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Oggetto:
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Fisica 2 (corso A)

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Physics 2

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Anno accademico 2022/2023

Codice attività didattica
FIS0109
Docenti
Prof. Fabrizio Bianchi (Titolare del corso)
Paolo Torrielli (Titolare del corso)
Corso di studio
008703 Laurea in Fisica
Anno
2° anno
Periodo
Primo semestre
Tipologia
A=Di base
Crediti/Valenza
10
SSD attività didattica
FIS/01 - fisica sperimentale
Erogazione
Tradizionale
Lingua
Italiano
Frequenza
Facoltativa
Tipologia esame
Scritto ed orale
Tipologia unità didattica
corso
Prerequisiti
Una buona conoscenza del contenuto dei corsi di Meccanica, Onde, Fluidi e Termodinamica, Analisi I e Geometria e' condizione necessaria per una corretta e completa comprensione del corso
Good familiarity with the main contents of first year courses Meccanica, Onde,Fluidi e Termodinamica, Analisi I, Geometria is required in order to properly understand this course.
Propedeutico a
Fisica 3
Physics 3
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Sommario insegnamento

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Obiettivi formativi

Questo insegnamento concorre agli obiettivi formativi del corso di laurea in Fisica ed è mirato a fornire agli studenti solide conoscenze di base di elettromagnetismo. Ciò riveste un'importanza di per sé, permettendo la comprensione della fenomenologia elettromagnetica, ed è propedeutico a corsi più avanzati di elettromagnetismo, nonché a corsi di laboratorio.

In particolare, l'insegnamento si propone di fornire agli studenti una comprensione concettuale e quantitativa, inclusa la risoluzione di problemi, dei seguenti argomenti: campo elettrostatico nel vuoto e nella materia; conduttori, corrente continua e circuiti in continua; campo magnetostatico nel vuoto e nella materia; induzione elettromagnetica; corrente di spostamento ed equazioni di Maxwell; circuiti RLC e circuiti in corrente alternata.

This course, central to the Bachelor Course in Physics, aims at providing students with a solid knowledge of elementary electromagnetism. This is important on its own, allowing an understanding of electromagnetic phenomenology, and is instrumental to tackling more advanced classes in electromagnetism, as well as laboratory classes.

In particular, the class aims at giving to students a conceptual and quantitative (including problem-solving skills) understanding of the following topics: electrostatic field in vacuum and in insulating materials; conductors, DC current and circuits; magnetostatic field in vacuum and in materials; electromagnetic induction; displacement current and Maxwell equations; RLC circuits, and AC current and circuits.

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Risultati dell'apprendimento attesi

Conoscenza e capacità di comprensione

Comprensione delle leggi fondamentali dell'elettricità e del magnetismo. Si presuppone la conoscenza delgli elementi introduttivi del calcolo differenziale e integrale, dell'algebra e dell'analisi vettoriale, dell'algebra delle matrici.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione

Capacità di modellizzare fenomeni elettromagnetici e risolvere problemi relativi all'elettromagnetismo

Knowledge and understanding

Understanding of the fundamentals laws of electromagnetism. Prerequisites are basic knowledge of calculus, vector analysis, matrix algebra

Applying knowledge and understanding

Modelling electromagnetic phenomena; proficiency in introductory problem solving

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Programma

  • Legge di Gauss per il campo elettrostatico. Flusso di un campo vettoriale, teorema di Gauss per una carica puntiforme, generalizzazione a sistemi di più cariche. Calcolo del c.elettrostatico di semplici distribuzioni di carica mediante il teorema di Gauss. Teorema della divergenza. La legge di Gauss in forma differenziale: prima equazione di Maxwell.
  • Lavoro del campo elettrostatico e integrale di linea; Conservativitá del campo elettrostatico generato da una carica puntiforme; energia potenziale e potenziale elettrostatico; estensione al caso di distribuzioni di cariche; energia potenziale di un sistema di cariche. Calcolo del potenziale e del campo elettrostatico generato da distribuzioni di carica discrete e continue, gradiente. Equazioni di Laplace e Poisson.  Sviluppo in serie di multipoli; approssimazione di dipolo;  potenziale e campo di dipolo;azioni meccaniche sui dipoli.  Teorema di Stokes; seconda equazione di Maxwell.
  • Conduttori Cariche libere, tipi di conduttori Proprieta' elettrostatiche dei conduttori Conduttori cavi, schermo elettrostatico Problema generale dell'elettrostatica in presenza di conduttori Induzione elettrostatica Capacita' Condensatori Energia elettrostatica
  • Dielettrici Polarizzazione: deformazione ed orientamento.   Dielettrici lineari:  suscettivitá , relazione tra P ed E; Densità di carica di polarizzazione superficiali e volumiche. D, P ed E. Continuità e discontinuita'  delle componenti di D ed E all'interfaccia  tra dielettrici. Equazioni dell’elettrostatica ed energia elettrostatica nei dielettrici. 
  • Corrente elettrica.  Elettroni liberi nei metalli. Velocità di deriva e agitazione termica. Corrente e densità di corrente, equazione di continuità e conservazione della carica. Modello classico della conduzione nei metalli, legge di Ohm in forma microscopica e macroscopica,  resistenza, effetto Joule. Resistenze in serie e parallelo, forza elettromotrice e sua  natura non elettrostatica, generatori, circuiti in CC, leggi di Kirchoff
  • Campo magnetico Interazione tra magneti.Forze magnetiche. Relazioni tra correnti e forze magnetiche. Campo magnetico:  legge di Gauss,assenza di cariche magnetiche, forma differenziale. Prima equazione di Maxwell per il campo magnetico. Forza di Lorentz.  Moto di particelle cariche nel campo magnetico, esempi. Forze magnetiche sulle correnti.  Momento di dipolo magnetico, principio di equivalenza di Ampere, azioni meccaniche su una spira percorsa da corrente immersa in un campo esterno . Flusso del campo magnetico attraverso una spira; relazione con la forza agente sulla spira e con l’energia di questa. 
  • Sorgenti del campo magnetico Prima legge elementare di Laplace  Legge di Biot-Savart Campo di una spira circolare; analogia con il c. elettrico di un dipolo elettrico. Solenoide indefinito Campo generato da una particella carica in moto rettilineo uniforme Forze tra conduttori percorsi da corrente  Legge di Ampere  Forma differenziale e seconda equazione di Maxwell per il campo magnetostatico Calcolo del c. magnetico da semplici distribuzioni di corrente con la legge di Ampere 
  • Campo magnetico nella materia  Magnetizzazione, suscettività e permeabilità magnetica Diamagnetismo Paramagnetismo Ferromagnetismo  Correnti amperiane di superficie e di volume Campo H Continuità e discontinuità dei campi B ed H all'interfaccia  tra materiali diversi Sostanze ferromagnetiche e ciclo di isteresi
  • Induzione elettromagnetica. Legge dell’induzione di Faraday-Neumann-Lenz  Origine fisica della f.e.m. indotta:  forza di Lorentz, flusso variabile Forma differenziale Terza equazione di Maxwell Applicazioni  Circuiti accoppiati Coefficienti di mutua e autoinduzione  Relazione fra f.e.m. e variazione temporale della corrente circolante nella spira, effetti della f.e.m. indotta sulla corrente circolante. Circuiti RL. Considerazioni energetiche. Circuiti LC ed RLC.
  • Campo magnetico nella materia Magnetizzazione, suscettivita', permeabilita'magnetica Diamagnetismo Paramagnetismo Correnti amperiane di superficie e di volume Campo H Continuita' e discontinuita' di B e  H all'interfaccia fra due mezzi Ferromagnetismo , ciclo di isteresi, magnetizzazione permanente
  • Corrente di spostamento. Inconsistenza della legge di Ampere per campi variabili - Conservazione della carica - Termine di spostamento - Equazioni di Maxwell in forma integrale e differenziale
     

  • Electrostatic Field and Gauss' Law.

Fluxof a vector field. Gauss law for a point-like charge, extension to a system of charges.  Examples. Gauss law in differential form. First Maxwell equation.

  • Work, Electrostatic Potential.

Line integrals, Path independence.  Potential energy, electrostatic potential.   Examples. Electric dipole. Multipole expansion. Circuitation. Curl. Second Maxwell Equation. Laplace and Poisson equations.

  • Dielectrics

Polarization. Releation between P and E. Density of polarization charges. The D field. Continuity  of D and E at the boundary between dielectrics . Examples . Electrostatic energy in dielectrics.

  • Electric Current 

Free carriers in conductors. Drift and thermal velocity. Current density .  Continuity equation and charge conservation. Classic model of conduction in metals. Ohm's law. Resistance. Joule effect.  Resistors in series and parallel.Kirchoff laws. RC circuits. E.m.f and generators. 

  • Magnetic Force and Field

Interaction between magnets. B field . Gauss law  for the B field. Third Maxwell equation. Lorentz force. Motion of charged particles in magnetic fields.  Examples.  Magnetic force. Second elementary law. Magnetic dipole moment, forces and moments on a dipole. Ampere's equivalence principle. Vector Potential.  Examples. Magnetic flux.

  • Sources of Magnetic Field

Magnetic field from a current element. First elementary law.   Biot and Savart's law. Magnetic field by a current loop. Forces between currents. Circuitation of B, Ampere's law. Examples. Magnetic flux. 

  • Magnetic Field in Matter

Magnetization. Magnetic suscettivity and permeability. Diamagnetism. Paramagnetism. Surface currents. The H field. Continuity of B and H at boundaries. Ferromagnetism, permanent magnetization, hysteresis cycle. 

  • Electromagnetic induction 

Faraday-Neumann-Lenz law. Physical origin of the induced e.m.f.. Faraday's law in different situations, origin of the flux rule. Differential form. Applications.  Flux between coupled circuits, self induction and mutual induction. RL, LC and RLC circuits.

  • Displacemente current 

Ampere's law and variable fields - Charge conservation - Maxwell's displacement current - Maxwell's equations  Integral and differential form Examples

 

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Modalità di insegnamento

10 CFU =  80 ore di didattica frontale.

Le lezioni sono in presenza (salvo aggiornamenti sui provvedimenti adottati da UniTo e  disponibili sul sito "Disposizioni per chi studia e lavora in UniTo" https://www.unito.it/ateneo/gli-speciali/coronavirus-aggiornamenti-la-comunita-universitaria/disposizioni-chi-studia-e )

Lezioni  (circa 2/3) + Esercitazioni (circa 1/3). Tutorato settimanale.

Il materiale didattico integrativo consiste nelle viedolezioni reative allo scorso anno, consultabile alla pagina Moodle del corso.

10 CFU = 80 h of lectures.

Lectures are in-person (barring further UniTO instructions at https://www.unito.it/ateneo/gli-speciali/coronavirus-aggiornamenti-la-comunita-universitaria/disposizioni-chi-studia-e )

Lectures (roughly 2/3) + problem solving sessions (roughly 1/3). Weekly sessions of student assistance.

Extra teaching material consists of the recorded lectures of last year, accessible at the Moodle webpage of the course.

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Modalità di verifica dell'apprendimento

Prova scritta + Prova orale. Prova scritta: 3 problemi, ognuno con alcune domande Valutazione in trentesimi. 

Il superamento della prova scritta è valido per la sola sessione di esame corrente; nel caso la sessione preveda due appelli, superando lo scritto al primo appello si può sostenere l'orale sia al primo che al secondo appello orale. Se si vuole provare a migliorare il risultato ottenuto nella prima prova scritta ci si puòpresentare alla seconda prova scritta; il risultato ottenuto nella prima prova scritta viene cancellato nel momento in cui si consegna il compito della seconda, mentre se ci si presenta alla seconda prova scritta e non si consegna il compito resta valido il risultato della prima.

L'esame è in presenza in presenza salvo aggiornamenti sui provvedimenti adottati da UniTo e disponibili sul sito "Disposizioni per chi studia e lavora in UniTo" https://www.unito.it/ateneo/gli-speciali/coronavirus-aggiornamenti-la-comunita-universitaria/disposizioni-chi-studia-e ;
Agli studenti e alle studentesse che rientrino in una delle condizioni di seguito riportate, autocertificate nella fase di prenotazione all’appello:

  1. residenza fuori Regione
  2. situazione di fragilità
  3. positività al COVID-19

è garantita la possibilità di svolgere l’esame a distanza, secondo una delle modalità previste dall’Ateneo, avuto anche riguardo alle specifiche esigenze degli studenti e delle studentesse con disabilità e con disturbi specifici dell’apprendimento.

 

Written exam: 3 problems, each one 2-3 questions  Positive grading ( between 18/30 and 30/30) of written exam  is required to be admitted to oral exam - A positive written exam must be followed by oral exam within the same exam session 

Oral exam: about 30' of blackboard questions on the whole subject, including examples and proofs

The exam is in-person barring further UniTO instructions at the website https://www.unito.it/ateneo/gli-speciali/coronavirus-aggiornamenti-la-comunita-universitaria/disposizioni-chi-studia-e ;  students in one of the following categories

  1. out-of-Piedmont residence
  2. health fragility
  3. positivity to COVID-19

the possibility is given to take remote exams.

Oggetto:

Attività di supporto

Sessioni di tutoraggio settmanali, per supporto alla  risoluzione dei problemi e spiegazioni aggiuntive sugli argomenti trattati

Weekly sessions of student assistance,focusing on problem solving and further help in understanding varius course topics

Testi consigliati e bibliografia

Oggetto:

 

Mazzoldi, Nigro, Voci "Fisica Volume 2" ,  Edises

 

In alternativa:

Bettini "Elettromagnetismo",Decibel-Zanichelli

 

Either

Mazzoldi,Nigro,Voci  "Fisica Vol 2", Edises
or

Bettini "Elettromagnetismo", Decibel-Zanichelli



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Note

Registrazione
  • Chiusa
    Apertura registrazione
    01/09/2021 alle ore 00:00
    Chiusura registrazione
    01/01/2022 alle ore 23:55
    Oggetto:
    Ultimo aggiornamento: 28/06/2022 18:52