Fisica Sperimentale II 2017/2018

FISICA GENERALE II

CdL in Scienza dei Materiali – a.a. 2017/2018

Prof. Roberto Francini

Programma del corso:

-          Proprietà generali delle cariche elettriche

-          Cariche puntiformi e distribuzioni continue di cariche

-          Concetto di media macroscopica

-          Espressione generale della forza elettromagnetica su di una carica puntiforme

-          Modulo della Forza di Coulomb

-          Forma vettoriale della Forza di Coulomb

-          Principio di sovrapposizione

-          Lavoro della Forza di Coulomb

-          Lavoro della forza di Coulomb

-          La forza di Coulomb è conservativa

-          Lavoro per costruire una configurazione di N cariche

-          Energia potenziale elettrostatica

-          Definizione di campo elettrostatico

o   Per una carica puntiforme

o   Per un sistema di N cariche

o   Per una distribuzione continua di carica

-          Cenni al concetto di campo scalare e vettoriale

-          Linee di forza del campo elettrostatico

-          Legge di Gauss (prima equazione di Maxwell)

o   In forma integrale

o   In forma locale

-          Divergenza in coordinate cartesiane

-          Applicazioni della Legge di Gauss a distribuzioni di carica ad alta simmetria

o   Sfera cava

o   Sfera piena (distribuzione continua uniforme di carica)

o   Filo indefinito

-          Potenziale elettrostatico

-          Espressione generale del potenziale elettrostatico di una distribuzione continua di carica

-          Superfici equipotenziali

-          Campo elettrostatico come gradiente del potenziale

-          Equazioni di Poisson e di Laplace per il potenziale elettrostatico

o   Calcolo del campo elettrostatico di un piano indefinito carico

o   Coppia di piani paralleli

o   Discontinuità del campo elettrico attraverso una superficie carica

o   Calcolo del campo elettrostatico sull’asse di un disco carico

o   Calcolo del potenziale sull’asse di un anello carico

-          Riepilogo delle equazioni di Maxwell per l’elettrostatica, in forma locale e integrale

-          Soluzione generale della equazione di Poisson per il potenziale elettrostatico

-          Unicità della soluzione

-          Campi elettrici e potenziali nei materiali conduttori all’equilibrio elettrostatico

-          Campo elettrico alla superficie del conduttore

-          Gabbia di Faraday

-          Concetto di massa, o messa a terra

-          Potere disperdente delle punte, modello a due sfere.

-          Sistemi di conduttori in induzione totale

-          Definizione di capacità

-          Capacità di un singolo conduttore

-          Condensatori

o   Sferico

o   A facce piane e parallele

-          Energia immagazzinata nel condensatore carico

-          Energia potenziale contenuta nel campo elettrico: densità di volume di energia del campo elettrico

-          Energia potenziale di un guscio sferico carico

-          Calcolo dell’energia potenziale elettrostatica:

o   Sfera cava (calcolo diretto)

o   Sfera piena. Calcolo a partire dalla densità di volume dell’energia del campo elettrico.

-          Potenziale elettrostatico di una distribuzione di carica a “grandi” distanze.

o   Sviluppo in serie di multipoli del potenziale

-          Momento di dipolo elettrico di una distribuzione finita di carica

-          Baricentro delle cariche

-          Momenti di dipolo elettrico molecolari

-          Dipoli elettrici immersi in un campo elettrico:

o   Momento torcente agente sul dipolo

o   Energia potenziale elettrostatica del sistema dipolo-campo

o   Lavoro per ruotare il dipolo nel campo

-          Calcolo della forza tra le armature di un condensatore mediante il principio dei lavori virtuali, nei due casi Q = costante e V = costante:

o   Lavoro del generatore di tensione.

-          Conduttori non all’equilibrio elettrostatico: corrente elettrica

-          Legge di Ohm macroscopica

-          Resistenza elettrica

o   Resistività (e conducibilità)

-          Dissipazione di energia (conduttori reali) in un circuito resistivo: potenza istantanea dissipata e effetto Joule

-          Processo di scarica di un condensatore

o   Equazione differenziale della scarica

o   Costante di tempo RC

-          Vettore densità di corrente

-          Velocità vettoriale media dei portatori di carica

-          Energia cinetica media e velocità scalare dei portatori di carica a temperatura ambiente

-          Corrente elettrica come flusso del vettore densità di corrente

-          Divergenza del vettore densità di corrente in regime stazionario

-          Legge di Ohm microscopica, o locale

-          Divergenza del vettore densità di corrente in regime non stazionario

-          Equazione di continuità e conservazione della carica

-          Modello di Drude per la conducibilità elettrica nei metalli

-          Tempo di rilassamento

-          Velocità di deriva dei portatori di carica

-          Campi elettrici nei materiali isolanti

-          Costante dielettrica relativa

-          Momenti di dipolo elettrico atomici o molecolari indotti

o   Polarizzabilità elettronica

-          Vettore densità di polarizzazione

o   Densità di carica superficiale di polarizzazione

-          Suscettività elettrica: contributo elettronico

-          Gas di molecole polari

o   Momento di dipolo medio:

§  Media termodinamica

§  Funzione di Langevin

o   Polarizzabilità da orientazione dei dipoli permanenti

o   Suscettività elettrica: contributo da orientazione

-          Forza di Lorentz

-          Definizione del vettore campo magnetico B

-          Linee di flusso del campo magnetico

-          Forza tra due fili rettilinei paralleli percorsi da corrente

-          Derivazione del campo magnetico generato da un filo rettilineo indefinito percorso da corrente

-          Circuitazione del campo magnetico. Legge di Ampere

-          Legge di Ampere in forma locale, rotore del campo magnetico. Quarta equazione di Maxwell in regime stazionario

-          Divergenza del campo magnetico, assenza del monoplo magnetico

-          Terza equazione di Maxwell

-          Legge di Biot-Savart per il calcolo del campo magnetico generato da un filo conduttore percorso da corrente, di forma qualunque

-          Esempi di applicazione:

o   Calcolo del campo di un filo rettilineo indefinito

o   Campo sull’asse di una spira circolare

§  Campo della spira a grandi distanze

·         Dipolo magnetico

·         Campo del dipolo magnetico

o   Campo magnetico generato da fili percorsi da corrente

o   Forza tra due fili paralleli percorsi da corrente

o   Forza tra un magnete permanente e un filo percorso da corrente

o   Visualizzazione della traiettoria di elettroni in un campo magnetico quasi uniforme

-          Solenoide infinito e finito

-          Campi elettrici e magnetici in sistemi di riferimento in moto relativo. Cenni

-          Conduttori in moto in un campo magnetico

-          Forza Elettromotrice (f.e.m.) indotta in circuiti in moto in campi magnetici

-          Flusso del campo magnetico concatenato ad un circuito chiuso

-          Flusso tagliato e flusso concatenato

-          Espressione generale per l’induzione elettromagnetica, Legge di Faraday-Neumann

-          Legge di Lenz, o regola per il segno della corrente indotta

-          Formulazione locale della Legge di Faraday-Neumann: seconda equazione di Maxwell per campi variabili nel tempo

-          Coefficienti di mutua induttanza

-          Induttanza di un singolo circuito

-          Calcolo dell’induttanza di un solenoide toroidale

-          Induttanza in un circuito RL in serie

o   Transiente all’accensione

o   Transiente alla chiusura in corto circuito della serie RL

o   Costante di tempo del circuito RL

-          Energia immagazzinata in una induttanza percorsa da corrente

-          Densità di volume dell’energia associata al campo magnetico

-          Calcolo del campo elettrico all’interno e all’esterno di un solenoide ideale, indotto da una corrente variabile nel solenoide

-          Corrente di spostamento

-          Equazioni di Maxwell complete per i campi elettrici e magnetici nel vuoto

-          Potenziale vettore (vedi dispensa su didattica web)

-          Equazioni di Maxwell nel vuoto in assenza di sorgenti

-          Equazione delle onde omogenea: operatore D’Alambertiano

-          Soluzione generale della equazione omogenea delle onde

-          Velocità di propagazione, frequenza angolare e lunghezza d’onda

-          Approssimazione di onda piana

-          Onda piana polarizzata linearmente

-          Onda piana sinusoidale

-          Relazione tra campo elettrico e campo magnetico dell’onda piana

-          Densità di energia dell’onda piana

-          Spettro delle onde elettromagnetiche

-          Flusso di energia dell’onda piana

-          Intensità dell’onda piana

-          Vettore di Poynting

-          Campi magnetici nella materia

-          Distinzione in sostanze diamagnetiche, paramagnetiche e ferromagnetiche

-          Momento di dipolo magnetiche associato al momento angolare elettronico

-          Momento angolare intrinseco. Spin dell’elettrone

-          Cenni sulla descrizione microscopica del diamagnetismo. Momento di dipolo magnetico indotto

-          Cenni sulla descrizione microscopica del paramagnetismo. Dipoli intrinseci, elettroni spaiati. Media termica del dipolo magnetico per una sostanza diluita (gas) immersa in un campo magnetico.

-          Densità di magnetizzazione e suscettività magnetica

-          Cenno alla permeabilità magnetica relativa.