Obiettivi formativi
Conoscenze e capacità di comprendere:
Alla fine del percorso dell’insegnamento lo studente dovrà conoscere i fenomeni fondamentali dell'elettromagnetismo classico e le leggi che li governano. Dovrà, inoltre, essere in grado di risolvere problemi relativi agli argomenti trattati in teoria.
Competenze:
Lo studente dovrà essere in grado di analizzare i fenomeni elettromagnetici e di interpretarli sulla base di una formulazione matematica delle leggi fisiche.
Autonomia di giudizio:
Alla fine del corso, lo studente dovrà possedere gli strumenti per comprendere i fenomeni fisici di natura elettromagnetica.
Capacità comunicative:
Lo studente dovrà possedere l’abilità di esporre in maniera chiara i concetti di base dell'elettromagnetismo e le loro conseguenze sui fenomeni osservabili.
Prerequisiti
È richiesta una conoscenza adeguata della meccanica del punto materiale oggetto del corso di Fisica Generale 1. La conoscenza della cinematica e delle proprietà generali dei fenomeni ondulatori è anch'essa desiderabile, quantunque la propagazione delle onde venga richiamata nel corso stesso.
Contenuti dell'insegnamento
Il programma del corso copre i fondamenti di elettrostatica, magnetostatica e elettrodinamica nel vuoto, fino alle onde elettromagnetiche. Nell'esposizione della materia, il formalismo matematico è mantenuto al livello più elementare possibile, compatibilmente con una trattazione ragionevolmente completa, privilegiando piuttosto l'intuizione del significato fisico. Viene pertanto seguita coerentemente la formulazione integrale delle equazioni di Maxwell, derivando da essa, laddove necessario le corrispondenti equazioni differenziali (ad esempio nella derivazione delle onde). Le lezioni frontali di teoria sono accompagnate da un congruo numero di esercitazioni volte alla soluzione di problemi.
Programma esteso
Forza elettrostatica: legge di Coulomb. Il campo elettrico. Flusso e circuitazione di un campo vettoriale. Legge di Gauss per campo elettrico. Carattere conservativo del campo elettrostatico: potenziale elettrico. Dipolo elettrico e approssimazione di dipolo. Elettrostatica dei conduttori. Capacità elettrica e condensatori, sistemi di condensatori. Densità di energia del campo elettrico. Materiali dielettrici: polarizzazione e costante dielettrica; origine microscopica della polarizzazione dielettrica. Corrente elettrica ed equazione di continuità per la carica; corrente stazionaria. Leggi di Ohm e resistenza elettrica. Reti di resistori, resistenza equivalente. Circuiti in corrente continua: leggi di Kirchhoff. Definizione di campo magnetico: forza di Lorentz. Moto di cariche in campi magnetici. Forza magnetica su un filo rettilineo percorso da corrente. Magnetostatica nel vuoto: legge di Biot-Savart, legge di Ampere, legge di Gauss per il campo magnetico. Dipolo magnetico, analogia con il corrispettivo elettrico. Magnetostatica nella materia: magnetizzazione, cenni a modelli microscopici per il momento magnetico della materia. Classificazione dei materiali magnetici: diamagnetismo, paramagnetismo e ferromagnetismo. Induzione elettromagnetica: legge di Faraday-Lenz e sue applicazioni, casi riconducibili al moto e alla forza di Lorentz. F.e.m. indotta da campi magnetici variabili: coefficienti di auto- e mutua induzione, trasformatori. Densità di energia del campo magnetico. Oscillatore LC. Corrente alternata: rappresentazione fasoriale di tensione e corrente, impedenza di un circuito; circuiti RC, RL, RLC. Campi elettrici variabili: corrente di spostamento, legge di Ampere-Maxwell. Richiami di cinematica delle onde, equazione delle onde in una dimensione. Le equazioni di Maxwell nel vuoto. Soluzioni di tipo onda piana dalle equazioni di Maxwell. Intensità e quantità di moto delle onde elettromagnetiche, vettore di Poynting. Spettro elettromagnetico.
Bibliografia
D. Halliday, R. Resnick, J. Walker, Fondamenti di fisica (Elettromagnetismo - Ottica) 7a edizione, Casa Editrice Ambrosiana, Milano, 2015.
Altri testi:
G. Cantatore, L. Vitale, Gettys Fisica 2 (Elettromagnetismo-Onde). McGraw-Hill Libri Italia, Milano, 2011.
Metodi didattici
Proiezione di slides ed esercizi svolti alla lavagna.
Modalità verifica apprendimento
La verifica dell’apprendimento è basata su una prova scritta consistente nella soluzione di esercizi e su un esame orale finale, a cui accede chi ha riportato nello scritto una votazione di almeno 13/30. Viene inoltre concessa l'opportunità di svolgere, in alternativa all'unica prova scritta, due prove parziali durante lo svolgimento del corso. Il buon esito delle prove parziali (almeno 13/30 in entrambe) consente l'accesso all'esame orale per l'intero anno solare. Qualora nelle prove parziali si sia riportata una votazione media di almeno 22/30, è inoltre offerta allo studente la verbalizzazione diretta del voto medio delle prove, fermo restando la possibilità di migliorare il voto stesso sostenendo comunque l'esame orale.
Altre informazioni
È vivamente consigliata la frequenza del corso.
Obiettivi agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
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