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Oggetto:
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Elettricità e magnetismo (corso A)

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Electricity and magnetism

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Anno accademico 2018/2019

Codice dell'attività didattica
MFN1411
Docenti
Prof. Fabrizio Bianchi (Titolare del corso)
Paolo Torrielli (Titolare del corso)
Corso di studi
008703 Laurea in Fisica
Anno
2° anno
Periodo didattico
Primo periodo didattico
Tipologia
A=Di base
Crediti/Valenza
9
SSD dell'attività didattica
FIS/01 - fisica sperimentale
Modalità di erogazione
Doppia
Lingua di insegnamento
Italiano
Modalità di frequenza
Facoltativa
Tipologia d'esame
Scritto ed orale
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
Elettromagnetismo e Ottica
Electromagnetism and Optics
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Sommario insegnamento

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Obiettivi formativi

Comprensione concettuale e quantitativa, inclusa la risoluzione di problemi, dei seguenti argomenti: Campo elettrostatico nel vuoto e nella materia - Corrente continua  e  circuiti in continua - Campo magnetostatico nel vuoto e nella materia - Induzione elettromagnetica -  - Corrente di spostamento ed equazioni di Maxwell.

Topics covered, including conceptual understanding, mathematical formalism  and problem solving ability: Electrostatic field in vacuum  - Conductors and dielectrics - DC current  and circuits  - Magnetostatic field in vacuum - Magnetic materials - Electromagnetic induction -  Displacement current and Maxwell equations   

 

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Risultati dell'apprendimento attesi

Abilità finali attese:  comprensione  delle leggi fondamentali dell'elettricità e del magnetismo; capacita' di risolvere problemi  relativi all'elettromagnetismo. Si presuppone una conoscenza introduttiva della meccanica e della termodinamica. Si presuppone la conoscenza delgli elementi introduttivi del calcolo differenziale e integrale, dell'algebra e dell'analisi vettoriale, dell'algebra delle matrici.

Expected skills: Good understanding of the fundamentals laws of electromagnetism; proficiency in introductory problem solving.  Among prerequisites are introductory mechanics, thermodynamics, calculus, vector analysis, matrix algebra

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Modalità di insegnamento

9 CFU =  72 ore di didattica frontale.Lezioni  (circa 2/3) + Esercitazioni (circa 1/3). Tutorato settimanale. 

9 CFU = 72 h of lectures (roughly 2/3) + problem solving sessions (roughly 1/3). Weekly sessions of student assistance



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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 puo`presentare 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.

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

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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

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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  Trasformazioni non relativistiche di campi elettrici e magnetici
  • 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 circuits.

  • Displacemente current 

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

 

Testi consigliati e bibliografia

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Oltre al testo 'storico', usato da molti anni: 

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

viene consigliato un testo altrettanto rigoroso e completo, piu' stringato e conciso e quindi piu' adatto a corsi 'compattati': 

Bettini "Elettromagnetismo",Decibel-Zanichelli

sul quale sono in gran parte basate le lezioni.

Either

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

Bettini "Elettromagnetismo", Decibel-Zanichelli



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Orario lezioni

Lezioni: dal 24/09/2018 al 23/11/2018

Nota: Orario visualizzabile alla sezione "Orario lezioni"

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Note

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Ultimo aggiornamento: 03/10/2017 10:03