Anno: 2 Periodo: I Lezioni, esercitazioni, laboratori: 6+2+2(ore settimanali) Docente: Piera Taverna Valabrega (collab.: C. Castagno)
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 di Fisica2 vengono trattati 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 delle onde elettromagnetiche, come estensione delle equazioni di Maxwell e dei fenomeni ondulatori, quali interferenza, diffrazione e polarizzazione. Nella seconda parte del corso viene fornita una breve introdu-zione alla meccanica quantistica, base per lo studio della struttura della materia. Nell'ultima parte vengono analizzati i concetti base della termodinamica classica con alcuni cenni di ter-modinamica statistica.
PROGRAMMA
Elettrostatica nel vuotoenella materia Isolanti e conduttori, costante dielettrica. [6 ore]
Corrente, resistenza, forza elettromotrice
Corrente elettrica, resistenza, densità di corrente, resistività. Conduttori ohmici, legge di Ohm. Interpretazione microscopica della legge di Ohm (cenni). Generatori ideali e reali di tensione. Generatore di van de Graaf. Bilancio energetico nei circuiti. Circuito Re. Misura di resistenze (laboratorio). [6 ore]
Campo magnetico
Forze magnetiche su cariche in moto e su correnti. Definizione del vettore B. Effetto Hall.
Forze magnetiche sui circuiti, momento di dipolo magnetico. Moto di cariche in campo ma-gnetico. Ciclotrone. [4 ore]
Legge di Ampère: campo magnetico di circuiti percorsi da corrente. Dipoli elettrici e magne-tici: analogie, differenze. Forze fra conduttori. Definizionedell'ampere. [4 ore]
Legge di Faraday: FEM indotta da campi magnetici variabili nel tempo. Considerazioni energetiche. Calcolo del campo elettrico indotto da campi magnetici variabili. Betatrone.
Auto- e mutua induzione. Autoinduttanza di avvolgimenti toroidali e solenoidali. Circuito LR. Energia del campo magnetico. Circuiti LC ed RLC: analogie meccaniche, considera-zioni energetiche, risonanza (laboratorio). Corrente di spostamento ed equaconsidera-zioni di Maxwell.
[6 ore]
Proprietà magnetiche dei materiali
Magneti permanenti, correnti di magnetizzazione. Sostanze dia-, para-, ferro-magnetiche.
Legge di Curie. Legge di Gauss per il magnetismo. Vettore H. Legge di Ampère in presen-za di mezzi materiali. Risonanpresen-za magnetica nucleare. [4 ore]
Onde elettromagnetiche
Equazioni di Maxwell in forma integrale e differenziale. Equazione dell'onda elettro-magnetica. Onda piana: relazioni fra i vettoriE,B, H. Energia dell'onda e vettore di Poyn-tingo Quantità di moto dell'onda, pressione di radiazione. Antenne a dipolo elettrico (trasmittenti e riceventi). Lo spettro elettromagnetico. Luce. [8 ore]
Onde elettromagnetiche luminose
Riflessione e rifrazione: relazioni di Fresnel. Dispersione della luce principio di Huygens.
Superfici d'onda e raggi. [2 ore]
Interferenza: esperimento di Young; coerenza, tempo di coerenza. Pellicole sottili, rivesti-menti antiriflettenti. Diffrazione: fenomeni di Fresnel e Fraunhofer. Potere separatore degli strumenti ottici (macchina fotografica, occhio umano, telescopio). Interferenza con più sor-genti. Reticoli di diffrazione. Diffrazione dei raggi X, legge di Bragg. [IO ore]
Polarizzazione della luce mediante riflessione, dicroismo, doppia rifrazione e diffusione. Mi-sure in luce polarizzata (laboratorio). [4 ore]
Interazione radiazione elettromagnetica con la materia
Descrizione effetto fotoelettrico ed effetto Compton: onde e corpuscoli. Relazioni energia -frequenza ed impulso. Vettore d'onda. Quantizzazione livelli energetici. Emissione della luce spontanea e indotta: laser. [4 ore]
Tel.'lperaturaecalore
Equilibrio termico, principio zero. Temperatura, termometro a gas rarefatto. Punti fissi, punto triplo. Quantità di calore, calori specifici, legge di Dulong e Petit. Equivalente mec-canico della caloria. Primo principio. Conduzione del calore in regime stazionario e non.
Misura della diffusità termica (laboratorio). [4 ore]
Teoria cinetica
Gas perfetto: definizioni macroscopica e microscopica. Calcolo della pressione. Inter-pretazione cinetica della temperatura. Equazione dell'adiabatica reversibile. Principio di equipartizione dell'energia, calori specìfici di gas e solidi. [4 ore]
Secondo principio della termodinamica
Processi reversibili ed irreversibili. Ciclo di Camot per il gas perfetto. Macchine termiche e frigorifere. Teorema di Carnot. Secondo principio. Scala termodinamica assoluta delle tem-perature. Entropia: definizione, calcolo. Entropia e secondo principio, aumento di entropia nei processi naturali. Principali trasformazioni irreversibili, espansione senza lavoro esterno.
Elementi di meccanica statistica e interpretazione statistica dell'entropia. [6 ore]
Meccanica quantistica
Cenni di meccanica quantistica e calori specifici alle basse temperature. [4 ore]
LABORATORIO
1. Misura di resistenza mediante ponte di Wheastone e misura di temperatura con sen-sore PTIOO.
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, uso di pola-rizzatori, verifica della legge di Malus, misura dell'angolo di Brewster con sensore a fo-todiodo.
4. Misura della diffusività termica di un provino metallico.
BIBLIOGRAFIA Testi di riferimento:
B. Minetti, A. Pasquarelli,Caloreetermodinamica,Levrotto& Bella, Torino.
U. Amaldi, Bizzarri, Fisicagenerale. Elettromagnetismo, relatività, ottica,Zanichelli.
Testi ausiliari:
A.Tartaglia,Esercizi svolti di elettromagnetismo e ottica, Levrotto& Bella, Torino.
P. Mazzoldi, N. Nigra,C.Voci,Fisica. Val. 2. EDJSES, Napoli.
ESAME
L'esame consta di una prova scritta seguita da una prova orale, entrambe da effettuarsi nella stessa sessione, non necessariamente nello stesso appello. Lo scritto ha la durata di 2 ore, e consiste in una serie di problemi e/o quesiti sugli argomenti trattati nel corso e sulle esperien-ze di laboratorio. Il massimo voto ottenibile dall'esame è condizionato dal voto dello scritto.
lipeso massimo che la prova scritta può avere sulla valutazione finale è di 50/1 00.
Alla fine del primo semestre gli studenti possono sostenere una prova scritta comprendente problemi e/o quesiti. Questa prova scritta, se superata con almeno 15/30, dà diritto agli stu-denti a essere esonerati dallo scritto d'esame per l'intero AA.