liceo scientifico statale “ gino segre` ”

LICEO SCIENTIFICO DI STATO "CARLO CATTANEO"
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ANNO SCOLASTICO 2015-2016
CLASSE 4a N
DISCIPLINA: Fisica
DOCENTE: Prof. Cane Sergio
PROGRAMMA SVOLTO
MODULO A:
Fenomeni termici
Unità 1: Termometria
-
Definizione operativa di temperatura.
Termometri e scale termometriche.
Dilatazione lineare, superficiale e volumetrica dei solidi; dilatazione dei liquidi e anomalia
dell’acqua.
Unità 2: Teoria cinetica dei gas
-
Considerazioni generali sui gas perfetti e sulle trasformazioni termodinamiche.
Legge di Boyle e leggi di Gay-Lussac. Equazione di stato di un gas perfetto.
Calcolo della pressione di un gas perfetto contro le pareti di un recipiente.
Relazione tra energia cinetica e temperatura.
Equipartizione dell’energia e gradi di libertà di un sistema.
Velocità quadratica media.
Distribuzione di Maxwell delle velocità molecolari.
Energia interna.
Equazione di stato di Wan Der Waals per i gas reali.
Cenno sui moti browniani.
Unità 3: Calorimetria e cambiamenti di stato
-
Evoluzione storica del concetto di calore.
Capacità termica e calore specifico. Calorimetro ed equilibrio termico.
Sorgenti di calore e potere calorifico.
Propagazione del calore: conduzione, convezione ed irraggiamento.
Cenno sul calore solare e sull’effetto serra.
Passaggi tra stati di aggregazione: caratteristiche fondamentali di fusione e solidificazione,
evaporazione ed ebollizione, condensazione e liquefazione, sublimazione.
Diagramma delle fasi.
Unità 4: 1° principio della termodinamica
-
Scambi di energia e trasformazioni calore - lavoro.
Energia interna e funzioni di stato.
Principio zero della termodinamica.
Trasformazioni reali e trasformazioni quasi statiche.
-
Lavoro termodinamico.
Primo principio della termodinamica con relative applicazioni.
Calori specifici dei gas perfetti.
Trasformazioni adiabatiche e relative leggi.
Unità 5: 2° principio della termodinamica e macchine termiche
-
Cenno storico sulle macchine termiche e sulla loro evoluzione.
Enunciati di Lord Kelvin e Clausius e dimostrazione della loro equivalenza.
Rendimento di una macchina termica.
Trasformazioni reversibili e irreversibili. Teorema di Carnot
Ciclo di Carnot e relativo rendimento.
Applicazioni tecniche: motore dell’automobile e frigorifero; cenni sul condizionatore e la
pompa di calore.
Unità 6: Entropia e disordine
-
Disuguaglianza di Clausius.
Definizione di entropia e della sua variazione. Collegamento con trasformazioni reversibili e
irreversibili.
Terzo principio della termodinamica e collegamento con lo zero assoluto.
Evoluzione dell’universo e morte termica.
MODULO B:
Onde
Unità 7: Onde elastiche e suono
-
Considerazioni generali sulle onde; distinzione tra onde meccaniche e onde elettromagnetiche.
Onde trasversali e longitudinali.
Fronti d’onda e raggi, classificazione delle onde.
Grandezze fondamentali associate alla propagazione delle onde.
Oscillatori armonici: pendolo semplice e molla.
Onde armoniche e relative equazioni.
Principio di sovrapposizione e interferenza.
Diffrazione delle onde meccaniche.
Cenno sulle onde meccaniche smorzate.
Onde sonore: considerazioni generali.
Caratteristiche del suono: altezza, intensità e timbro.
Intensità e livello sonoro; definizione di decibel e considerazioni sull’inquinamento acustico.
Limiti di udibilità; infrasuoni e ultrasuoni.
Eco e rimbombo.
Onde stazionarie.
Risonanza e battimenti.
Diffrazione del suono.
Effetto Doppler e relative applicazioni.
Unità 8: Onde luminose
-
Luce: caratteristiche generali.
Modello corpuscolare e modello ondulatorio.
Irradiamento e intensità di radiazione. Definizione di angolo solido e steradiante.
Grandezze fotometriche.
Sorgenti di luce. Corpi opachi e trasparenti.
-
Ottica geometrica: considerazioni generali. Riflessione e rifrazione della luce con rispettive
leggi. Angolo limite e riflessione totale.
Specchi piani e sferici: caratteristiche fondamentali. Equazione dei punti coniugati e costruzione
delle immagini.
Cenni su prismi ottici e lenti.
Interferenza della luce ed esperimento di Young.
Diffrazione della luce.
Approfondimento: i colori e la lunghezza d’onda; misura della velocità della luce.
MODULO C:
Fenomeni elettrici
Unità 9: Carica elettrica e legge di Coulomb
-
Elettrizzazione per strofinio e scoperta della carica elettrica. Esperimenti di Gilbert.
Ipotesi di Du Fay e Franklin sulla spiegazione dei fenomeni elettrici.
Conduttori e isolanti.
Elettrizzazione per contatto.
Elettrizzazione per induzione ed elettroforo di Volta.
Elettroscopi e misura della carica elettrica. Definizione di Coulomb.
Principio di conservazione della carica elettrica.
Spiegazione dei fenomeni di elettrizzazione secondo le attuali teorie.
Legge di Coulomb: introduzione storica e spiegazione della legge. Costante elettrica e
dielettrica nel vuoto. Principio di sovrapposizione.
Confronto tra forza elettrica e forza gravitazionale.
Esperimento di Coulomb.
Forza di Coulomb nella materia: costante dielettrica relativa e assoluta.
Polarizzazione.
Unità 10: Campo elettrico
-
Superamento del concetto di azione a distanza e definizione di campo elettrico.
Vettore campo elettrico e intensità di E.
Campi elettrici generati da una carica puntiforme, da due cariche uguali, da due cariche uguali
ed opposte, da un condensatore: caratteristiche generali e linee di campo.
Flusso del campo elettrico e teorema di Gauss.
Applicazioni del teorema di Gauss: calcolo del campo elettrico generato da una distribuzione
piana e infinita di carica, da un filo carico di lunghezza infinita e da una distribuzione sferica di
cariche.
Unità 11: Potenziale elettrico e fenomeni di elettrostatica
-
-
Lavoro del campo elettrico ed energia potenziale elettrica. Andamento della funzione U(r).
Potenziale elettrico e sua unità di misura.
Superfici equipotenziali.
Circuitazione del campo elettrico.
Proprietà dei conduttori: distribuzione delle cariche sulla superficie con descrizione degli emisferi di Cavendish, gabbia e pozzo di Faraday, campo elettrico e potenziale in un conduttore in
equilibrio, teorema di Coulomb e potere delle punte.
Capacità elettrica di un conduttore e sua unità di misura. Capacità di una sfera conduttrice
isolata.
Condensatori piani: considerazioni generali, caratteristiche del campo elettrico, e calcolo della
capacità.
Unità 12: Corrente elettrica nei solidi
-
Concetto di corrente elettrica.
Intensità di corrente e sua unità di misura.
Circuiti elettrici: caratteristiche generali.
Corrente elettrica continua e leggi di Ohm.
Esperienze di laboratorio
-
Calore specifico
Equivalente meccanico del calore
Pendolo semplice
Campi elettrici
Testo adottato:
Ugo Amaldi  L’Amaldi per i licei scientifici.blu – Vol. 1 e 2  Zanichelli editore
Torino, 9 giugno 2016
Il docente
I rappresentanti di classe
Sergio Cane
Francesca Cisario
Mattia Rossi