Indice
XI
Prefazione
Introduzione
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
La fisica e il metodo scientifico . . . . . . . . . . .
1
Grandezze fisiche, unità e sistemi di unità
di misura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
Lunghezza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3
Intervallo di tempo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6
Sistemi di unità . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8
Dimensioni ed equazioni dimensionali . . . .
9
Misure ed errori . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Cinematica del punto materiale
1.1.
1.2.
1.3.
1.4.
1.5.
1.6.
1.7.
1.8.
1.9.
1.10.
1.11.
1.12.
Introduzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Sistemi di riferimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Equazioni del moto. Moti componenti . . . .
Traiettoria. Equazione oraria . . . . . . . . . . . .
Spostamenti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Gradi di libertà . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Velocità e accelerazione . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Moto rettilineo uniforme . . . . . . . . . . . . . . . . .
Moto uniformemente accelerato . . . . . . . . . .
Moto circolare uniforme . . . . . . . . . . . . . . . . .
Moto armonico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Moto circolare uniforme e moti armonici
componenti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Accelerazione in un moto con traiettoria
giacente in un piano . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Moto di un punto con traiettoria qualsiasi
Moti centrali. Velocità areolare . . . . . . . . . .
Definizione del moto dalla conoscenza dell’accelerazione o della velocità. . . . . . . . . . . .
Moto di un punto in sistemi di riferimento
diversi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.13.
1.14.
1.15.
1.16.
1.17.
2
Dinamica del punto materiale
2.1.
Legge di inerzia. Terne di riferimento inerziali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Forza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Concetto di massa inerziale . . . . . . . . . . . . . .
Secondo principio della dinamica . . . . . . . . .
Quantità di moto e impulso . . . . . . . . . . . . . .
2.2.
2.3.
2.4.
2.5.
2.7.
2.8.
2.9.
2.10.
2.11.
2.12.
2.13.
2.14.
2.15.
2.16.
2.17.
2.18.
Meccanica
1
2.6.
15
16
16
17
18
18
19
21
22
24
26
27
30
31
33
2.19.
2.20.
2.21.
2.22.
3
Lavoro ed energia per il punto
materiale
3.1.
3.2.
3.3.
Definizione di lavoro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Potenza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Energia cinetica. Teorema del lavoro e dell’energia cinetica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Campi di forza conservativi . . . . . . . . . . . . . .
Energia potenziale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Conservazione dell’energia meccanica nel
caso di forze conservative . . . . . . . . . . . . . . . .
Energia nell’oscillatore armonico . . . . . . . . .
Energia potenziale di gravitazione . . . . . . . .
Energia meccanica di un punto materiale
in campo conservativo . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Variazione dell’energia meccanica in presenza di forze non conservative . . . . . . . . . . .
Conservazione dell’energia . . . . . . . . . . . . . . .
Massa inerziale e massa gravitazionale . . .
Teoria della relatività ristretta . . . . . . . . . . .
3.4.
3.5.
3.6.
3.7.
3.8.
3.9.
34
3.10.
35
3.11.
3.12.
3.13.
41
44
45
48
50
Terzo principio della dinamica. Azione e
reazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Critica e limiti della meccanica newtoniana
Forze e interazioni fondamentali . . . . . . . . .
Peso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Forze elastiche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Reazioni vincolari . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Attrito . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Resistenze passive . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Processi oscillatori . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Pendolo semplice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Momento di una forza rispetto a un punto
e rispetto a un asse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Momento della quantità di moto . . . . . . . . .
Teorema del momento della quantità di
moto. Conservazione del momento della
quantità di moto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Descrizione del moto in sistemi non inerziali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Forze apparenti: la forza centrifuga . . . . . .
Forze apparenti: la forza di Coriolis . . . . . .
Conclusioni sulla dinamica del punto . . . . .
51
51
53
55
57
58
59
62
62
66
68
69
70
72
74
76
77
79
81
82
83
86
89
90
92
95
97
99
100
101
4
Meccanica dei sistemi di punti materiali
4.1.
4.2.
Introduzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
Centro di massa e moto del centro di massa 106
Indice
IV
4.3.
4.8.
4.9.
4.10.
4.11.
4.12.
4.13.
Quantità di moto di un sistema e prima
equazione cardinale della dinamica dei sistemi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Principio di conservazione della quantità di
moto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Teorema del momento della quantità di
moto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Principio di conservazione del momento
della quantità di moto . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Teorema del lavoro e dell’energia cinetica
nei sistemi di punti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Energia cinetica e moto del centro di massa
Energia potenziale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Conservazione dell’energia meccanica. . . . .
Problemi di meccanica dei sistemi . . . . . . . .
Processi d’urto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Urto normale centrale . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5
Meccanica dei corpi rigidi
4.4.
4.5.
4.6.
4.7.
5.1.
5.2.
5.3.
5.4.
5.5.
5.6.
5.7.
Introduzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Cinematica dei corpi rigidi . . . . . . . . . . . . . . .
Dinamica del corpo rigido . . . . . . . . . . . . . . . .
Sistemi equivalenti di forze . . . . . . . . . . . . . . .
Corpo girevole intorno a un asse fisso . . . .
Momento d’inerzia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Esempi di moto di rotazione intorno a un
asse fisso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.8. Energia cinetica di un corpo rigido libero.
5.9. Statica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.10. Leve. Bilancia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6
Meccanica dei corpi deformabili.
Elasticità
6.1.
6.2.
6.3.
6.4.
6.5.
6.6.
6.7.
6.8.
6.9.
Introduzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Deformazioni elastiche e plastiche . . . . . . . .
Deformazioni di volume e di scorrimento .
Forze applicate e sforzi . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Legge di Hooke. Legge di sovrapposizione
Compressione di volume . . . . . . . . . . . . . . . . .
Deformazione di trazione e di scorrimento
Origine delle proprietà elastiche nei solidi
Sollecitazioni e deformazioni nei fluidi. La
viscosità dei liquidi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7
Meccanica dei fluidi
7.1.
7.2.
7.3.
7.4.
7.5.
7.6.
7.7.
7.8.
7.9.
7.10.
7.11.
Introduzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Pressione in un punto di un fluido . . . . . . .
Equazioni della statica dei fluidi . . . . . . . . .
Statica dei fluidi pesanti . . . . . . . . . . . . . . . . .
Principio di Pascal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Misura delle pressioni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Principio di Archimede . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Dinamica dei fluidi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Linee di flusso e di corrente . . . . . . . . . . . . . .
Equazione di continuità . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Teorema del lavoro e dell’energia cinetica
per fluidi ideali. Equazione di Bernoulli . .
8
Onde in mezzi elastici
8.1.
8.2.
8.3.
8.4.
Introduzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Vari tipi di onde elastiche . . . . . . . . . . . . . . . .
Onde piane longitudinali sinusoidali . . . . . .
Velocità di propagazione ed equazione delle
onde longitudinali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
108
109
110
113
114
114
116
117
118
119
121
8.5.
8.6.
8.14.
8.15.
8.16.
8.17.
8.18.
Trasporto di energia e intensità di un’onda
Onde longitudinali sferiche e onde trasversali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Sovrapposizione e interferenza: onde stazionarie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Principio di Huygens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Propagazione delle onde . . . . . . . . . . . . . . . . .
Riflessione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Rifrazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Fenomeni di diffrazione . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Sorgente o ricevitore in moto. Effetto Doppler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Suoni e ultrasuoni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Sorgenti unidimensionali . . . . . . . . . . . . . . . . .
Sorgenti bidimensionali . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Caratteri dei suoni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
La voce umana e l’orecchio . . . . . . . . . . . . . .
9
Termodinamica
Cenni di struttura atomica
8.7.
8.8.
8.9.
8.10.
8.11.
8.12.
8.13.
127
128
129
130
132
135
9.1.
9.2.
9.3.
136
137
139
140
9.5.
9.6.
9.4.
10
Termologia
10.1.
10.2.
Introduzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Temperatura. Principio zero della termodinamica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Scale termometriche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Termometri. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Espansione termica dei solidi e dei liquidi
Quantità di calore e calorimetria . . . . . . . . .
Trasmissione del calore - convezione . . . . . .
Conduzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Irraggiamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
143
144
145
146
149
150
151
152
10.3.
10.4.
10.5.
10.6.
10.7.
10.8.
10.9.
154
11
159
160
162
163
166
167
168
170
171
172
173
Introduzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Teoria di Bohr per l’atomo di idrogeno . . .
Livelli di energia degli elettroni in un
atomo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Struttura dell’atomo. Sistema periodico
degli elementi. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Forze fra atomi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Molecole e cristalli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
188
189
190
192
193
194
196
197
200
204
205
210
212
213
217
218
221
225
227
231
235
236
239
243
244
246
248
249
251
Primo principio della termodinamica.
Conservazione dell’energia
11.1.
11.2.
11.3.
11.4.
Introduzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Sistemi termodinamici . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Equilibrio termodinamico . . . . . . . . . . . . . . . .
Grandezze o variabili di stato. Equazioni
di stato . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11.5. Trasformazioni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11.6. Lavoro in trasformazioni reversibili . . . . . . .
11.7. Calore ed energia. Equivalente meccanico
della caloria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11.8. Primo principio della termodinamica.
Principio di conservazione dell’energia . . . .
11.9. Capacità termiche e calori specifici . . . . . . .
11.10. Quantità di calore fornite a volume o a
pressione costante. Entalpia . . . . . . . . . . . . .
11.11. Processi isotermi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11.12. Processi adiabatici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
255
255
256
258
260
262
263
266
268
270
271
271
177
179
182
12
Stati gassoso, liquido e solido
186
12.1.
12.2.
Introduzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273
Equazione di stato per i gas perfetti. . . . . . 273
Indice
12.3.
12.4.
12.5.
12.6.
12.7.
12.8.
12.9.
12.10.
12.11.
12.12.
12.13.
12.14.
12.15.
12.16.
12.17.
12.18.
12.19.
12.20.
12.21.
12.22.
12.23.
12.24.
12.25.
12.26.
12.27.
12.28.
12.29.
13
13.1.
13.2.
13.3.
13.4.
13.5.
13.6.
13.7.
13.8.
13.9.
13.10.
13.11.
13.12.
13.13.
13.14.
13.15.
13.16.
V
Energia interna di gas perfetti . . . . . . . . . . .
Espressione del primo principio della termodinamica per i gas perfetti . . . . . . . . . . . .
Trasformazioni di gas perfetti . . . . . . . . . . . .
Teoria cinetica e modello dei gas perfetti .
Pressione nella teoria cinetica . . . . . . . . . . . .
Interpretazione cinetica della temperatura
Distribuzione delle velocità molecolari in
stati di equilibrio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Legge di Boltzmann di distribuzione delle
energie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Limiti della statistica di Maxwell-Boltzmann . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Calori specifici nei gas perfetti ed equipartizione dell’energia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Oscillatore armonico e rotatore libero nella
meccanica quantistica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Teoria quantistica dei calori specifici . . . . .
Isoterme per i gas reali nel piano pressionevolume . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Equazione di stato di Van der Waals . . . . .
Stato liquido ed equazione di Van der
Waals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Tensione superficiale nei liquidi . . . . . . . . . .
Contatto di due fluidi con un terzo mezzo
Capillarità . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Evaporazione ed ebollizione . . . . . . . . . . . . . .
Sublimazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Umidità . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Solidi cristallini e corpi amorfi . . . . . . . . . . .
Equazioni di stato . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Calori specifici dei solidi . . . . . . . . . . . . . . . . .
Fusione e solidificazione . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Liquidi a struttura quasi cristallina . . . . . .
Calori specifici nei liquidi . . . . . . . . . . . . . . . .
277
278
279
281
282
284
285
14.5.
Entalpia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 359
Funzione di Helmholtz o energia libera a
temperatura costante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 360
Funzione di Gibbs o entalpia libera . . . . . . 362
15
Radiazione e materia
15.1.
15.2.
Introduzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 365
Emissione, assorbimento e riflessione di
energia raggiante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 365
Radiazione del corpo nero . . . . . . . . . . . . . . . 369
15.3.
287
288
289
292
293
296
297
301
303
306
307
309
312
312
313
315
317
318
321
322
Elettromagnetismo
16
Elettrostatica
16.1.
16.2.
16.3.
16.4.
Introduzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Esperienze elementari . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Legge di Coulomb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Quantizzazione e conservazione della carica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Energia elettrostatica di un sistema di cariche puntiformi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Il campo elettrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Rappresentazione del campo elettrico. Linee di forza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Legge di Gauss . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Alcune applicazioni della legge di Gauss . .
Il potenziale elettrostatico . . . . . . . . . . . . . . .
Il potenziale elettrostatico per alcune distribuzioni di cariche. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Il dipolo elettrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Azioni su un dipolo in campo elettrico . . .
I conduttori nel campo elettrico . . . . . . . . . .
Capacità e condensatori . . . . . . . . . . . . . . . . .
Energia immagazzinata in un condensatore. Energia nel campo elettrostatico . . . .
Densità di carica sulla superficie dei conduttori . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Forze sui conduttori carichi . . . . . . . . . . . . . .
Strumenti elettrostatici . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Il campo elettrostatico nei dielettrici . . . . .
Il vettore spostamento elettrico . . . . . . . . . .
Capacità di un condensatore contenente un
dielettrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Paragone dei valori del campo elettrico
nel vuoto e in un mezzo dielettrico materiale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Campo elettrico alla superficie di separazione di due dielettrici . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Forze fra cariche in un dielettrico . . . . . . . .
Energia di un sistema di cariche in presenza di un dielettrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Interpretazione microscopica della polarizzazione nei dielettrici. Campo locale . . . . .
Intensità di polarizzazione e momenti atomici di dipolo. Polarizzazione nei gas non
densi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Polarizzabilità e costante dielettrica di
mezzi densi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Perdite nei dielettrici e rigidità . . . . . . . . . . .
Generatore di Van der Graaff . . . . . . . . . . . .
16.5.
16.6.
16.7.
16.8.
16.9.
16.10.
16.11.
16.12.
16.13.
16.14.
16.15.
16.16.
16.17.
Secondo principio della termodinamica
Introduzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Macchine termiche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Ciclo di Carnot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Il secondo principio della termodinamica .
Teorema di Carnot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Temperatura termodinamica . . . . . . . . . . . . .
Zero assoluto e sua irraggiungibilità . . . . . .
Entropia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Disuguaglianza di Clausius . . . . . . . . . . . . . . .
Entropia nei sistemi isolati. Processi irreversibili . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Temperatura ed entropia come coppia di
variabili di stato . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Entropia e disordine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Entropia ed espressioni del primo e del secondo principio della termodinamica . . . . .
Entropia di un gas perfetto . . . . . . . . . . . . . .
Entropia nei cambiamenti di stato ed entropia di mescolamento . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Il terzo principio della termodinamica . . . .
14.3.
14.4.
325
325
326
329
330
332
334
335
341
16.18.
16.19.
16.20.
16.21.
16.22.
16.23.
16.24.
343
16.25.
16.26.
343
345
16.27.
347
349
16.28.
349
351
16.29.
14
Funzioni termodinamiche caratteristiche
14.1.
14.2.
Introduzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 357
Energia interna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 357
16.30.
16.31.
375
376
380
384
384
387
391
392
395
401
405
407
409
410
413
418
419
420
422
425
431
431
432
433
434
435
436
436
441
443
444
17
Correnti elettriche stazionarie
17.1.
Introduzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 447
Indice
VI
17.2.
17.3.
17.4.
17.5.
17.6.
17.7.
17.8.
17.9.
17.10.
17.11.
17.12.
17.13.
17.14.
17.15.
Densità e intensità della corrente di conduzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Vari tipi di corrente. Corrente di spostamento. Circuito elettrico . . . . . . . . . . . . . . . . .
Legge di Ohm. Resistenza . . . . . . . . . . . . . . .
Potenza in un tratto di circuito. Legge di
Joule . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Forza elettromotrice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Circuiti in serie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Le regole di Kirchhoff per i circuiti . . . . . . .
Misurazione di differenze di potenziale, di
resistenze e di potenze . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Teoremi sui circuiti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Processi di conduzione nella materia . . . . .
Teoria di Drude degli elettroni liberi nei
metalli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Confronto fra teoria di Drude ed esperienza
I superconduttori . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Le equazioni circuitali per condizioni quasi
stazionarie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
18
Il campo magnetico di correnti stazionarie
18.1.
18.2.
Introduzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Azioni magnetiche. Vettore induzione magnetica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Forze magnetiche su cariche puntiformi in
moto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Forza magnetica su una corrente. Seconda
formula di Laplace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Sollecitazione su un circuito percorso da
corrente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Campo magnetico creato da correnti.
Prima formula di Laplace . . . . . . . . . . . . . . . .
Il vettore per alcune distribuzioni di cariche in moto. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Azioni fra correnti. Definizione dell’ampère . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Momento magnetico di una spira e di una
bobina percorsa da corrente . . . . . . . . . . . . . .
Strumenti di misura di correnti . . . . . . . . . .
Proprietà fondamentali di . . . . . . . . . . . . . . . .
Potenziale scalare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Il vettore intensità del campo magnetico .
I vettori magnetici nella materia . . . . . . . . .
Campo magnetico alla superficie di separazione di due mezzi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Vari tipi di materiali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Impieghi dei materiali ferromagnetici . . . . .
Poli magnetici. Aghi magnetici . . . . . . . . . .
Circuito magnetico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Progetto di magneti permanenti . . . . . . . . .
Spiegazione classica del comportamento
magnetico della materia. Momenti magnetici atomici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Momenti della quantità di moto e momenti
magnetici per sistemi atomici nella meccanica quantistica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Teoria quantistica del paramagnetismo
atomico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Ferromagnetismo. Ipotesi di Weiss. Domini ferromagnetici e loro magnetizzazione
spontanea . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
18.3.
18.4.
18.5.
18.6.
18.7.
18.8.
18.9.
18.10.
18.11.
18.12.
18.13.
18.14.
18.15.
18.16.
18.17.
18.18.
18.19.
18.20.
18.21.
18.22.
18.23.
18.24.
448
451
453
458
459
462
466
470
471
473
480
484
486
487
491
492
495
18.25. Interazioni responsabili del campo molecolare. Teoria di Heisenberg . . . . . . . . . . . . . . . .
18.26. Anisotropia ferromagnetica e magnetostrizione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
18.27. Domini magnetici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
18.28. Curva di magnetizzazione e ciclo di isteresi
18.29. Il campo magnetico terrestre . . . . . . . . . . . . .
19
L’induzione elettromagnetica
19.1.
19.2.
19.3.
Introduzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Legge di Faraday-Neumann-Lenz. . . . . . . . .
Interpretazione microscopica delle esperienze di induzione elettromagnetica . . . . .
Alcuni esempi di induzione elettromagnetica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Forza elettromotrice indotta in condizioni
quasi stazionarie. Coefficienti di mutua induzione e autoinduzione . . . . . . . . . . . . . . . . .
Circuito RL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Energia in un induttore. Densità di energia
nel campo magnetico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
19.4.
19.5.
19.6.
19.7.
20
Le correnti alternate nell’approssimazione di stati quasi-stazionari
20.1.
20.2.
Introduzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Metodi di rappresentazione di grandezze
sinusoidali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Circuiti serie in corrente alternata . . . . . . .
Trattazione generale di reti in corrente alternata mediante la rappresentazione con
numeri complessi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Potenza nei circuiti in corrente alternata .
Misurazione delle grandezze nei circuiti in
corrente alternata. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Oscillazioni libere in un circuito RLC . . . .
Trasformatore statico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
20.3.
20.4.
499
500
20.5.
20.6.
502
505
20.7.
20.8.
507
21
Le equazioni di Maxwell e le onde
elettromagnetiche
21.1.
21.2.
21.3.
Introduzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Le equazioni di Maxwell . . . . . . . . . . . . . . . . .
Propagazione di una perturbazione elettromagnetica in un mezzo dielettrico omogeneo, privo di cariche e correnti . . . . . . . . . . .
Onde piane in un dielettrico omogeneo . . .
Energia delle onde elettromagnetiche. Vettore di Poynting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Propagazione delle onde elettromagnetiche
Riflessione e rifrazione di onde piane . . . . .
Polarizzazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Polarizzazione per riflessione . . . . . . . . . . . . .
509
511
513
516
516
517
21.4.
21.5.
548
549
550
554
557
561
561
564
570
575
578
580
583
586
591
600
603
605
606
611
617
617
626
629
634
636
638
642
646
523
525
527
530
531
533
21.6.
21.7.
21.8.
21.9.
535
22
Ottica
Natura della luce e trattazione dell’ottica
541
22.1.
22.2.
22.3.
Teoria ondulatoria e corpuscolare . . . . . . . . 649
Sorgenti di luce . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 653
Velocità della luce . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 654
543
545
23
Ottica geometrica
23.1.
23.2.
Introduzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 659
Sistemi ottici e immagini . . . . . . . . . . . . . . . . 661
Indice
VII
23.3.
23.4.
Formazione di immagini per riflessione . . .
Convenzioni sui segni per gli spazi oggetto
e immagine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
23.5. Distanza focale. Formula degli specchi sferici. Costruzione grafica delle immagini . .
23.6. Formazione di immagini per rifrazione . . .
23.7. Proprietà generali dei sistemi ottici centrati . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
23.8. Lenti sferiche sottili . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
23.9. Aberrazioni delle lenti . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
23.10. Dispositivi ottici per la formazione di immagini . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
24
Ottica fisica
24.1.
24.2.
24.3.
24.4.
24.5.
24.6.
24.7.
24.8.
24.9.
Introduzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Principio di Huygens-Fresnel . . . . . . . . . . . . .
Interferenza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Esperienza di Young . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Coerenza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Il laser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
La diffrazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Diffrazione di Fresnel e di Fraunhofer . . . .
Estensione delle figure di diffrazione nella
zona d’ombra. Propagazione rettilinea . . .
Diffrazione di Fraunhofer. Fenditura semplice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Potere risolutivo di una fenditura rettangolare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Diffrazione di Fraunhofer con apertura circolare e suo potere risolutivo . . . . . . . . . . . . .
Reticolo di diffrazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Reticoli e spettri . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Reticoli tridimensionali. Diffrazione di
raggi X . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
24.10.
24.11.
24.12.
24.13.
24.14.
24.15.
663
667
668
674
679
684
689
690
701
701
705
706
712
716
722
723
725
726
733
735
738
740
742
25
Elettroni nei cristalli e processi legati alle loro proprietà nei metalli
25.1.
25.2.
25.3.
Introduzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Statistiche quantistiche . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Funzioni di distribuzione delle statistiche
Fermi-Dirac e Bose-Einstein . . . . . . . . . . . . .
25.4. Formazione delle bande di livelli energetici
consentiti agli elettroni nei cristalli . . . . . . .
25.5. Effetto Volta, o del potenziale di contatto.
Lavoro di estrazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
25.6. Effetti termoelettrici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
25.7. Coppie termoelettriche . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
25.8. Emissione termica di elettroni. . . . . . . . . . . .
25.9. Effetto fotoelettrico esterno . . . . . . . . . . . . . .
25.10. Effetto fotoelettrico interno . . . . . . . . . . . . . .
747
748
751
754
758
761
766
767
769
771
Appendici
AI
Calcolo vettoriale
AI.1. Sintesi delle regole . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 777
AII I sistemi di unità di misura in elettromagnetismo
AII.1.
AII.2.
AII.3.
AII.4.
AII.5.
AII.6.
AII.7.
Introduzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Sistema CGS elettrostatico . . . . . . . . . . . . .
Sistema CGS elettromagnetico . . . . . . . . . .
Sistema misto o di Gauss . . . . . . . . . . . . . . .
Sistema pratico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Sistema MKSA e SI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Confronto fra dimensioni e unità nei vari
sistemi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
AII.8. Formule equivalenti nei vari sistemi . . . . .
AII.9. Sistema Internazionale di Unità. . . . . . . . .
Bibliografia
Indice analitico
783
784
787
790
791
792
795
796
798
799
801
Prefazione
Il presente volume Lezioni di fisica è stato redatto per soddisfare, in particolare, le esigenze degli studenti di Ingegneria che, dopo la recente riforma dei curriculi universitari, si presenta assai
differenziata tra i diversi corsi di laurea.
Esso fa uso in larga misura dei testi scritti in precedenza, che per molti anni sono stati usati
in corsi di fisica delle facoltà di Ingegneria e di Scienze delle nostre Università: questi testi sono
stati ristrutturati in un unico volume, nel quale si compendiano tutti i temi, dalla meccanica alla
termodinamica, all’elettromagnetismo, all’ottica, e nel quale si è cercato di snellire la trattazione,
mantenendo nel contempo alcune aperture sugli aspetti più significativi dell’evoluzione recente.
