ITALIANO

Elettrostatica, Correnti elettriche, Magnetismo, Equazioni di Maxwell, Onde elettromagnetiche

Halliday, Resnick, Krane, FISICA 2, Casa Editrice Ambrosiana Milano; Piegari, Saggese, Tafuri, Esercizi svolti di Fisica 2, Maggioli editore (2013)

Il corso si propone di dare le conoscenze di base della Fisica classica dell'elettromagnetismo. Le tematiche sono trattate con un approccio fenomenologico, basato su argomentazioni di carattere fisico, come l'uso di proprietà di simmetria, e su esempi ed applicazioni, senza tuttavia tralasciare il necessario formalismo matematico.
L’obiettivo finale è fornire allo studente gli strumenti teorici necessari alla comprensione dei principi fondamentali dell'elettromagnetismo ed alla risoluzioni di problemi semplici di elettrostatica e magnetismo.

Concetti fondamentali di Fisica I ed Analisi I

Lezione frontale, esercitazioni

Esame orale. I requisiti minimi per il superamento della prova orale includono l'impostazione e la risoluzione di un esercizio, una buona qualità dell'organizzazione del discorso e dell'esposizione, l'uso corretto del lessico specialistico, buona capacità di collegamenti critici tra gli argomenti trattati durante il corso. Voto minimo di 18/30 alla prova orale.

1 (1CFU)-Elettrostatica nel vuoto: Carica elettrica: legge di Coulomb, misura della carica elettrica, isolanti e conduttori, induzione elettrostatica, elettroscopio a foglie, principio di sovrapposizione. Campo elettrostatico da carica puntiforme, misura del campo elettrico. Campo elettrostatico prodotto da una distribuzione continua di carica (distribuzione lineare di carica e distribuzione di carica uniforme su una superficie) Linee di forza del campo elettrostatico.
Lavoro della forza elettrica, potenziale elettrostatico, energia potenziale elettrostatica. Campo elettrostatico come gradiente del potenziale, conservatività del campo elettrostatico, superfici equipotenziali. Rotore di un campo vettoriale, teorema di Stokes, applicazione al campo elettrostatico. Dipolo elettrico.
Legge di Gauss, flusso del campo elettrico, applicazioni e conseguenze della legge di Gauss. Legge di Gauss in forma differenziale, divergenza di un campo vettoriale. Equazione di Maxwell per l’elettrostatica.

2 (1 CFU)-Conduttori e campi elettrostatici: Campo elettrostatico e distribuzioni di carica nei conduttori. Teorema di Coulomb, conduttori cavi, schermo elettrostatico. Capacità in un conduttore isolato, unità di misura della capacità, sistemi di conduttori. Condensatore sferico, cilindrico, piano. Equazioni di Poisson e di Laplace. Energia del campo elettrostatico, energia di un sistema di cariche puntiformi o continue.

3 (1CFU)-Corrente elettrica: Conduzione elettrica, corrente elettrica, unità di misura della corrente elettrica. Vettore densità di corrente, legge di conservazione della carica, equazione di continuità. Modello classico della conduzione elettrica, legge di Ohm, legge di Ohm per i conduttori metallici, resistenza elettrica, effetto Joule.

4 (1CFU)-Fenomeni magnetici stazionari nel vuoto: Fenomenologia, interazione magnetica, linee di forza per il campo magnetico, legge di Gauss per il campo magnetico. Seconda equazione di Maxwell. Forza magnetica su una carica in moto, forza di Lorentz e vettore B, moto circolare di una particella carica in campo magnetico uniforme, ciclotrone. Forze su circuiti percorsi da corrente immersi in un campo magnetico, momento magnetico di una spira di corrente, campo B generato da correnti stazionarie nel vuoto. Momento di dipolo magnetico. Formula di Biot-Savart, campo B sull’asse di una spira, in un solenoide. Momenti meccanici su circuiti piani. Sorgenti del campo magnetico, campo magnetico prodotto da una corrente. Legge di Ampere, circuitazione di B, forma locale del teorema della circuitazione, quarta equazione di Maxwell nel caso stazionario.

5 (1CFU)-Campi elettrici e magnetici variabili nel tempo: Induzione elettromagnetica, legge di Faraday, sua origine fisica, legge di Lenz. Induzione elettromagnetica per vari casi di variazione di flusso magnetico: flusso tagliato, variazioni di B. Forma locale della legge di Faraday-Neumann, terza equazione di Maxwell, quarta equazione di Maxwell, corrente di spostamento, equazioni di Maxwell nel vuoto. Induttori, energia magnetica, autoinduzione, coefficiente di autoinduzione di un solenoide.

6 (1CFU)-Onde elettromagnetiche: Derivazione equazione dell’onda, richiamo sulle onde elastiche, onde piane armoniche, onde longitudinali, onde trasversali, polarizzazione. Propagazione dell'energia, intensità di un'onda, vettore di Poynting. Spettro elettromagnetico.

7- Cenni di Elettrostatica in presenza di dielettrici e Campi magnetici nella materia (Facoltativo): Equazioni generali dell’elettrostatica in presenza di dielettrici, il vettore induzione elettrica. Aspetti fenomenologici, magnetizzazione della materia, permeabilità magnetica, suscettività magnetica, magnetizzazione.

Italian

Electrostatics, Electric currents, Magnetism, Maxwell equations, Electromagnetic waves

Halliday, Resnick, Krane, FISICA 2, Casa Editrice Ambrosiana Milano; Piegari, Saggese, Tafuri, Esercizi svolti di Fisica 2, Maggioli editore (2013)

The course aims to give the basic knowledge and understanding of classical physics of electromagnetism. The subjects are treated with a phenomenological approach, based on arguments of a physical nature, such as the use of symmetry properties, and on examples and applications, without however neglecting the necessary mathematical formalism.
The ultimate goal is to provide the student with the theoretical tools necessary to understand the fundamental principles of electromagnetism and to solve simple problems of electrostatics and magnetism.

Fundamental concepts of Physics I and Analysis

Frontal lesson, exercises

Oral examination. The minimum requirements for passing the oral exam include the resolution of an exercise, a good quality of the organization of the speech and exposure, the correct use of the specialized lexicon, good ability to link critical topics covered during the course. Passing the exam will be obtained with a minimum grade of 18/30 to the oral exam.

1 (1CFU)-Electrostatics: Electrical charge, Coulomb's law, insulators and conductors, electrostatic induction. Electrostatic field of a point-like charge and of a continuous distribution of charge distribuzione continua di carica. Force lines of the electrostatic field. Work of electric force, electrostatic potential, electrostatic potential energy. Electrostatic field as a potential gradient, conservativity of the electrostatic field, equipotential surfaces. Rotor of a vector field, Stokes theorem, application to the electrostatic field. Electric dipole. Gauss's law, electric field flow, applications and consequences of Gauss's law. Gauss's law in differential form, divergence of a vector field. Maxwell equation for electrostatics.

2 (1CFU)-Conductors and electrostatic fields: Electrostatic field and charge distributions in conductors. Coulomb theorem, hollow conductors, electrostatic screen. Capacity in an insulated conductor, unit of measurement of capacitance, conductor systems. Spherical, cylindrical and plane condenser. Poisson and Laplace equations. Energy of the electrostatic field, energy of a system of point-like or continuous charges.

3 (1CFU)-Electric current: Electric conduction, electric current, unit of measurement of electric current. Vector current density, law of conservation of the charge, equation of continuity. Classical model of electrical conduction, Ohm's law, Ohm's law for metallic conductors, electric resistance, Joule effect.

4 (1CFU)-Stationary magnetic phenomena in vacuum: Phenomenology, magnetic interaction, lines of force for the magnetic field, Gauss's law for the magnetic field. Second Maxwell equation. Magnetic force on a moving charge, Lorentz force and vector B, circular motion of a charged particle in uniform magnetic field, cyclotron. Forces on circuits driven by current immersed in a magnetic field, magnetic moment of a current loop, field B generated by stationary currents in a vacuum. Moment of magnetic dipole. Biot-Savart formula, field B on the axis of a coil, in a solenoid. Mechanical moments on flat circuits. Sources of the magnetic field, magnetic field produced by a current. Ampere's law, B-circuitry, local form of the circuitry theorem, fourth Maxwell equation in the stationary case.

5 (1CFU)-Time-dependent electric and magnetic fields: Electromagnetic induction, Faraday's law, its physical origin, Lenz's law. Electromagnetic induction for various cases of magnetic flux variation. Local form of Faraday-Neumann law, third Maxwell equation, fourth Maxwell equation, displacement current, Maxwell equations in vacuum. Inductors, magnetic energy, self-induction, self-induction coefficient of a solenoid.

6 (1CFU)-Electromagnetic waves: Derivation of wave equation, recall on elastic waves, harmonic plane waves, longitudinal waves, transverse waves, polarization. Propagation of energy, intensity of a wave, Poynting vector. Electromagnetic spectrum.

7- Overview of Electrostatics in the presence of dielectrics and magnetic fields in matter (Optional): General equations of electrostatics in the presence of dielectrics, the vector of electrical induction. Phenomenological aspects, magnetization of matter, magnetic permeability, magnetic susceptibility, magnetization.