L. Guerriero Lezioni di elettromagnetismo

PROGRAMMA DEL CORSO DI FISICA GEN. II
CdL in Ingegneria Gestionale - A.A. 1999-2000
Prof. Donato Creanza
ELETTROSTATICA
Generalità sulle azioni elettriche: azioni a distanza e nozione di campo di forza; misura delle forze elettriche; principio di
azione e reazione per le forze elettriche; elettricità positiva e negativa; dipendenza della forza elettrica dalla distanza; carica
elettrica e legge di Coulomb; principio di sovrapposizione.
Carica elettrica e materia: conduttori e isolanti; elettroscopi semplici; pozzo di Faraday; carica di un conduttore per
induzione; struttura atomica della materia; esperienza di Millikan; costituenti elementari dell’atomo.
Campo elettrostatico: definizione operativa di campo elettrico; unità di misura del campo elettrico; campo elettrico
prodotto da più cariche puntiformi; campo elettrico prodotto da distribuzioni continue di carica; rappresentazione del campo
elettrico mediante linee di forza; flusso del campo elettrico; teorema di Gauss; discontinuità del campo elettrico attraverso
una superficie carica.
Richiami sulle proprietà integrali e differenziali delle forze conservative.
Potenziale elettrostatico: spostamento di una carica in un campo elettrico; conservatività del campo elettrostatico; energia
potenziale; energia di un sistema di cariche; potenziale elettrostatico; superfici equipotenziali; derivazione del campo dal
potenziale; proprietà del gradiente.
Formulazione differenziale dell'elettrostatica: proprietà integrali e differenziali del campo elettrostatico; trasformazione
dell'integrale di superficie in integrale di volume; valutazione della divergenza di E; teorema di Gauss in termini
differenziali; teorema di Stokes; calcolo delle componenti del rotazionale; uso formale degli operatori differenziali; campo
elettrostatico irrotazionale; equazioni di Poisson e Laplace per il potenziale elettrostatico; alcune proprietà delle funzioni
armoniche; equilibrio nel campo elettrostatico.
Corpi conduttori nel campo elettrico: conduttori in equilibrio nel campo elettrostatico; potenziale dei conduttori in
equilibrio; problema fondamentale dell'elettrostatica; metodo delle immagini; valutazione del potenziale con metodi
numerici; forza sulle cariche in superficie a un conduttore; effetto delle punte; schermo elettrostatico; la "terra" come
conduttore a potenziale nullo.
Capacità elettrostatica: capacità di un conduttore isolato; cariche e potenziali per un sistema di conduttori; significato
della simmetria dei coefficienti di induzione e di potenziale; condensatori; condensatori ideali; condensatori reali;
connessione di più condensatori in serie e in parallelo; analisi di reti di condensatori; unità di misura per la capacità.
Energia nel campo elettrostatico: energia potenziale di un sistema di cariche; energia di un sistema di conduttori carichi in
equilibrio; energia immagazzinata in un condensatore; localizzazione dell'energia nel campo elettrico; energia di un
conduttore isolato; energia in un campo elettrostatico generico; energia di una carica puntiforme; raggio classico
dell'elettrone.
Polarizzazione nei mezzi dielettrici: polarizzabilità atomica e molecolare, molecole polari (cenni).
Campo elettrico prodotto da dielettrici polarizzati: corpi isolanti in un campo elettrico; dipolo elettrico; campo generato da
un dipolo; azioni di un campo elettrostatico su un dipolo; forza di trascinamento su un dipolo; momento di dipolo di una
distribuzione continua a carica nulla; densità di polarizzazione in un dielettrico; campo e potenziale prodotti dalla
polarizzazione; cariche superficiali equivalenti al dielettrico polarizzato; distribuzione di carica in un mezzo a
polarizzazione non uniforme; campo all'interno di un dielettrico.
Polarizzazione indotta dal campo elettrico: dielettrici normali, suscettività dielettrica, costante dielettrica relativa ed
assoluta; vettore spostamento di Maxwell D; sfera conduttrice in un dielettrico omogeneo indefinito; superfici di
discontinuità tra dielettrici normali diversi; rifrazione delle linee di E e D alla superficie di discontinuità; dielettrici non
omogenei; capacità dei conduttori immersi in un dielettrico; condensatori con dielettrico; unità di misura per i campi D e P.
Energia di un sistema di conduttori immersi in un dielettrico; densità di energia in un mezzo dielettrico qualsiasi; forze tra
conduttori - influenza del dielettrico; forza tra le armature di un condensatore; forza agente sul dielettrico.
CORRENTI E CAMPO MAGNETICO
Correnti elettriche: intensità e densità di corrente; conservazione della carica elettrica - equazione di continuità;
dipendenza della densità di corrente dal campo elettrico; legge di Ohm; legge di Ohm per conduttori estesi; regime
stazionario; carica e scarica di un condensatore.
Fenomeni energetici legati al passaggio di corrente: effetto Joule; energia dissipata nei processi di carica e scarica di un
condensatore; generatori e forza elettromotrice; legge di Ohm generalizzata; forza elettromotrice come d.d.p. in assenza di
corrente; generatori nei circuiti; analisi di circuiti in regime stazionario; leggi di Kirchoff; generatori di corrente.
Campo magnetico: fenomeni magnetici; azione dei magneti su cariche elettriche in moto; campo B; forza di Lorentz;
invarianza relativistica della carica elettrica; moto di cariche elettriche nel campo B; ciclotrone; determinazione del rapporto
e/m; spettrografi di massa; moto elicoidale in un campo B.
Campo magnetico e correnti stazionarie: effetto Hall; forze magnetiche sulla corrente elettrica; campo magnetico
prodotto da una corrente elettrica; teorema di Ampère; proprietà differenziali del campo magnetico; analogia col campo
elettrostatico - potenziale vettore; potenziale vettore generato da un circuito filiforme; uso del potenziale vettore per il
calcolo del campo magnetico (corrente rettilinea infinita, foglio piano indefinito); solenoide; toroide; legge di AmpèreLaplace; campo prodotto da una spira circolare; equivalenza di una spira con una distribuzione superficiale di spire
infinitesime; azione del campo magnetico su una spira elementare; campo B prodotto da una spira elementare; principio di
equivalenza.
Induzione elettromagnetica: legge di Faraday; fenomeni di induzione su circuiti in movimento (forza di Lorentz);
fenomeni di induzione dovuti a variazioni di B nel tempo; campo elettrico indotto; violazione della regola del flusso;
correnti parassite; azione frenante delle correnti parassite; forze repulsive dovute alle correnti parassite; mutua induzione;
reciprocità della mutua induzione; autoinduzione; fenomeni induttivi nei circuiti; analisi di circuiti in regime non
stazionario: circuiti RL e RLC.
Proprietà magnetiche della materia: densità di magnetizzazione; campo B prodotto dai mezzi magnetizzati; effetto della
magnetizzazione non uniforme; campo magnetizzante; permeabilità e suscettività magnetica; campi B e H nei magneti
permanenti; rifrazione delle linee di forza di H e B; diamagnetismo; momento magnetico intrinseco dell'elettrone;
paramagnetismo; ferromagnetismo.
Energia associata alle correnti: bilancio energetico nei circuiti induttivi; localizzazione dell'energia nel campo magnetico;
energia magnetica come energia potenziale di un sistema di correnti (cenni); energia magnetica nei mezzi magnetizzabili
(cenni); forze tra correnti e magneti in presenza di un mezzo magnetizzabile.
Equazioni di Maxwell: estensione del teorema di Ampère a situazioni dinamiche; correnti di spostamento; contributo della
polarizzazione al campo B; teorema di Ampère-Maxwell generalizzato; equazioni fondamentali dell'elettromagnetismo.
ONDE ELETTROMAGNETICHE
Richiami sui fenomeni ondulatori: equazione d’onda unidimensionale; soluzione progressiva e regressiva; onde
sinusoidali; periodicità spaziale e temporale; concetto di lunghezza d’onda, numero d’onda, periodo, pulsazione e
frequenza; propagazione dell’energia, potenza, intensità; estensione al caso tridimensionale: equazione di d’Alembert,
vettore d’onda, fronti d’onda, onde piane e sferiche; onde longitudinali e trasversali; polarizzazione; battimenti; velocità di
fase e di gruppo; onde stazionarie; modi di vibrazione; armoniche.
Onde elettromagnetiche: equazione delle onde; campi E e B in un'onda piana; onde piane nello spazio; energia trasmessa
dalle onde elettromagnetiche.
Energia e quantità di moto nelle onde elettromagnetiche: vettore di Poynting; vettore di Poynting nei fenomeni non
radiativi; vettore di Poynting per correnti stazionarie; flusso di energia nella carica di un condensatore; quantità di moto
trasportata da un'onda e.m.; pressione di radiazione.
Onde e.m. prodotte da cariche in moto: potenziali elettrodinamici (cenni), potenziali ritardati; irraggiamento di onde e.m.
(cenni).
OTTICA
Riflessione e rifrazione da superfici piane: ottica geometrica e ottica ondulatoria; riflessione e rifrazione alla superficie di
separazione tra due mezzi; principio di Huygens; principio di Fermat; riflessione totale.
Specchi e lenti: specchio piano; specchio sferico; diottro sferico; lenti sottili; sistemi ottici composti; semplici strumenti
ottici.
La luce come onda e.m.: velocità delle onde e.m., esperienza di Hertz; spettro della radiazione e.m.; propagazione delle
onde e.m. nella materia; indice di rifrazione, dispersione; Teorema di Kirchoff; principio di Huyghens-Fresnel; riflessione e
rifrazione di onde e.m.; legge di Snell; sfasamenti dovuti alla riflessione; principio di reversibilità ottica.
Interferenza: composizione di onde sinusoidali; metodo dei Fasori; coerenza; intensità luminosa nell'interferenza da due
sorgenti puntiformi coerenti; esperimento di Young; interferenza con lamine sottili; anelli di Newton.
Diffrazione: diffrazione di Fraunhofer da una fenditura singola: trattazione qualitativa e quantitativa; diffrazione prodotta
da una apertura circolare; potere risolutivo di una apertura (criterio di Rayleigh); interferenza e diffrazione da una doppia
fenditura.
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