Sezione D – Fenomeni magnetici ed elettrici 1. Il magnetismo
Magneti: proprietà, poli, inseparabilità dei poli; coppia di forze, momento torcente Differenze e analogie tra effetti magnetici ed elettrici
Campo magnetico e linee di forza: campo magnetico uniforme, campo generato da un filo e da un solenoide Campo magnetico terrestre (declinazione, inclinazione magnetica, poli N e S magnetici, N e S geografici, origine del geomagnetismo)
Forza di interazione tra due fili paralleli percorsi da corrente (legge di Ampere), definizione di ampere Permeabilità magnetica nel vuoto
Equivalenza fra una spira percorsa da corrente e un magnete Esperimento di Oersted
Forza che un campo magnetico uniforme esercita su filo rettilineo percorso da corrente (direzione, verso, modulo), il tesla
Induzione magnetica generata da filo rettilineo (legge di Biot-Savart), da una spira circolare (sul suo asse e nel centro) e da un solenoide percorsi da corrente (linee di forza, direzione, verso e modulo)
Il flusso del campo magnetico attraverso una superficie chiusa: teorema di Gauss per il magnetismo La circuitazione del campo magnetico lungo una linea chiusa: teorema di Ampere
La forza magnetica su una carica in movimento: la forza di Lorentz
Moto di una carica elettrica immessa in un campo magnetico uniforme con velocità perpendicolare ad esso (moto circolare uniforme accelerazione centripeta, raggio della traiettoria, frequenza, periodo) e con velocità avente componente non nulla nella direzione di B (moto elicoidale)
Le aurore boreali
Lo spettrografo di massa. L‟effetto Hall. Gli acceleratori di particelle (LINAC e cenni al ciclotrone e sincrotrone)
Momento magnetico di una spira
Spira percorsa da corrente posta in un campo magnetico uniforme: momento torcente Il motore elettrico
Sostanze e permeabilità magnetica relativa (diamagnetiche, paramagnetiche, ferromagnetiche)
Momento magnetico atomico e molecolare (momento magnetico orbitale dell‟elettrone, momento angolare/spin)
Effetti prodotti da un campo magnetico sulla materia: polarizzazione per deformazione (precessione di Larmor), polarizzazione per orientamento, domini ferromagnetici di Weiss -Sostanze diamagnetiche/paramagnetiche: correnti microscopiche di Ampere, correnti di magnetizzazione/di conduzione, intensità magnetica/intensità di magnetizzazione, relazione tra B e H
ALLEGATO al Documento del Consiglio di classe – V ASA Liceo Scientifico – scienze applicate – a.s. 2016/2017 Sostanze ferromagnetiche: temperatura di Curie, ciclo di isteresi magnetica, curva di prima magnetizzazione, magnetismo residuo, campo coercitivo, magneti permanenti/temporanei, area del ciclo
Sezione E – L’elettromagnetismo 2. L’induzione elettromagnetica Esperimenti di Faraday e corrente indotta
Induzione elettromagnetica e variazioni del flusso del campo magnetico: esempi Legge di Faraday Neumann e la forza elettromotrice indotta. Legge di Lenz Le correnti parassite di Foucault
Alternatore: principio di funzionamento di un modello semplice Mutua induzione: flusso autoconcatenato e coefficiente M Gli induttori: simbolo ed esempi
Autoinduzione elettromagnetica: coefficiente di autoinduzione L
I circuiti RL: extracorrente di apertura ed extracorrente di chiusura del circuito (espressione della corrente al variare del tempo, costante di tempo)
Energia immagazzinata in un induttore. Densità del campo magnetico
Circuiti in corrente alternata: andamento della corrente e della f.e.m. al variare del tempo, corrente efficace e corrente massima, potenza assorbita per effetto Joule, potenza media
Trasporto dell‟energia elettrica. Circuiti domestici e sicurezza (interruttore differenziale) Trasformatori: avvolgimento primario e secondario, rapporto di trasformazione
3. Le onde elettromagnetiche
Variazione del campo magnetico nel tempo e conseguente produzione di un campo elettrico indotto: linee di forza
Variazione del campo elettrico nel tempo e conseguente produzione di un campo magnetico indotto: linee di forza
Campo elettromagnetico: propagazione e velocità di propagazione nel vuoto e non
Esperimento di Hertz: oscillatore e rivelatore, conferma sperimentale dell‟esistenza delle onde elettromagnetiche
Nuova formulazione della legge di Faraday-Neumann (verso la IV equazione di Maxwell) Non conservatività del campo elettrico indotto
Corrente di spostamento e nuova formulazione del teorema della circuitazione Quattro equazioni di Maxwell
Onde elettromagnetiche armoniche: valori di E e B, lunghezza d‟onda e frequenza, densità di energia associata all‟onda elettromagnetica
Produzione di onde elettromagnetiche: circuiti oscillanti LC (confronto con massa agganciata a molla) e dipolo oscillante/antenne
ALLEGATO al Documento del Consiglio di classe – V ASA Liceo Scientifico – scienze applicate – a.s. 2016/2017 Spettro elettromagnetico
Caratteristiche di onde radio, microonde, radiazione infrarossa, radiazione ultravioletta, raggi X e raggi gamma
Sezione F – La relatività
4. Lo spazio-tempo relativistico di Einstein La storia del‟etere: da Aristotele a Maxwell
Alla ricerca dell‟etere: esperimento di Michelson e Morley, interferometro Le trasformazioni di Lorentz, trasformazioni di Galileo e Lorentz a confronto Due postulati di Einstein della relatività ristretta
Composizione relativistica delle velocità: dimostrazione, due casi limite
Spazio-tempo secondo Minkowski: cronotopo e punto universo, intervallo spazio-temporale e sua invarianza Concetto di simultaneità: eventi che accadono nello stesso luogo e in luoghi diversi, sincronizzazione degli orologi, relatività della simultaneità
Dilatazione dei tempi: dimostrazione, Gedanken Experiment, tempo proprio, simmetria relativistica, paradosso dei gemelli, prove sperimentali
Contrazione delle lunghezze: dimostrazione, lunghezza propria 5. La massa-energia relativistica e la relatività generale La massa relativistica in funzione della velocità
La quantità di moto relativistica e la legge fondamentale della dinamica relativistica
L‟energia cinetica relativistica e confronto con quella classica. Energia a riposo e totale (relazione fra massa, energia e velocità) con dimostrazione
Invariante energia-quantità di moto
Equivalenza massa-energia e sua conservazione Relatività generale
Principio di equivalenza (Gedanken Experiment dell‟ascensore) e principio di relatività generale Lo spazio curvo e le geodetiche. Modello bidimensionale di spazio-tempo
Verifiche sperimentali della relatività generale: le orbite di Mercurio, la deflessione della luce da parte del Sole, lo spostamento verso il rosso, il rallentamento gravitazionale degli orologi, le onde gravitazionali, i buchi neri
Sezione G – Fisica quantistica
6. Le origini della fisica dei quanti La fisica ai primi del Novecento
Carica specifica dell‟elettrone: esperimento di Thomson (1897)
Il corpo nero: spettro di emissione, legge di Wien, interpretazione secondo la fisica classica (Rayleigh e Jeans -catastrofe ultravioletta), interpretazione di Plack (1900)
ALLEGATO al Documento del Consiglio di classe – V ASA Liceo Scientifico – scienze applicate – a.s. 2016/2017 Effetto fotoelettrico: interpretazione secondo la fisica classica e spiegazione di Einstein (1905), leggi dell‟effetto fotoelettrico (corrente di saturazione, potenziale di arresto, energia cinetica massima)
Effetto Compton: difficoltà di interpretazione secondo la fisica classica, spostamento della lunghezza d‟onda, osservazioni (1922)
Spettroscopia: metodo di indagine spettroscopica, tipologia di spettro: continuo, a righe, a bande, spettro di emissione e spettro di assorbimento, spettro solare (righe di Fraunhofer)
Modelli atomici: modello a panettone di Thomson e suoi limiti, modello planetario di Rutherford e suoi limiti, modello di Bohr (due ipotesi)
Atomo di idrogeno: spettro (serie di Balmer), energia totale del sistema atomico, quantizzazione del momento angolare, raggio di Bohr e raggio delle orbite possibili, energia del livello fondamentale ed energia dei livelli eccitati
Dal modello di Bohr alla serie di righe nell‟atomo di idrogeno
Esperimento di Franck e Hertz (1914) e conferma della quantizzazione dell‟energia negli atomi di materia 7. La meccanica quantistica del’atomo
La lunghezza d‟onda di de Broglie. Diffrazione dei raggi X. La doppia personalità della luce e della materia Principio di complementarità di Bohr
Particella quantistica di de Broglie. Le onde di de Broglie e il modello atomico Il principio di corrispondenza
La meccanica ondulatoria di Schrödinger: funzione d‟onda e densità di probabilità, il collasso della funzione d‟onda
Orbita e orbitale. Il paradossale dilemma del gatto di Schrödinger
Il principio di indeterminazione di Heisenberg: grandezze coniugate e loro indeterminazione simultanea La meccanica delle matrici di Heisenberg
Esperimenti in laboratorio:
8. Circuiti elettrici: uso di generatore, cavi elettrici, resistenze (ceramiche) e multimetro
9. Linee di forza del campo magnetico, esperimento di Oersted, bilancia di Faraday, induzione elettromagnetica, correnti parassite (pendolo di Waltenhofen)
10. Esperimenti vari con i trasformatori
ALLEGATO al Documento del Consiglio di classe – V ASA Liceo Scientifico – scienze applicate – a.s. 2016/2017