ITALIANO

Questo corso fornisce le basi per la comprensione delle leggi dell'elettromagnetismo. Lo studente acquisirà familiarità e conoscenza con argomenti concernenti l’elettrostatica, la corrente elettrica, la magnetostatica, e i campi elettrici e magnetici variabili nel tempo. Saranno inoltre fornite conoscenze pratiche sulle misure di grandezze fisiche importanti per la caratterizzazione di sistemi quali un apparato di misura dei campi elettromagnetici e un sistema di produzione di energia da fonte rinnovabile. Si dà particolare enfasi alle sezioni che serviranno di supporto per la comprensione delle materie di settore, come, per esempio, le onde elettromagnetiche per le Valutazioni di impatto ambientale (3° anno) e le correnti elettriche per gli Impianti di Trattamento degli effluenti inquinanti (3° anno). Una parte importante del corso è formata dall’apprendimento delle metodologia di risoluzione dei problemi di elettromagnetismo.

SERWAY, JEWETT, Principi di Fisica. Edises

Gli studenti che seguono il corso impareranno 1) i principi fondamentali della teoria classica dell'elettromagnetismo, 2) le applicazioni più importanti dell'elettromagnetismo alle scienze ambientali, 3) i metodi di base per la risoluzione dei problemi di elettromagnetismo. Lo studente acquisirà familiarità e conoscenza con argomenti concernenti la fisica dei fenomeni elettromagnetici. Saranno forniti gli ingredienti necessari ad applicare il metodo scientifico utili alla progettazione di esperimenti. Saranno inoltre fornite conoscenze pratiche sulle misure di laboratorio inerenti agli argomenti trattati nel corso che contribuiranno allo sviluppo dell’autonomia di giudizio. L'applicazione delle nozioni apprese in esercizi semplici contribuirà allo sviluppo della capacità di apprendimento.

Buona conoscenza dei principi fondamentali della matematica di base e dei principali argomenti affrontati durante il corso di Fisica 1.

La somministrazione del corso avverrà attraverso una serie di lezioni teoriche (4 CFU, Credito Formativo Universitario), intervallate da esercitazioni numeriche (3 CFU) ed alcune esperienze di laboratorio (1 CFU).

Le modalità di verifica dell’apprendimento comprendono: una parte scritta da svolgersi attraverso la somministrazione di prove scritte anche in modalità intercorso che corrispondono al 40% della valutazione finale; una parte di elaborazione di dati sperimentali (laboratoriali) che concorrerà al 10% della valutazione finale; una parte orale concorrente al 50% della valutazione finale.
Le prove intercorso servono a dare la possibilità agli studenti di dimostrare, in itinere, la comprensione della materia e la capacità di risolvere i problemi specifici riguardanti gli argomenti studiati. Le prove intercorso riguarderanno soltanto gli argomenti studiati precedentemente alle prove stesse. Ci saranno due prove intercorso: una sulla prima parte del corso (Elettrostatica) e una sulla seconda parte (Correnti elettriche, Magnetismo e Induzione elettromagnetica). Nel caso in cui uno studente riuscisse a totalizzare un totale minimo di 16 punti mediato sulle quattro prove intercorso, potrà decidere di non sostenere la prova scritta finale, se soddisfatto dalla votazione ottenuta.
L’esame scritto finale serve a valutare la comprensione da parte dello studente degli argomenti trattati durante l’intero corso. L’esame sarà composto di 3 problemi, dei quali uno sulla Elettrostatica, uno sulle correnti elettriche e magentismo e uno sull'Induzione elettromagnetica. Ad ogni problema sarà attribuito un punteggio pari a 10.
L'esame orale consiste nella discussione della prova scritta e di problemi simili a quelli risolti nella prova scritta. Lo studente è ammesso alla prova orale solo previo superamento della prova scritta.

Saranno rese disponibili i materiali del corso attraverso piattaforma web-learning/TEAMS

1. Elettrostatica
Carica elettrica e materia - Isolanti e conduttori – Induzione elettrostatica - Legge di Coulomb – Quantizzazione e conservazione della carica elettrica - Campo elettrico e suo calcolo - Linee di forza – Principio di sovrapposizione – Il dipolo elettrico – Campo elettrico di un dipolo – Densità di carica lineare, superficiale e di volume - Flusso del campo elettrico - Legge di Gauss - Applicazioni e conseguenze delle legge di Gauss - Il potenziale elettrico – La differenza di potenziale – Relazione tra campo e potenziale elettrico – Superfici equipotenziali – Energia potenziale elettrostatica – Energia potenziale di un dipolo elettrico - Azione di un campo elettrico su un dipolo - Proprietà elettrostatiche di un conduttore – Condensatori e capacità - Collegamento di condensatori in serie e in parallelo - Energia del campo elettrostatico – Cenni sulle proprietà elettrostatiche dei dielettrici.
2. Corrente elettrica
ll flusso della carica – La resistenza e la legge di Ohm – Modello di conduzione nei metalli - Resistori in serie e in parallelo – Amperometri e voltmetri - Forza elettromotrice e resistenza interna di una batteria – Energia elettrica e potenza - Le leggi di Kirchhoff - Legge di Joule
3. Magnetostatica
Il campo magnetico – Linee di forza del campo magnetico - Forza di Lorentz - Forza su un conduttore percorso da corrente – Momento agente su una spira percorsa da corrente - Moto di particelle cariche in presenza di campi elettrici e magnetici – Il ciclotrone – Lo spettrometro di massa - Legge di Biot e Savart – Leggi elementari di Laplace - Legge di Ampere e sue applicazioni – Equivalenza spira/dipolo magnetico - Forza agente fra conduttori percorsi da corrente – Definizione di Ampere - Il flusso magnetico e la legge di Gauss per i campi magnetici - Solenoide e toroide – Cenni sul magnetismo nella materia – Il diamagnetismo – Il paramagnetismo – Il ferromagnetismo.
4. Campi elettrici e magnetici variabili nel tempo.
Legge di Faraday dell'induzione elettromagnetica – Forza elettromotrice e campi elettrici indotti – Corrente di spostamento e modifica della legge di Ampere - Descrizione sintetica delle leggi di Maxwell.
6. Strumentazione ed esercitazioni in laboratorio
Misure di campi elettromagnetici, misure di corrente elettrica e differenza di potenziale prodotte da un pannello fotovoltaico e da una cella a combustibile (idrogeno).

Italian

This module provides knowledge and understanding of the basic laws of Electromagnetism. The students will learn the following subjects: electrostatics, electric current, magnetostatics, and time dependent electric and magnetic fields. The students will also learn how to measure important physical quantities related to the use of systems like an electromagnetic field gauge and a system to produce energy from renewables. Particular emphasis is given to the sections, which will help students with the more specialised modules, such as Electromagnetic waves for Environmental impacts (year 3) and Electric current for Treatment plants of polluting effluent (year 3). An important objective of this module is to teach students how to solve quantitative problems of Electromagnetism.

SERWAY, JEWETT, Physics for scientists and engineers. Cengage

The students who successfully complete this module will learn 1) The fundamental principles of the classical theory of electromagnetism, 2) The most important applications of electromagnetism to the field of Environmental Science, 3) The basic methods to solve problems of electromagnetism. Students will learn the basics of the Physics of electromagnetic processes. Students will learn how to design experiments and apply the scientific method. Practical laboratory experiences on the main arguments of the course will be carried out contributing to the development of the students' independence of thinking. The application of the principles learned to simple exercises will contribute to the development of the students' skills.

Good knowledge of the fundamental laws of mathematics and the main arguments learnt in the module "Physics 1".

The course will be divided in theoretical lessons (6 ECTS, European Credit Transfer and accumulation System), exercises and problem solving (1 ECTS) and some practicals in the lab (1 ECTS).

The procedures for effective learning evaluation include: a written test, including mid-term exams, covering 40% of the final evaluation; lab practicals contributing 10% of the final evaluation; an oral test contributing 50% of the final evaluation.
Midterm exams are meant to provide students with the possibility to demonstrate an ongoing understanding of the topics, and the ability to solve problems related to the specific subjects studied. Midterm exams will pertain only the topics discussed during the lessons preceding the exams. There will be two midterm exams: one on the first part of the module (Electrostatics) and one focusing on the second part of the module (Electric current, Magnetism and Electromagnetic induction). Students able to get an average score higher than 16 will be free to decide whether they want to take the final written exam or keep the midterm exam score.
The final exam helps the teacher assess the level of understanding of all topics discussed by each student. The exam will be made of 3 problems, one of which will be on Electrostatic, one on Electric currents and Magnetism and one on Electormagnetic induction. Each problem will give a max score of 10.
The oral test consists of questions on the problems of the written test and other similar problems. Students are admitted to the oral test only if they pass the written test.

Course materials will be readily shared with students by means of the web-learning/TEAMS platforms

1. Electrostatics
Electric charge and matter - Insulators and conductors - Electrostatic induction - Coulomb's law - Quantization and conservation of the electric charge – Electrostatic field and its calculation - Field lines - Principle of overlap - The electric dipole - Electric field of a dipole – Charge Densities of linear, surface and volume - Flow of the electric field - Gauss law - Applications and consequences of the Gaussian law - The electrical potential - The potential difference - Relationship between field and electrical potential - Equipotential surfaces - Electrostatic potential energy - Electric dipole - Action of an electric field on a dipole - Electrostatic properties of a conductor - Capacitors - Connection of capacitors in series and in parallel - Electrostatic field energy - Overview of the electrostatic properties of dielectrics.

2. Electric current
The flow of charge - The resistance and the law of Ohm¬ - Model of conduction in metals - Series and parallel resistors - Amperometers and voltmeters - Electromotive force and internal resistance of a battery - Electricity and power - The laws of Kirchhoff - Law of Joule

3. Magnetostatics
The magnetic field - Magnetic field lines - Lorentz force - Force on a current-driven conductor - Moment acting on a current-driven loop - Motion of charged particles in the presence of electric and magnetic fields - The cyclotron - The spectrometer of mass - Law of Biot and Savart - Elementary laws of Laplace - Law of Ampere and its applications - Equivalence of spire / magnetic dipole - Force acting between conductors through current - Definition of Ampere - Magnetic flux and the law of Gauss for magnetic fields - Solenoid and toroid - Notes on magnetism in matter - Diamagnetism - Paramagnetism - Ferromagnetism.

4. Variable electric and magnetic fields over time.
Faraday's law of electromagnetic induction - Electromotive force and induced electric fields - Displacement current and modification of the Ampere law - Brief description of Maxwell's laws.

5. Practicals
Measurements of electromagnetic fields, measurements of electric current and voltage produced by a photovoltaic cell and a fuel cell (hydrogen).