Dipartimento di Scienze Fisiche e Chimiche CORSO DI LAUREA IN FISICA
PROGRAMMA DEL CORSO DI “ELETTROMAGNETISMO”
Docente: Prof. Pasquale Carelli; CFU: 12
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Organizzazione delle lezioni
Gli argomenti dei 12 CFU sono svolti in otto ore settimanali.
Obiettivi
Fornire un’adeguata conoscenza delle leggi che descrivono i principali fenomeni dell’elettromagnetismo classico e gli strumenti per impostare e risolvere problemi sugli argomenti sviluppati.
Prerequisiti
Per un’adeguata comprensione degli argomenti trattati è necessario aver appreso i contenuti dei corsi di Matematica e Fisica precedenti e seguire con profitto quello di Analisi previsto nel semestre.
• In particolare è richiesta la conoscenza di: Calcolo vettoriale, calcolo differenziale ed integrale di una variabile. Elementi di calcolo differenziale per funzioni a più variabili. Equazioni differenziali lineari del primo e secondo ordine. Operatori vettoriali funzionali, gradiente divergenza e rotore.
• Leggi della dinamica classica, leggi di conservazione.
Programma sintetico
• Forza elettrica. Campo elettrostatico.
• Legge di Gauss.
• Lavoro elettrico. Potenziale elettrostatico.
• Conduttori in elettrostatica.
• Proprietà dei materiali dielettrici.
• Corrente elettrica.
• Forza magnetica. Campo magnetostatico.
• Campi elettrici e magnetici variabili nel tempo.
• Proprietà magnetiche della materia.
• Fenomeni ondulatori.
• Onde elettromagnetiche Programma dettagliato
• Processi di elettrizzazione. Legge di Coulomb, costante dielettrica del vuoto. Carica elettrica, quantizzazione, conservazione, unità di misura, neutralità della materia, corpi conduttori ed isolanti, sovrapposizione delle forze elettriche.
Concetto di campo. Campo elettrico. Campo Elettrico generato da una carica puntiforme. Rappresentazione mediante linee di campo. Espressione del campo in coordinate cartesiane, polari e cilindriche. Distribuzioni di cariche elettriche puntiformi, lineari, superficiali e di volume. Flusso di campi vettoriali attraverso superfici chiuse e aperte. Legge di Gauss in forma integrale, applicazione alle principali forme simmetriche, legge di Gauss in forma differenziale. Applicazione della legge di Gauss in forma locale.
Lavoro elettrico. Potenziale elettrostatico, unità di misura. Lavoro ed energia potenziale elettrostatica per cariche elettriche puntiformi. Conservatività del campo elettrostatico, l’operatore rotore. Superfici equipotenziali e linee di forza. Forza su cariche superficiali, pressione elettrica. Energia elettrostatica d’interazione fra sistemi di cariche. Il dipolo elettrico: campo e potenziale, azione esterna sui dipoli.
Equazioni di Maxwell per l’elettrostatica. Equazioni di Poisson e Laplace.
Conduttori in elettrostatica, capacità, teorema di Coulomb. Conduttore cavo: schermo elettrostatico. Condensatori, collegamento di condensatori, energia elettrostatica, pressione elettrostatica, metodo della carica immagine.
Dielettrici: costante dielettrica relativa. Polarizzazione. Campo elettrico in un dielettrico, il vettore induzione dielettrica. Equazioni dell’elettrostatica nei dielettrici. Cariche di polarizzazione. Discontinuità dei campi sulla superficie di separazione. Energia elettrostatica nei dielettrici. Corrente elettrica: conduzione, corrente, l’equazione di continuità e regime stazionario. Legge di Ohm in forma microscopica e macroscopica. Legge di Joule in forma macroscopica e microscopica, densità di potenza elettrica. Collegamento di resistenze. Forza elettromotrice: pile e generatori di forza elettromotrice. La legge di Ohm generalizzata. Le leggi di Kirchhoff per le reti elettriche. Uso del teorema di Thevenin. Carica e scarica dei condensatori
Magnetismo: la II equazione di Laplace, la forza di Lorentz, dinamica delle cariche nel campo magnetico, azione dl campo magnetico su spire, principio di equivalenza di Ampère, effetto Hall, flusso del campo magnetico, la divergenza di B. La I equazione di Laplace, legge di Biot-Savart, campo di un filo rettilineo, azioni tra circuiti percorsi da corrente. Legge di Ampère in forma differenziale. Campo di una spira e di un solenoide. Dipolo magnetico: campo ed azione su di esso del campo magnetico. Potenziale vettore.
Magnetismo della materia. Permeabilità e suscettività magnetica. Correnti di magnetizzazione. Equazioni della magnetostatica i campi H ed M. Discontinuità dei campi sulla superficie di separazione. Ferromagneti.
Campi elettrici e magnetici variabili nel tempo: legge di Faraday e sue applicazioni. Principio di conservazione dell’energia e legge di Lenz. Induttanza, energia magnetica, pressione magnetica, mutua induzione. Combinazioni di induttanze. Transitori induttivi. Corrente di spostamento e legge di Ampère-Maxwell.
Correnti alternate: circuiti in corrente alternata, impedenza, metodo simbolico, potenza, generatori di f.e.m alternata e motori.
Le onde: equazioni generali, onde elastiche, onde piane, analisi di Fourier, onde longitudinali e trasversali, polarizzazione. Le equazioni di Maxwell. Onde elettromagnetiche piane. Polarizzazione. Il vettore di Poynting: energia e pressione di radiazione. Onde sferiche. Sorgenti di onde e.m. Spettro delle onde e.m.. Onde elettromagnetiche nei mezzi. Velocità della luce.
Modalità di valutazione
Ogni appello d’esame consiste di una prova scritta ed una orale. L’esito della prova scritta è valido per l’intera sessione.
Durante lo svolgimento del corso sono previste prove scritte facoltative che se superate, esonerano da quella d’esame.
Possono usufruire delle prove d’esonero anche gli studenti non in corso. L’esonero è valido per tutti gli appelli che precedono l’inizio delle lezioni dell’anno accademico successivo.
Durante le prove scritte, d’esonero o d’esame, è possibile consultare solo un formulario e avere una calcolatrice.
Testo di riferimento
P. Mazzoldi – M. Nigro – C. Voci, FISICA Elettromagnetismo – Onde, Volume II, EdiSES.
Testi in rete
http://it.wikibooks.org/wiki/Fisica_classica
