magnetiche della materia

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 - Condizioni di continuità - Legge di Curie-Weiss - Confronto fra le proprietà dei campi magnetostatici ed elettrostatici- Circuiti magnetici - Magneti permanenti.

 

Parte III

VII. Campi elettrici e magnetici lentamente variabili

Fenomeni periodici e cenni di Analisi di Fourier (con esercitazioni al computer) - 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 - Energia assorbita da un mezzo sottoposto ad un campo magnetico variabile - Le correnti alternate - Oscillazioni elettriche - Risonanza -Circuiti Selettivi e Fedeli - Circuiti Filtro - Circuiti in parallelo - L’ammettenza come funzione di risposta - Grandezze efficaci e formula di Galileo Ferraris - Trasformatore statico - Alternatori e dinamo - Motori elettrici sincroni ed asincroni - Correnti trifase - Il telefono - L’altoparlante.

VIII. Campi elettrici e magnetici rapidamente variabili.Onde elettromagnetiche

Corrente di spostamento - Le equazioni di Maxwell - Equazioni delle onde - Le onde piane - Impulso delle onde elettromagnetiche - Conservazione della energia e vettore di Poynting - Quantità di moto del campo elettromagnetico e tensore degli sforzi di Maxwell - Pressione di radiazione - Potenziali ritardati - Invarianza di gauge - Equazione delle onde inomogenea - Onde sferiche - Campo elettromagnetico di un dipolo oscillante - Formule di Lienard e Larmor - Cenni di Teoria della Relatività Ristretta (Trasformazioni di Galileo, Il principio di relatività e l'invarianza delle equazioni di Maxwell, Tempo proprio, Simultaneità di due eventi, Le trasformazioni di Lorentz, La legge di composizione delle velocità, Contrazione delle lunghezze e dilatazione del tempo) - Effetto Compton.

IX. Ottica

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 - La propagazione delle onde elettromagnetiche nei conduttori - L'emissione e l'assorbimento delle onde elettromagnetiche - Sorgenti Laser - Polarizzazione della luce - Interferenza - Formula di Brewster - Principio di Huyghens e formula di Kirchhoff - Diffrazione di Fraunhofer - Reticolo di diffrazione - Reticoli cristallini e diffrazione dei raggi X - Ottica geometrica (Sistemi ottici centrati, Punti cardinali, Lenti spesse e lenti sottili, Potere risolutivo e profondità di campo di uno strumento ottico) - Ottica dei corpi anisotropi (Ellissoide degli indici, Il prisma di Nicol, Birifrangenza, Potere rotatorio, Effetto Faraday).

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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.

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.

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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

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



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