Fisica Sperimentale

Classe delle lauree in:
Ingegneria Industriale (L9)
Tipo di attività
formativa:
Base
Titolo dell’insegnamento:
Fisica Sperimentale
Ambito disciplinare:
Fisica e Chimica
Codice
dell’insegnamento:
2123
Corso di laurea in:
Ingegneria Elettrica
Settore scientifico disciplinare:
Fisica Sperimentale (FIS/01)
Anno accademico:
2013 - 2014
CFU:
6
Tipo di insegnamento:
Obbligatorio
Anno:
secondo
Semestre:
primo
DOCENTE:
Prof. IASELLI Giuseppe (PO)
ARTICOLAZIONE IN TIPOLOGIE DIDATTICHE:
Il corso comprende 60 ore di lezioni teoriche e di esercitazioni numeriche.
PREREQUISITI:
Nozioni generali di meccanica, termodinamica, campi elettrostatici e campi magnetostatici.
OBIETTIVI FORMATIVI:
Conoscenza e maturazione dei concetti basilari dell’elettromagnetismo e dell’ottica. Conoscenze basilari dei meccanismi
delle onde elettromagnetiche.
CONTENUTI:
1 Oscillazioni ed onde
Moto armonico semplice, proprietà dell'equazione differenziale dell'oscillatore armonico, energia dell'oscillatore
armonico, somma di moti armonici sullo stesso asse e su assi ortogonali, oscillatore armonico smorzato da una forza di
attrito costante, oscillatore armonico smorzato da una forza viscosa, oscillatore armonico forzato, introduzione ai
fenomeni ondulatori, onde piane armoniche, onde elastiche in una corda tesa, cenni di onde elastiche in una sbarra solida
e nei gas, propagazione dell'energia in una corda tesa, oscillazioni elettriche, circuiti in corrente alternata, resistori in un
circuito C.A., induttori in un circuito C.A., condensatori in un circuito C.A., il circuito RLC serie e parallelo, risonanza.
2 Equazioni di Maxwell
Flusso del campo elettrostatico, legge di Gauss, divergenza del campo elettrostatico, legge di Ampere- Maxwell, le
equazioni di Maxwell, proprietà integrali del campo elettrostatico, teorema di Gauss in forma differenziale, teorema
della divergenza, divergenza in coordinate cartesiane, rotazionale di un campo vettoriale, teorema di Stokes, uso formale
degli operatori differenziali, proprietà differenziali del campo elettrostatico, equazione di Poisson e di Laplace per il
potenziale elettrostatico, le equazioni di Maxwell in forma differenziale, onde piane, onde armoniche, onde
elettromagnetiche piane, deduzione delle onde elettromagnetiche piane dalle equazioni di Maxwell, energia e quantità di
moto di un'onda elettromagnetica (vettore di Poynting e pressione di radiazione), polarizzazione dell'onda
elettromagnetica, radiazione elettromagnetica da dipolo elettrico oscillante, esperimento di Hertz, velocità della luce,
cenni su esperimenti per la misura della velocità della luce.
3 Riflessione e rifrazione della luce
La luce: l'indice di rifrazione, Principio di Huygens-Fresnel, il principio di Fermat, le leggi della riflessione e rifrazione
e loro deduzioni dal principio di Huygens-Fresnel e Fermat.
4 Interferenza
Fenomeni di interferenza: sorgenti luminose coerenti, esperimento di Young, interferenza della luce su lamine sottili,
cuneo sottile, anelli di Newton, onde elettromagnetiche stazionarie: esperienza di Hertz, interferenza di N sorgenti
elettromagnetiche sincrone.
5 Diffrazione
Fenomeni di diffrazione di Fraunhofer e Fresnel, diffrazione di Fraunhofer ad una fenditura rettilinea, diffrazione di
Fraunhofer ad una fenditura circolare e da un disco opaco, il reticolo di diffrazione, spettroscopia col reticolo di
diffrazione.
METODI DI INSEGNAMENTO:
Lezioni ed esercitazioni numeriche in aula supportate da PC portatile e proiettore; chiarimenti a richiesta forniti dal
docente; esercizi da svolgere “a casa”.
CONOSCENZE E ABILITÀ ATTESE:
Conoscenza e maturazione dei concetti basilari dell’elettromagnetismo e dell’ottica. Conoscenze basilare dei
meccanismi delle onde elettromagnetiche. Capacità di calcolo numerico su semplici sistemi fisici.
SUPPORTI ALLA DIDATTICA:
PC portatile e proiettore; libro di testo e appunti del docente in formato elettronico.
CONTROLLO DELL’APPRENDIMENTO E MODALITÀ D’ESAME:
Esoneri scritti relativi a teoria ed applicazioni; esame scritto relativo a teoria ed applicazioni per coloro che non
superano gli esoneri; esame orale a richiesta dello studente o a discrezione del docente.
TESTI DI RIFERIMENTO PRINCIPALI:
Mazzoldi – Nigro – Voci, Elementi di Fisica, Elettromagnetismo ed Onde (II edizione)
Mazzoldi – Nigro - Voci, Fisica, vol. I, vol. II
Chiaradia – Guerriero – Selvaggi, Fisica II Elettrostatica e correnti
ULTERIORI TESTI SUGGERITI:
Su richiesta.
Degree class:
First level (three year) degree:
Academic year:
Industrial engineering
Electrical engineering
2013- 2014
Type of course
Disciplinary area:
Scientific Discipline Sector:
ECTS Credits:
Basic
Physics and Chemistry
Physics (FIS/01)
6
Title of the course:
Code:
Type of course:
Year:
Semester:
Applied Physics
2123
Compulsory
2rd
1st
LECTURER:
Prof. IASELLI Giuseppe (Full Professor)
HOURS OF INSTRUCTION
60 hours of in-class lectures and numerical applications.
PREREQUISITES:
General concepts of classical mechanics, thermodynamics, static electric fields, static magnetic fields.
AIMS:
Uunderstanding and knowledge of basic concepts of electromagnetism and optics. Ability in solving numerically simple
physical system.
PROGRAMME:
1 Oscillations and waves
Simple harmonic motion, properties of the differential equation of the harmonic oscillator, the harmonic
oscillator energy, the sum of harmonic motions on the same axis and orthogonal axis, damped harmonic oscillator by a
constant friction force, harmonic oscillator damped by a viscous force, forced harmonic oscillator, introduction to wave
phenomena, harmonic plane waves, elastic waves in a stretched string, basis of elastic waves in a solid bar and gases,
the energy propagation on a rope, electrical oscillations, alternating current circuits, resistors in an AC circuit,
inductors in an AC circuit, capacitors in an AC circuit, the circuit RLC series and parallel, resonance.
2 Maxwell’s equations
Gauss’ law, divergence of the electrostatic field, Ampere-Maxwel law, Maxwell's equations, integral properties of
the electric field, Gauss' law in differential formalism , the divergence theorem, divergence in Cartesian
coordinates,, Stokes
theorem,
use of differential
operators, differential
properties of
the
electrostatic
field, Laplace and Poisson equation for electrostatic potential, Maxwell's equations in differential formalism , plane
waves, harmonic waves, electromagnetic waves, deduction of plane electromagnetic waves from Maxwell's equations,
energy and momentum of an electromagnetic wave (Poynting vector and radiation pressure), polarization of the
electromagnetic wave, electromagnetic radiation from oscillating electric dipole, Hertz experiment, the speed of
light, signs of experiments to measure the speed of light.
3 Reflection and refraction of light
The index of refraction, Huygens-Fresnel principle, Fermat's principle, the laws of reflection and refraction and
their deductions from the principle of Huygens-Fresnel and Fermat.
4 Interference
Interference phenomena: coherent light sources, Young's experiment, interference on thin films, Newton's rings, static
electromagnetic waves: the Hertz experience, synchronous electromagnetic interference of N sources.
5 Diffraction
Fraunhofer and Fresnel diffraction, Fraunhofer diffraction through a
diffraction grating, grating spectroscopy .
slit, Fraunhofer diffraction through a hole
TEACHING METHODS:
In class lectures and numerical applications; some experimental testing.
EXPECTED OUTCOME AND SKILL:
Uunderstanding and knowledge of basic concepts of electromagnetism and optics. Ability in solving numerically simple
physical system.
TEACHING AIDS:
1 portable PC, a projector, a textbook and supplementary notes.
EXAMINATION METHOD:
The exam consists of two written tests broken down into 2 parts: theory (closed book) and applications (open book).
Students who fail the tests must take a written exam and, if they wish, an oral one.
BIBLIOGRAPHY:
Mazzoldi – Nigro – Voci, Elementi di Fisica, Elettromagnetismo ed Onde (II edizione)
Mazzoldi – Nigro - Voci, Fisica, vol. I, vol. II
Chiaradia – Guerriero – Selvaggi, Fisica II Elettrostatica e correnti
FURTHER BIBLIOGRAPHY:
Upon request.