ITALIANO

Programma sintetico:
1. Forza elettrica e campo elettrostatico
2. Potenziale elettrostatico
3. Legge di Gauss
4. Conduttori e Dielettrici
5. Corrente elettrica e circuiti
6. Forza magnetica e campo magnetico
7. Legge di Ampère
8. Campi elettrici e magnetici variabili nel tempo
9. Onde elettromagnetiche
10. Ottica Geometrica

Testi suggeriti:
1) Elementi di Fisica - Elettromagnetismo e Onde; P. Mazzoldi, M. Nigro, C. Voci; Edises.
2) Fisica, Volume secondo – Elettricità, Magnetismo, Ottica; R. Blum, D.E. Roller; Zanichelli.
3) C. Mencuccini e V. Silvestrini: Fisica: Elettromagnetismo Ottica – Casa Editrice Ambrosiana.

- Conoscenza e capacità di comprensione:
Il corso intende fornire una buona conoscenza dell’elettromagnetismo classico nel vuoto e della propagazione elettromagnetica, con particolare riguardo alle equazioni di Maxwell. Si intende inoltre portare lo studente ad un livello adeguato di comprensione dei vari fenomeni elettromagnetici.

- Capacità di applicare conoscenza e comprensione:
Lo studente dovrà affrontare problemi di elettromagnetismo, imparando a risolverli applicando le leggi dell’elettromagnetismo. Nel corso è anche prevista un’attività di laboratorio in cui gli studenti eseguiranno semplici esperimenti di elettrodinamica classica, sviluppando ulteriormente la capacità di applicare le conoscenze acquisite.

- Abilità comunicative:
Il corso si propone l'obiettivo di sviluppare la capacità dello studente di esporre in modo
chiaro e rigoroso concetti e leggi della Fisica classica.

Per sostenere le prove d'esame, lo studente deve aver superato gli esami di Analisi Matematica 1 e Termodinamica e Complementi di Meccanica.

Il corso è articolato in 48 ore di lezione frontali e 24 ore di esercitazioni numeriche, il tutto svolto in aula.

L'esame prevede una prova scritta ed una prova orale, entrambe obbligatorie, che contribuiscono al voto finale con un peso di 40% e 60% rispettivamente.
La prova scritta, della durata di circa 3 ore, consiste nella risoluzione di tre problemi di Elettromagnetismo. Per accedere alla prova orale bisogna aver superato la prova scritta con una votazione minima di 15/30.
La prova orale consiste nella trattazione e discussione di argomenti del programma svolto a lezione ed ha una durata di circa 30 minuti.
E’ previsto l’esonero dalla prova scritta per gli studenti in corso che abbiano frequentato regolarmente le lezioni e le esercitazioni e che abbiano conseguito una valutazione complessiva superiore alla sufficienza sugli elaborati prodotti in sede di prove in itinere. Queste ultime consistono nella risoluzione di problemi ed esercizi di Elettromagnetismo.

1. Forza elettrica. Campo elettrostatico.
Carica elettrica. Fenomeni di elettrizzazione. Struttura elettrica della materia. Quantizzazione della carica elettrica e principio di conservazione. Elettroscopio a foglie. Isolanti e conduttori Induzione elettrostatica. Forza di Coulomb. Definizione di campo elettrostatico. Linee di forza e proprietà. Principio di sovrapposizione. Campo elettrostatico prodotto da una distribuzione discreta e da una distribuzione continua di carica. Moto di una carica in un campo elettrostatico. Determinazione della carica elementare: Esperienza di Millikan.
2. Lavoro elettrico. Potenziale elettrostatico.
Lavoro della forza elettrica. Definizione di potenziale. Calcolo del potenziale elettrostatico. Energia potenziale elettrostatica. Il campo come gradiente del potenziale. Teorema di Stokes e calcolo del rotore del campo elettrostatico. Superfici equipotenziali. Energia di un sistema di cariche. Il dipolo elettrico. Azione meccanica di un campo elettrostatico su un dipolo. Energia di un dipolo in un campo elettrostatico. Espansione in serie di multipoli del potenziale elettrostatico. Discussione dei vari termini. Il quadrupolo elementare. Dipolo elettrico in un campo non uniforme.
3. La legge di Gauss
Flusso del campo elettrico. Legge di Gauss. Alcune applicazioni e conseguenze della legge di Gauss. La divergenza del campo elettrostatico. Equazione di Poisson. Equazione di Laplace.
4. Conduttori e dielettrici.
Conduttori in equilibrio. Capacità di un conduttore isolato. Conduttore cavo. Schermo elettrostatico. Sistemi di conduttori. Condensatori. Collegamento di condensatori. Energia del campo elettrostatico. Densità di energia. Elettrostatica nei dielettrici. La costante dielettrica relativa di un mezzo. Polarizzazione dei dielettrici. Cariche di polarizzazione. L’induzione dielettrica. Legge di Gauss per il vettore induzione.
5. Corrente elettrica.
Conduzione elettrica. Corrente elettrica. La densità di corrente. Regime di corrente stazionaria. Equazione di continuità. Modello classico della conduzione elettrica. Legge di Ohm. Resistività e conduttività. Resistenza elettrica. Effetto Joule. Resistori in serie e in parallelo. Forza elettromotrice. Carica e scarica di un condensatore attraverso un resistore. Leggi di Kirchhoff per le reti elettriche. Alcuni circuiti particolari in corrente continua.
6. Forza magnetica. Campo magnetico
Primi fatti sperimentali sull’interazione magnetica. Linee di forza del campo magnetico. Legge di Gauss per il campo magnetico. Forza magnetica su una carica in moto. Forza magnetica su un conduttore percorso da corrente (Seconda legge elementare di Laplace). Momenti meccanici su circuiti piani. Amperometro a bobina mobile. Principio di equivalenza di Ampère. Effetto Hall. Esempi di moti di particelle cariche in campo magnetico uniforme. Frequenza di ciclotrone. Selettore di velocità e Spettrometro di massa.
7. Sorgenti del campo magnetico. Legge di Ampère.
Campo magnetico prodotto da una corrente. Legge di Biot e Savart. Prima legge elementare di Laplace. Calcoli di campi magnetici prodotti da circuiti particolari. Azioni elettrodinamiche tra circuiti percorsi da corrente. Definizione di Ampere. Concetto di corrente concatenata ad una linea chiusa. Legge di Ampere. Legge di Gauss. Formulazione locale delle due leggi. Solenoide finito e solenoide indefinito. Concetto di corrente di spostamento. Solenoide toroidale. Elettrodinamometro assoluto.
8. Campi elettrici e magnetici variabili nel tempo.
Legge di Faraday dell’induzione elettromagnetica. Concetto di flusso concatenato ad una linea chiusa. Origine fisica della forza elettromotrice indotta. Applicazioni della legge di Faraday. Considerazioni relative alla conservazione dell'energia. L'attrito elettromagnetico. Il generatore di tensione alternata. Il concetto di auto flusso o flusso autoconcatenato. Il coefficiente di autoinduzione. Induttanza di un solenoide. L'induttanza di un solenoide toroidale. Circuito RL serie. Extracorrente di apertura e di chiusura. La densità di energia magnetica. Equazioni di Maxwell.
9. Onde elettromagnetiche.
Onde meccaniche: esempio della propagazione di una perturbazione su una corda tesa. Equazione delle onde. L'ipotesi di onda piana. Soluzione di D'Alembert. Onde progressive e onde regressive. Velocità di propagazione dell'onda. Onde trasversali e onde longitudinali. Onde elettromagnetiche. Dalle equazioni di Maxwell all'equazione delle onde. Onda elettromagnetica piana. Onda piana sinusoidale. Il concetto di campo elettromagnetico. Polarizzazione lineare. Densità di energia elettromagnetica. Vettore di Poynting. Equazione di continuità. Intensità di un’onda. Pressione di radiazione e quantità di moto trasportata da un'onda.
10. Ottica geometrica.
Concetto di raggio. Leggi di Snell. Indice di rifrazione di un mezzo trasparente. Specchio sferico concavo e convesso: costruzione delle immagini. Specchio piano. Equazione degli specchi. Ingrandimento trasversale. Diottro sferico. Lenti sottili. Lenti convergenti e divergenti. Raggi principali e costruzione delle immagini. Equazione delle lenti. Ingrandimento trasversale.

Italian

Syllabus:
1. Electric force and electrostatic field
2. Electrostatic potential
3. Gauss law
4. Conductors and dielectrics
5. Electric current and circuits
6. Magnetic force and magnetic field
7. Ampère law
8. Time-dependent electric and magnetic field
9. Electromagnetic waves
10. Geometrical optics

Textbooks:
1) Elementi di Fisica - Elettromagnetismo e Onde; P. Mazzoldi, M. Nigro, C. Voci; Edises.
2) Fisica, Volume secondo – Elettricità, Magnetismo, Ottica; R. Blum, D.E. Roller; Zanichelli.
3) C. Mencuccini e V. Silvestrini: Fisica: Elettromagnetismo Ottica – Casa Editrice Ambrosiana.

Objectives:
- Knowledge and understanding:
The course intends to provide an introduction to classical electromagne-tism, electromagnetic waves and wave propagation, with a particular focus on Maxwell equations. Furthermore, the student is expected to reach a good level of understading of the various electromagnetic phenomena.

- Applying knowledge and understanding:
Students will be able to apply the acquired knowledge to the solution of electromagnetic problems.

-Communication skills:
the course is aimed to develop the capability of the students to illustrate and discuss, in a clear and rigorous way,
Physics concepts and laws.

Prerequisites:
the student should have passed the examinations of Mathematical Analysis 1 as well as Thermodynamics and Complements of Mechanics.

The course is organised into 48 hours of classroom lessons and 24 hours of exercises.

Verification and assessment of the level of knowledge will be done by means of written and oral tests, which are both mandatory. They will contribute to the final score with a weight of 40% and 60%, respectively. The written test consists in solving three problems in the time span of three hours. It is possible to have access to the oral test, only by passing the written one with a minimum score of 15/30.
The oral exam takes about 30 minutes and deals with the presentation and discussion of subjects and issues that belong to the course syllabus.

There will be a pair of midterm written tests. Everyone who pass them, can make directly the oral exam.