Anno: 2 Periodo: l Lezioni, esercitazioni, laboratori: 6+2+2 (ore settimanali) Docente: Laura Trossi (collab.: E. Tresso)
Scopo dei corsi di fisica è quello di dare una visione coerente ed unificata dei fenomeni fisici e dei metodi che ne permettono lo studio. Nella prima parte del corso vengono trattate le interazioni elettromagnetiche analizzate in termini di campi. Sono discusse le leggi fondamentali dell'elettromagnetismo (nel vuoto e nella materia) che si compendiano nelle equazioni di Maxwell. Particolare rilievo è dato allo studio dell'onda elettromagnetica, come estensione delle equazioni di Maxwell e dei fenomeni ondulatori, quali interferenza, diffrazione e polarizzazione. Viene fornita una breve introduzione alla meccanica quantistica, base per lo studio della struttura della materia. Sono analizzati i concetti base della termodinamica classica con alcuni cenni di termodinamica statistica.
REQUISITI
Conoscenza degli argomenti trattati nel corso di Fisica 1.
PROGRAMMA
Campo elettrostatico in un dielettrico[6 ore]
Trattazione macroscopica dei dielettrici isotropi. Trattazione microscopica: polarizzabilità elettronica di un gas. Polarizzabilità dei solidi: suscettività dielettrica come tensore.
Condizioni al contorno per i vettori campo elettrico e spostamento elettrico.
Correnti elettricheÙlregime stazionario[2 ore]
Legge di Ohm. Effetto Joule - Forza elettromotrice. Interpretazione microscopica della conduzione dei metalli.
Campo magnetico statico.[8ore]
La forza di Lorentz. Moto di cariche in campi magnetici. Ciclotrone, spettro metro di massa, effetto Hall, esperimento di Thomson. Forze magnetiche su correnti. - Galvanometro.
Campi magnetici generati da correnti stazionarie. Legge della circuitazione di Ampère.
- Proprietà magnetiche dei materiali.[4 ore]
Analogia tra dipoli elettrici e magnetici. Magnetizzazione. Descrizione macroscopica sostanze dia-para-ferromagnetiche.
Fenomeni ùuluttivi:[4 ore]
Legge di Faraday - Lenz - Henry. Betatrone. Principio di conservazione della carica. Equazione di Ampère - Maxwell. Autoinduzione - Energia campo magnetico (circuito RL).Oscillazioni libere. (circuito LC), oscillazioni (circuito RLC) libere e forzate. Reattanza e impedenza ricavate con metodo simbolico. Mutua induzione; Trasformatore.
Onde[2 ore]
Descrizione del moto ondulatorio, propagazione dell'onda in una corda.
Onde lettromagnetiche.[IOore]
Equazioni di Maxwell, onde elettromagnetiche. Energia, intensità quantità di moto dell'onda E.M. Teorema di Poynting. Velocità di gruppo- Effetto Doppler. Spettro elettromagnetico. La
luce. lnterazione onda Elettromagnetica con la materia. Spettro di corpo nero, ipotesi di Plank.Quantizzazione dell'energia elettromagnetica: l'effetto fotoelettrico. Aspetto corpuscolare della radiazione elettromagnetica: l'effetto Compton. Propagazione onde elettromagnetiche nella materia: dispersione (indice di rifrazione e costante dielettrica).
Ottica ondu.latoria.[8 ore]
Interferenza di onde prodotte da 2 sorgenti. Coerenza. Interferenza da N sorgenti coerenti, da lamine. Onde stazionarie. Diffrazione: fenomeni di Fraunhofer da una fenditura. Potere risolutore. Reticolo di diffrazione e calcolo del suo potere risolutore. Diffrazione da cristalli, di raggi X.Polarizzazione della luce. Sostanze dicroiche. angolo di Brewster, attività ottica.
Onda E.M. in mezzi anisotropi. Elissoide di Fresnel, lamina birifrangente.
- Struttura della materia.[IOore]
Proprietà ondulatorie della materia: diffrazione di elettroni. Relazione di de Broglie, Funzione d'onda. Equazione d'onda. Equazione di Schrodinger. Principio di indeterminazione di Heisenberg. Livelli energetici di una particella carica in un potenziale. "a scatola". Principio di funzionamento del laser.
Termodinamica [12 ore]
Definizione operativa di temperatura, termometro a gas. definizione quantità di calore, calorimetro di Bunsen. Trasformazioni termodinamiche., capacità termiche. Equivalente meccanico delle caloria. Lavoro- Calore. IOprincipio dellaT. Gas perfetti: equazione di stato, equazione isoterma e adiabatica. Teoria cinetica dei gas. 20 Principio Termodinamica. Ciclo di Carnol. Teorema di Carnol. Scala termodinamica della temperatura. Teorema di Clausius.
Entropia.
Termodinamica statistica[4 ore]
Entropia e Probabilità. Ripartizione statistica di Boltzmann. Distribuzione delle velocità.
Funzione di partizione.
LABORATORIO
I.Misura di resistenza con ponte di Wheatstone e di temperatura con sensore PTI 00;
2. studio delle oscillazioni forzate in un circuito RLC mediante uso di oscilloscopio e generatore di segnali, e simulazioni al calcolatore di transitori in circuiti RC e RLC;
3) misura di lunghezza d'onda della luce mediante reticolo di diffrazione e misura di indice di rifrazione mediante luce polarizzata e angolo di Brewster (con rivelatore a fotodiodo);
4. misura della diffusività termica di un provino metallico.
BIBLIOGRAFIA Testi di riferimento:
P. Mazzoldi, M. Nigro, C. Voci Fisica VoI. II.
P. Mazzoldi, M. Nigro, C. Voci Fisica termodinamica
M. Alonso, E.J.Finn, Elementi di fisica per l'università. VoI. Il, Masson, Milano.
Testi ausi liari:
R. Resnick, D. HallidaY,~is'al, Ed. Ambrosiana, Milano (per la parte di termodinamica) Halliday, Resnick, Krane Fisica!l, Ed. Ambrosiana, Milano
Amaldi, Bizzarri, Pizzel a, Fisica generale, Zanichelli.
ESAME
a) L'esame consta di una prova orale, che si svolge dopo che il docente ha acquisito vari elementi di giudizio sullo studente, fra cui l'esito di una prova scritta e le relazioni di laboratorio.
b) Lo scritto consta di norma di tre esercizi che ricoprono tutto l'arco della materia sviluppata nelle esercitazioni.
c) L'esame (orale) può essere sostenuto in qualunque appello a partire da quello in cui si è svolto lo scritto stesso, purchè entro l'anno solare. Superato tale tempo senza aver sostenuto l'orale con esito favorevole lo scritto deve essere comunque ripetuto.
d) La prova scritta rimane valida, nei limiti di tempo di cui al punto precedente, anche nel caso in cui la prova orale non venga superata.
e) Lo studente che intende sostenere l'orale deve prenotarsi facendo uso del calcolatore presso il Dipartimento di Fisica entro il giorno precedente quello dello scritto. Non occorre prenotarsi per lo scritto.
f) Lo statino deve essere presentato all' atto di sostenere l'esame orale.
81902 Fisica generale Il
Anno: 2 Periodo:I
Lezioni, esercitaz., laboratori: 6+2+2(ore settimanali); 70+20+20 (ore nell'intero periodo) Docente: Enrica Mezzetti
La prima parte del corso si propone di fornire agli studenti gli elementi di base necessari per la comprensione dell'elettromagnetismo nel vuoto e nella materia, della teoria delle onde elettromagnetiche e dell'ottica ondulatoria. La seconda parte è dedicata alla termodinamica classica con elementi di termodinamica statistica. Il corso termina con l'introduzione di alcuni principi fondamentali di fisica quantistica.
REQUISITI
Fisica l, Analisi l, Geometria
PROGRAMMA
Riferimenti al campo elettrostatico nel vuoto
Campo elettrostatico nei dielettrici: costante dielettrica relativa, polarizzazione, momento elettrico delle molecole, vettore intensità di polarizzazione e induzione dielettrica, polarizzabilità per deformazione e per orientamento
Corrente elettrica stazionaria: intensità e densità di corrente, equazione di continuità, legge di Ohm, legge di Joule, potenziale di estrazione, effetto termoionico ed effetti termoelettrici, effetto fotoelettrico
Campo magnetostatico nel vuoto: magneti e circuiti elettrici, formule di Laplace, forza di Lorentz, campo magnetico generato da una carica in moto, forze agenti tra circuiti, teorema della circuitazione, momento magnetico di un ago magnetico, teorema di equivalenza di Ampere
Campo magnetico nella materia: permeabilità magnetica relativa, sostanze diamagnetiche,paramagnetiche e ferromagnetiche; momento magnetico di un atomo, teorema di Larmor, polarizzazione per deformazione e per orientamento, vettore intensità di magnetizzazione, vettore campo magnetico
Campi elettrici e magnetici lentamente variabili nel tempo: correnti indotte e legge di Farady, autoinduzione, mutua induzione, energia del campo magnetico, oscillazioni elettriche Campi elettrici e magnetici rapidamente variabili nel tempo: correnti di spostamento,equazioni di Maxwell, onde elettromagnetiche piane, energie e impulso delle onde elettromagnetiche, vettore di Poynting
Ottica ondulatoria: velocità delle onde elettromagnetiche, costante dielettrica e indice di rifrazione, pacchetti d'onda e velocità di gruppo, emissione e assorbimento della luce, polarizzazione
Interferenza: sorgenti coerenti, specchi di Fresnel, distribuzione dell'intensità luminosa nel caso di fenditure rettangolari
Diffrazione: principio di Huyghens-Fresnel, diffrazione di Fraunhofer, reticolo di diffrazione Ottica dei corpi anisotropi: ellissoide degli indicie e cristalli monoassici, raggio ordinario e straordinario, prismi di Nicol, lamina a quarto d'onda
Termometria: definizione di temperatura, dilatazione termica, sistemi termodinamici,
variabili di stato, trasformazioni termodinamiche, equazioni di stato, teoria cinetica dei gas, distribuzione delle velocità, cammino libero medio
Calore e primo principio della termodinamica: capacità termiche e calori specifici, propagazione del calore per conduzione, convezione e irraggiamento, lavoro e calore nelle trasformazioni termodinamiche, principio di equivalenza di Mayer e primo principio della termodinamica, energia interna, applicazioni del primo principio ai gas perfetti
Secondo principio della termodinamica: motore termico e rendimento, ciclo di Carnot, postulati di kelvin-Plank e Clausius, teorema di Carnot, temperatura termodinamica, teorema di Clausius, entropia, equazione dell'energia interna e applicazione al caso di gas reali, interpretazione microscopica e statistica del secondo principio
Fisica quantistica: funzione d'onda, quantizzazione dell'energia e del momento angolare, applicazione a casi semplici
ESERCITAZIONI
Esercizi applicativi su argomenti del corso
LABORATORIO
Esercitazioni pratiche riguardanti l'uso di strumenti elettrici, misura di indici di rifrazione,determinazione di lunghezze d'onda col reticolo di diffrazione, misure di diffusività termÌche.
BIBLIOGRAFIA
E.Amaldi, R.Bizzarri, G.Pizzella - Fisica generale, elettromagnetismo, relatività, ollica-Zanichelli Editore, Bologna
G.Lovera, RMalvano, B.Minetti, A.Pasquarelli - Calore e termodinamica - Libreria Editrice Universitaria Levrotto&Bella, Torino
M. W. Zemansky, M. M. Abbott, H.C. Van Ness - Calore e termodinamica per ingegneri,-Zanichelli Editore, Bologna
ESAME
Prova scritta su argomenti svolti nel corso o in esercitazioni, prova orale