Finalit?dell? insegnamento

Al termine del corso, lo studente acquisisce le conoscenze di base dell'elettromagnetismo e le conoscenze di alcuni aspetti dei fenomeni ondulatori e dell'ottica. Lo studente al termine del corso ?in grado di affrontare e risolvere problemi classici di elettricit?e magnetismo, di onde elastiche e ottica.

Programma del corso

Origine microscopica dei fenomeni elettrostatici.

Costituenti elementari stabili della materia, loro massa e carica elettrica. Quantizzazione della carica elettrica.?

Generalit?sul campo elettrostatico nel vuoto

La legge di Coulomb. Definizione di campo elettrico e suoi aspetti vettoriali: linee di forza, sorgenti del campo, legge di Gauss in forma differenziale. Il campo elettrico come campo conservativo: il potenziale elettrostatico, la circuitazione e il rotore. Densit?di energia elettrostatica associata al campo elettrico.

Effetti dinamici elementari di campi elettrostatici

Accelerazione di una carica puntiforme soggetta a campo elettrico; conservazione dell' energia . Dipolo elettrico, campo elettrico associato, momento di dipolo elettrico, momento torcente agente sul dipolo in un campo elettrico esterno, energia potenziale del dipolo in un campo elettrico esterno. L'approssimazione di dipolo.

Elettrostatica con conduttori

Conduttori ed isolanti. Campo elettrico all' interno di un conduttore. Induzione elettrostatica. Conduttori in equilibrio, conduttori cavi campo e? cariche sulla superficie del conduttore. Unicit?della soluzione dell'equazione di Laplace. Capacit?elettrostatica. Calcoli di capacit?? condensatore piano, cilindrico e sferico. Connessione in serie e parallelo dei condensatori. Schermo elettrostatico. Metodo delle immagini.

Energia elettrostatica

Energia di un sistema di cariche puntiformi e di una distribuzione continua di cariche. Energia elettrostatica immagazzinata in un condensatore carico. Localizzazione dell'energia nel campo elettrico.

Dielettrici

Il campo elettrico nei materiali, la costante dielettrica. La polarizzazione del dielettrico (uniforme e non uniforme). Equazione dell'elettrostatica nei dielettrici. Dielettrici isotropi e lineari. Dielettrici anisotropi. Discontinuit?dei campi sulle superfici di separazione tra due dielettrici. Campo elettrico all'interno di una cavit? Energia elettrostatica nei dielettrici.

Corrente elettrica

Conduzione e corrente elettrica. Definizione di intensit?di corrente ed unit?di misura. Vettore densit?di corrente. Legge di conservazione della carica: equazione di continuit? Le due leggi di Ohm: resistenza e resistivit? Effetto Joule. Resistenze in serie ed in parallelo. Forza elettromotrice. Leggi di Kirchoff per le reti elettriche. Circuiti RC: carica e scarica di un condensatore attraverso una resistenza.

Generalit?sul campo magnetico nel vuoto nel caso stazionario

L'interazione magnetica. Linee di forza del campo magnetico. Legge di Gauss per il campo magnetico. II Legge di Laplace: forza magnetica su un conduttore percorso da corrente. Forza magnetica su una carica in movimento. Momenti meccanici su circuiti piani. Effetto Hall. Vettore sull' asse di una spira percorsa da corrente, Momento di dipolo magnetico della spira. Energia potenziale della spira in un campo magnetico esterno. Equivalenza tra la spira percorsa da corrente ed un magnete permanente. Momenti di dipolo magnetico atomici e intrinseci. Non separabilit?dei poli magnetici.

?Campi magnetici stazionari generati da circuiti elementari

I Legge di Laplace o Biot-Savart: campo magnetico generato da una corrente. Calcoli di campi magnetici prodotti da circuiti elementari. Legge di Ampere. Campo magnetico in un solenoide indefinito. Flusso tra circuiti, autoflusso. Propriet?del campo magnetico nel vuoto. Potenziale vettore. Le trasformazioni dei campi elettrici e magnetici.

Propriet?magnetiche della materia

Magnetizzazione della materia. Permeabilit?magnetica e suscettivit?magnetica. Equazioni generali della magnetostatica. Il campo H. Discontinuit?dei campi sulla superficie di separazione tra due mezzi magnetizzati. Campi all'interno di una cavit? Diamagnetismo, paramagnetismo,? interpretazione microscopica. Ferromagnetismo, la curva di magnetizzazione, interpretazione del ferromagnetismo.

Campi magnetici ed elettrici variabili nel tempo

Induzione elettromagnetica e Legge di Faraday. Legge di Lenz e conservazione dell'energia. Origine fisica della forza elettromotrice indotta. Applicazioni della legge di Faraday. Induttanza e Autoinduzione. Circuiti oscillanti LC ed RL. Circuiti RLC. Energia magnetica. Induzione mutua. Corrente di spostamento e Legge di Ampere- Maxwell.

Le equazioni di Maxwell

Cenni sulle onde elettromagnetiche e sugli aspetti energetici del campo elettromagnetico. Il vettore di Poynting

Onde

Fenomeni ondulatori. Equazione delle onde. Interferenza e battimenti. Oscillazione forzata ed impedenza. Onde trasversali su una corda. Onde elastiche nei fluidi. Intensit?delle onde. Riflessione e trasmissione di onde elastiche. Onde stazionarie. Sviluppo in serie di Fourier di una funzione periodica. Analisi di Fourier di funzioni non periodiche: la trasformata di Fourier. Effetto Doppler per le onde elastiche. e per le onde elettromagnetiche. Propagazione di onde elettromagnetiche nei dielettrici. indice di rifrazione. Dispersione normale ed anomala. Riflessione e rifrazione delle onde elettromagnetiche. Relazioni di Fresnel per le ampiezze di onde polarizzate linearmente. Angolo di Brewster. Angolo critico e riflessione totale.

Interferenza e diffrazione

Il principio di Huyghens. Interferenza fra sorgenti coerenti. Diffrazione di Fraunhofer da una fenditura. Reticolo di diffrazione.

Polarizzazione

Polarizzazione rettilinea., circolare ed ellittica. Produzione di onde trasversali polarizzate. Cenni sull'ottica dei corpi anisotropi, birifrangenza, lamine di ritardo.

Ottica geometrica

Introduzione all'ottica geometrica. Equazione dell'iconale. Le leggi della riflessione e della rifrazione. Il principio di Fermat. Approssimazione dei raggi parassiali. Specchi, diottri e lenti.

Conoscenze richieste:

L'insegnamento presuppone acquisiti da parte dello studente gli elementi basilari della geometria e dell'analisi matematica (quali i processi di derivazione, di integrazione e di limite di funzioni di una o pi?variabili, integrali di volume e di superficie) e della meccanica classica (quali la dinamica del punto materiale e la dinamica dei sistemi, il lavoro e l'energia).

Metodo didattici:

Parte delle lezioni ?dedicata alla discussione dei principi fondamentali e delle leggi della fisica, con particolare accento al metodo sperimentale.

Ampio spazio ?inoltre dedicato alla discussione di quesiti ed alla risoluzione di esercizi di elettrostatica, magnetostatica, elettromagnetismo ed ottica.

Verifica:

L'esame consiste in pi?prove scritte ed orali. che potranno essere sostenute separatamente o contemporaneamente.

Testi consigliati

P. Mazzoldi, M. Nigro, C. Voci, Fisica Vol. 2, Elettromagnetismo - Onde, EdiSES

S. Focardi, I. Massa, A. Uguzzoni, Fisica Generale - Elettromagnetismo, Casa Editrice Ambrosiana

A. Bertin, N. Semprini Cesari, A. Vitale, A. Zoccoli, Lezioni di Elettromagnetismo, Esculapio Editore (Progetto Leonardo), Bologna.