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Alice RUINI
Professore Associato
Dipartimento di Scienze Fisiche, Informatiche e Matematiche sede ex-Fisica
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Insegnamento: Fisica II
Chimica (Offerta formativa 2024)
Obiettivi formativi
Fornire allo studente le conoscenze fondamentali di elettrostatica, elettrodinamica, magnetismo e onde elettromagnetiche, curando sia il punto di vista della base concettuale e formale, che gli aspetti di comprensione pratica che risultano fondamentali per la risoluzione di problemi/esercizi.
Prerequisiti
Conoscenze elementari di algebra, trigonometria, analisi funzionale.
Conoscenze fondamentali dal Corso di Fisica I, in particolare relativamente alla meccanica classica.
Programma del corso
PROGRAMMA (ARGOMENTI PRINCIPALI)
PARTE 1
Fenomeni elettrostatici, carica elettrica, forza di Coulomb, campo elettrico; lavoro elettrostatico ed energia potenziale elettrostatica; potenziale elettrostatico e superfici equipotenziali.
Teorema di Gauss e sua applicazione a distribuzioni di carica, conduttori in equilibrio. Capacità elettrica, e condensatori.
Energia e pressione del campo elettrostatico. Dipoli elettrici, molecole polari e loro proprietà.
Costante dielettrica, polarizzazione dei dielettrici. Dielettrici lineari, isotropi, anisotropi.
Meccanismi atomici e molecolari di polarizzazione, polarizzabilità. Forza elettromotrice, densità e intensità di corrente, legge di Ohm, resistenza elettrica, effetto Joule. Conduzione elettrica.
Leggi di Kirchhoff; circuiti RC.
PARTE 2
Fenomeni magnetici, dipoli magnetici e correnti elettriche. Forza di Lorentz, campo magnetico, forza magnetica su una corrente (seconda legge Laplace), momento della forza su un circuito chiuso e momento magnetico di una spira; selettore di velocità, spettrometro di massa, ciclotrone; effetto Hall. Campi magnetici generati da correnti (prima legge Laplace); forze tra correnti. Teorema di Ampere, solenoide, toroide. Teorema di Gauss per il campo magnetico. Proprietà magnetiche della materia: dipoli magnetici; magnetismo atomico; permeabilità magnetica, magnetizzazione; dia-, para- e ferro-magnetismo; ciclo di isteresi. Campi elettrici e magnetici variabili nel tempo. Legge di Faraday-Lenz, applicazioni. Induttanza e circuiti RL; energia magnetica; induzione mutua. Corrente di spostamento e legge di Ampere-Maxwell. Correnti alternate: circuito LC e RLC, oscillazioni elettriche libere (smorzate, forzate); risonanza.
PARTE 3
Equazioni di Maxwell; onde elettromagnetiche: propagazione, spettro e proprietà generali; polarizzazione; densità di energia elettromagnetica e impulso (pressione di radiazione); vettore di Poynting.
Metodi didattici
Lezioni partecipate per la presentazione degli argomenti previsti dal programma. Esempi ed esercizi numerici guidati.
Più in particolare, la didattica è basata, in via ordinaria, su lezioni frontali alla lavagna o tramite ausilio di lavagne virtuali (tablet), nelle quali la materia viene sviluppata con gli opportuni dettagli formali e debitamente commentata. Il corso prevede principalmente lezioni teoriche sugli argomenti descritti nella sezione "Contenuti del corso", ma anche esercitazioni dedicate alla soluzione di semplici problemi sugli stessi argomenti. Le domande e gli interventi degli studenti sono graditi e incoraggiati. La frequenza non è obbligatoria, ma fortemente consigliata. Il corso è erogato in lingua italiana. Tutte le informazioni tecniche e organizzative sull'insegnamento, nonché il materiale didattico, saranno caricati su piattaforma Dolly. Si invita lo studente ad iscriversi ed a consultare tale piattaforma con regolarità.
Testi di riferimento
P. Mazzoldi, M. Nigro e C. Voci, Elementi di Fisica, Elettromagnetismo e Onde. EdiSES s.r.l Napoli ISBN 081/7441705
D. Halliday, R. Resnick e K.S. Krane Fisica 2, Edizione Italiana Casa Editrice Ambrosiana, Milano
o testi equivalenti
Verifica dell'apprendimento
La verifica dell'apprendimento avverrà tramite un esame scritto finale strutturato in due parti e della durata di tre ore.
La prima parte mira a verificare sia la conoscenza che la comprensione degli argomenti previsti dal programma ed è strutturata in tre domande aperte (una sull'elettrostatica - parte 1 del programma -, una sul magnetismo - parte 2 del programma - e l'ultima sulle onde elettromagnetiche - parte 3 del programma-); ogni domanda è a sua volta sviluppata in 3-4 punti.
La seconda parte ha l'obiettivo di valutare la capacità di applicare conoscenza/comprensione a casi concreti di interesse tramite la risoluzione di tre problemi - ognuno dei quali sviluppato in più punti - riguardanti le tre parti del programma (elettrostatica, magnetismo e campi elettromagnetici dipendenti dal tempo).
La valutazione finale è ottenuta dalla media delle valutazioni della prima e della seconda parte (entrambe valutate in trentesimi, con 10 punti attribuiti ad ogni domanda/problema). In ogni caso l'esame complessivo è superato se la valutazione di ogni singola parte (e non solo la media) è sufficiente (cioè maggiore/uguale a 18/30).
E' inoltre possibile sostenere una prova orale a completamento dello scritto, che prevede la possibilità di correggere il voto dello scritto di -2/+4 punti.
Modalità per studenti lavoratori: gli studenti lavoratori che non possono frequentare le lezioni devono comunicarlo al docente e possono studiare gli argomenti sui libri di testo consigliati.
Risultati attesi
Conoscenza e capacità di comprensione:
Tramite le lezioni in aula e il materiale didattico fornito, lo studente avrà le conoscenze di base della teoria classica dell'elettromagnetismo.
Capacità di applicare conoscenze:
Tramite le esercitazioni numeriche effettuate in aula, al termine del corso lo studente sarà in grado di applicare le conoscenze nell’ambito dell’elettromagnetismo classico a problemi di fisica che coinvolgono i contenuti citati
Autonomia di giudizio:
Grazie alla trattazione critica degli argomenti del programma e alla varietà di esempi forniti, al termine del corso lo studente sarà in grado di riconoscere in modo autonomo gli approcci descrittivi e i modelli appropriati ai diversi tipi di problemi di elettromagnetismo.
Abilità comunicative:
Grazie alle discussioni in aula con il docente e alla preparazione dell’esame finale, al termine del corso lo studente sarà in grado di relazionare sugli argomenti presentati nel corso con un linguaggio scientifico formale appropriato.
Capacità di apprendimento:
La partecipazione alle lezioni di teoria e alle esercitazioni così come lo studio individuale permetteranno di acquisire gli strumenti metodologici indispensabili per potere autonomamente provvedere ad un adeguato aggiornamento ed approfondimento, che permetta allo studente di affrontare anche problemi nuovi e non solo esercizi di applicazione automatica di quanto studiato, quindi in particolare lo sviluppo di abilità di:
(i) apprendimento autonomo
(ii) approfondimento di argomenti collaterali a quelli presentati nel corso.