Corso di Fisica Generale 2  -  Diario delle lezioni

 
Data Ora Argomento
01/10 8.30÷10.30 Introduzione al corso e obiettivi, sviluppo storico dell'elettromagnetismo. Proprietà della carica elettrica, definizione operativa, unità di misura e principio di conservazione; isolanti e conduttori, metodi di elettrizzazione. La legge di Coloumb e la sua deduzione sperimentale. Confronto tra forza elettrostatica e forza gravitazionale, interazione di contatto e interazione a distanza. Il campo elettrico, principio di sovrapposizione.
05/10 8.30÷10.30 Richiami sul concetto di campo elettrico, distribuzioni continue di carica, densità di carica volumetrica, superficiale e lineare. Determinazione del campo elettrico di una bacchetta carica, di un anello carico e di un disco carico; campo elettrico di un piano indefinito. Rappresentazione del campo elettrico, le linee di forza, proprietà e regole di disegno. Flusso di un vettore.
08/10 8.30÷10.30 Richiami sui concetti di linee di forza e di flusso di un vettore. Dimostrazione analitica della legge di Gauss; relazione tra la legge di Coloumb e la legge di Gauss. Esempi di determinazione del campo elettrico di varie distribuzione di carica attraverso l'impiego delle legge di Gauss: campo elettrico prodotto da un guscio sferico, campo elettrico prodotto da una sfera carica, campo elettrico prodotto da una distribuzione carica a simmetria cilindrica, campo elettrico prodotto da un piano uniformemente carico. L'operatore differenziale vettoriale nabla, il gradiente, la divergenza, il rotore.
10/10 8.30÷10.30 Richiami su gli operatori differenziali vettoriali; enunciati del teorema della divergenza (Gauss) e del teorema del rotore (Stokes). Formulazione differenziale delle legge di Gauss, campi solenoidali. Generalità sui conduttori; proprietà dei conduttori in equilibrio elettrostatico, teorema di Coloumb. Conservatività del campo elettrostatico, differenza di potenziale e potenziale elettrico, l'elettronvolt. Campo elettrico uniforme e corrispondenti superfici equipotenziali, potenziale elettrico ed energia potenziale per cariche puntiformi. Potenziale elettrico dovuto a distribuzioni continue di carica.
12/10 8.30÷10.30 Richiami sul concetto di potenziale elettrostatico. Relazione tra campo elettrostatico e potenziale. Esempi, calcolo del potenziale di una bacchetta carica, calcolo del potenziale di un anello uniformemente carico, calcolo del potenziale di una sfera carica. Espressioni della conservatività del campo elettrostatico. Proprietà dei conduttori carichi isolati, rigidità elettrica, esempi. Sviluppo in serie di multipoli. Il dipolo elettrico, campo di un dipolo elettrico, esempi.
15/10 8.30÷10.30 Espressione asintotica del campo di un dipolo elettrico, esempi. Azione di un campo elettrico su un dipolo. Potenziale di un dipolo elettrico a grandi distanze, deduzione del campo elettrico a grandi distanze dall'espressione del potenziale, uso delle coordinate sferiche. Energia potenziale di un dipolo. Equazioni di Maxwell per il campo elettrostatico, equazione di Poisson, equazione di Laplace. Capacità elettrica e condensatori, cenni storici. Esempi di calcolo della capacità, capacità di un condensatore a facce piane e parallele, capacità di un condensatore cilindrico, limiti nelle determinazioni delle capacità dei condensatori piano e cilindrico, capacità di un condensatore sferico.
17/10 8.30÷10.30 Collegamenti tra condensatori, serie e parallelo. Energia immagazzinata in un condensatore, energia del campo elettrico. Dielettrici polari e apolari, esempi. Polarizzazione di un dielettrico, effetti macroscopici e microscopici della polarizzazione. La densità di carica di polarizzazione. Il vettore polarizzazione e il vettore spostamento elettrico. Suscettività dielettrica, tensore di polarizzabilità, costante dielettrica relativa, relazione tra i vettori polarizzazione, spostamento e campo elettrico.
19/10 8.30÷10.30 Esercitazione sul calcolo del campo elettrostatico e sull'applicazione della Legge di Gauss.
22/10 8.30÷11.00 Proprietà del vettore spostamento, la legge di Gauss nei dielettrici. Espressione puntuale della legge di Gauss nei dielettrici, origine della densità di carica di polarizzazione. Condizioni di raccordo all'interfaccia tra due dielettrici. Esercitazione sul calcolo del campo elettrostatico e sull'applicazione della Legge di Gauss.
24/10 8.30÷10.30 Esercitazione sull'applicazione della Legge di Gauss e sul calcolo del potenziale.
26/10 8.30÷10.30 Esercitazione sui condensatori nel vuoto e sull'elettrostatica nei mezzi materiali.
29/10 8.30÷11.00 Corrente elettrica e densità di corrente, cenni storici. Equazione di continuità, regime stazionario. Legge di Ohm, resistività. Determinazione della resistenza di un conduttore, esempi. Caratteristiche dei conduttori in regime stazionario, prima legge di Kirchhoff. Modello microscopico della conduzione elettrica, limiti del modello, cenni sulla descrizione dei materiali semiconduttori e sul fenomeno della superconduttività. Effetto Joule, legge di Joule puntuale.
31/10 8.30÷10.30 Forza elettromotrice, generatori, campo elettromotore, legge di Ohm generalizzata, seconda legge di Kirchhoff. Collegamenti tra resistori, serie e parallelo. Analisi delle reti elettriche, metodo delle maglie, teorema di Thévenin. Esempi.
05/11 8.30÷11.00 Generalità sui circuiti in regime quasi stazionario, esempio. Carica e scarica di un condensatore. Esercitazione sui circuiti in regime stazionario, il partitore di tensione, il teorema del massimo trasferimento di potenza.
12/11 8.30÷11.30 Esercitazione sui circuiti in regime stazionario e quasi-stazionario.
14/11 8.30÷10.30 Cenni storici sul magnetismo, l'esperienza di Ørsted. Il campo magnetico come mediatore dell'interazione tra correnti, la forza di Lorentz. Esempi, moto di una carica in un campo magnetico uniforme. Acceleratori di particelle, il ciclotrone, lo spettrometro di massa. 
16/11 8.30÷10.30 Effetto di un campo magnetico su una corrente. Esempio pratico di una spira quadrata, calcolo del momento di forze. Equivalenza tra spire ed aghi magnetici. La legge di Biot-Savart. Applicazioni pratiche. Campo magnetico prodotto da una carica in moto. Campo magnetico prodotto da un conduttore rettilineo filiforme percorso da corrente. Campo magnetico sull'asse di una spira circolare percorsa da corrente. La spira circolare come dipolo magnetico. Forza magnetica tra due conduttori paralleli, definizione dell'unità di misura della corrente, relazione con la costante μ0.
19/11 8.30÷11.30 Elettromagnetismo e sistemi di riferimento, origine di campi elettrici e magnetici in corrispondenza di cambiamenti di sistema di riferimento, contrazione delle lunghezze e dilatazione dei tempi come conseguenze dinamiche. Cenni sull'effetto Hall. Legge di Ampère e sua derivazione, applicazioni. Campo magnetico del solenoide, limite del solenoide ideale. Legge di Gauss per il magnetismo. Formulazione differenziale della legge di Ampère, limite di validità della legge di Ampère. Equazioni di Maxwell per il campo magnetico statico.
20/11 8.30÷10.30 Esercitazione sulla magnetostatica nel vuoto.
21/11 8.30÷10.30 Esercitazione sulla magnetostatica nel vuoto. Interpretazione ampèriana del magnetismo. Origine dei momenti magnetici atomici, momenti magnetici orbitali e momenti magnetici di spin. Magnetizzazione e correnti di magnetizzazione, densità lineare di corrente di magnetizzazione. Esempio.
23/11 8.30÷10.30 Il vettore H, relazione tra i vettori magnetizzazione, campo magnetico e H, suscettività magnetica e permeabilità magnetica; analogie con la descrizione dei materiali dielettrici. Teorema della circuitazione di Ampere per il campo H. Espressioni integrali e puntuali del teorema della circuitazione di Ampere per il campo H, origine delle densità di corrente di magnetizzazione. Sorgenti del campo H, poli magnetici. Confronto delle linee di forza di un solenoide, un magnete permanente e un dipolo elettrico. Classificazione dei materiali magnetici, sostanze diamagnetiche e paramagnetiche, legge di Curie. Materiali ferromagnetici, giustificazione energetica della struttura a domìni magnetici. Il fenomeno dell'isteresi magnetica, classificazione dei materiali magnetici in relazione alla forma del ciclo di isteresi. Esempio,
26/11 8.30÷11.30 Il fenomeno dell'induzione elettromagnetica, cenni storici, legge di Faraday-Henry, esempio, generazione di correnti sinusoidali. Legge di Lenz. Induzione di movimento, esempi. Convenzioni relative all'applicazione della legge di Faraday-Henry, esempi. L'autoinduzione, coefficiente di autoinduzione, esempi. Carica di una induttanza, le extracorrenti di chiusura e di apertura, esempi; scarica di una induttanza. Energia immagazzinata in una induttanza, energia del campo magnetico.
27/11 8.30÷11.30 Richiami sul fenomeno dell'induzione. Scarica di una induttanza. La mutua induzione, coefficiente di mutua induzione, esempi. Formulazione differenziale della legge di Faraday-Henry. Forze elettromotrici e campi elettrici. Limiti del teorema della circuitazione di Ampere, legge di Ampere-Maxwell, la corrente di spostamento, esempi. Le equazioni di Maxwell nel vuoto e nei mezzi materiali, formulazione originaria e formulazione moderna. Cenni sul potenziale vettore.
07/01 8.30÷11.30 Introduzione ai circuiti in regime sinusoidale, cenni storici. Circuito RLC, circuito LC, bilanci energetici nel circuito LC. Circuito RLC forzato a regime, metodo simbolico. Impedenza, legge di Ohm generalizzata ai circuiti eccitati sinusoidalmente.
08/01 8.30÷11.30 Esercitazione sull'induzione di movimento.
09/01 8.30÷11.30 Caratteristica delle componenti dell'impedenza, reattanze induttive e capacitive, fasori. Esempio di studio di una rete in regime sinusoidale. La rete RLC come circuito risonante, fattore di merito di un circuito risonante, extratensioni. Circuiti equivalenti dei componenti passivi. Applicazioni del fenomeno della risonanza.
10/01 8.30÷11.30 Determinazione della potenza nei circuiti in regime sinusoidale, esempi, potenza attiva, potenza reattiva e potenza apparente. Il trasformatore, caratteristiche costruttive e principio di funzionamento. La distribuzione dell'energia attraverso la corrente alternata.
17/01 8.30÷11.30 Esercitazione sull'induzione di movimento e sull'induzione dovuta a variazioni del campo magnetico.
21/01 8.30÷11.30 Equazione delle onde, onde progressive e onde regressive, fronte d'onda, esempi. Onde armoniche, relazione tra pulsazione e numero d'onda, velocità di fase, lunghezza d'onda. Le onde elettromagnetiche, deduzione dell'equazione delle onde dalle equazioni di Maxwell, polarizzazione, velocità delle onde elettromagnetiche, indice di rifrazione; propagazione in un mezzo materiale, impedenza caratteristica. Energia di un'onda elettromagnetica, vettore di Poynting, intensità di un'onda elettromagnetica.
22/01 8.30÷11.30 Esercitazione sull'induzione dovuta a variazioni del campo magnetico.
23/01 8.30÷11.30 Relazione tra il flusso di energia di un'onda elettromagnetica attraverso una superficie e la variazione della densità di energia all'interno della superficie, il teorema di Poynting. La generazione di onde elettromagnetiche, cenni storici, il dipolo oscillante, le antenne, lo spettro della radiazione elettromagnetica, cenni al meccanismo quantistico dell'interazione della radiazione con la mataria. Trasmissione di segnali, cenni alla velocità di gruppo, pacchetto d'onde, fenomeni dispersivi in mezzi materiali. Linee di trasmissione, circuito equivalente di un tratto infinitesimo di linea di trasmissione, equazioni dei telegrafisti, trasmissione di un'onda elettromagnetica in una linea di trasmissione.
25/01 8.30÷11.30 Esercitazione sui circuiti con autoinduttanze e mutue induttanze.