Politecnico di Bari - Ingegneria Elettrica
Prova scritta di Fisica Generale - Mod 2 e Fisica Sperimentale 19 Settembre 2016
Fisica Generale (Mod 2)
1. Un condensatore sferico C viene realizzato mediante due sfere conduttrici concentriche di raggi R1 = 2 cm ed R3 = 7 cm. Esso viene posto in serie con un condensatore di capacità C’ = 100 pF e collegato ad un generatore di f.e.m. ε = 200 V. Dopo aver disconnesso il generatore, l’intercapedine del condensatore sferico viene riempita fino al raggio R2 = 4 cm con un dielettrico di costante K = 3. Determinare:
a) la capacità del condensatore sferico prima e dopo l’introduzione del dielettrico;
b) la densità di carica sulle armature del condensatore sferico dopo l’introduzione del dielettrico e la carica di polarizzazione sulla superficie del dielettrico;
c) la variazione di energia elettrostatica del sistema formato dai due condensatori conseguente all’introduzione del dielettrico.
2. Un conduttore metallico di resistenza R = 5 Ω, piegato a U, presenta i tratti paralleli distanti b = 5 cm . Su di esso può spostarsi senza attrito un conduttore di resistenza trascurabile ortogonale ai tratti paralleli. Il conduttore viene mantenuto in moto secondo il verso positivo dell’asse x con velocità costante di modulo v = 10 cm/s e il dispositivo è immerso in un campo magnetico uniforme e costante, ortogonale al circuito ed uscente dal foglio, di modulo B = 0.2 T.
Calcolare (si trascuri l’autoinduzione del circuito):
a) il valore della corrente indotta nel circuito;
b) la forza che è necessario esercitare sulla sbarretta;
c) la potenza che occorre spendere per mantenere la sbarretta in moto.
3. Una resistenza R = 100 Ω è collegata in serie ad un induttore costituito da una bobina di lunghezza L = 0.5 m e sezione circolare di raggio r = 2 cm. Chiudendo il circuito su di un generatore di f.e.m. ε = 15 V, si osserva dopo un tempo t1 = 5 μs, una corrente di i1 = 70 mA. Determinare:
a) il coefficiente di autoinduzione del solenoide;
b) il campo magnetico all’istante t1 (assumendo la bobina un solenoide ideale);
c) l’energia immagazzinata nella bobina all’istante t1.
T1. Si determini il campo elettrico all’interno di un cilindro infinitamente lungo di materiale non conduttore avente densità di carica ρ.
T2. Si determini il campo magnetico all’interno di un solenoide ideale percorso dalla corrente i.
Fisica Sperimentale
1.Una cella solare di silicio (nSi= 3.5) è ricoperta da un sottile strato di monossido di silicio (nSiO= 1.45). Determinare lo spessore minimo dello strato in grado di produrre riflessione minima per una radiazione di lunghezza d'onda di λ0= 550 nm, cioè al centro dello spettro solare, che incide perpendicolarmente. Se l’intensità della radiazione iniziale è I0 = 10 W/m2, si calcoli l’intensità riflessa e trasmessa dal primo strato di monossido di silicio. Si calcoli inoltre l’intensità massima riflessa da tutta la struttura nel caso di riflessione massima.
2. In una figura di diffrazione la distanza fra il primo minimo di destra e il primo minimo di sinistra è di 5.2 mm. Lo schermo sul quale si forma la figura dista L = 80 cm dalla fenditura e la lunghezza d'onda della luce è λ= 546 nm.
Calcolare la larghezza della fenditura. Si calcoli inoltre l’intensità (I0/Imax) della radiazione sullo schermo in corrispondenza della posizione y = 1.2 mm.
3. Scrivere l'equazione di un'onda su una corda in moto lungo la direzione negativa dell'asse X e avente un'ampiezza di 0.010 m, una frequenza di 550 Hz e una velocità di 33 m/s. Si determini la fase sapendo che per x=0 m e t= 0 s l’ampiezza è massima. Quale è la potenza media trasmessa sulla corda sapendo che la tensione su di essa è pari a: 8.6 N?
T1) Si ricavi l’equazione dei campi E e B in un onda elettromagnetica stazionaria (si usi il formalismo delle onde armoniche).
T2) Descrivere il fenomeno della diffrazione da una singola fenditura.
