L`alfabeto dell`Universo

Francesco Poli
L’alfabeto
dell’Universo
Manuale di fisica
per il secondo biennio del liceo scientifico
Volume 2
II
“La filosofia naturale è scritta in questo grandissimo libro
che continuamente ci sta aperto innanzi agli occhi, io dico l'Universo,
ma non si può intendere se prima non s'impara a intender la lingua
e conoscer i caratteri nei quali è scritto. Egli è scritto in lingua matematica,
e i caratteri sono triangoli, cerchi ed altre figure geometriche,
senza i quali mezzi è impossibile a intenderne umanamente parola;
senza questi è un aggirarsi vanamente per un oscuro laberinto.”
Galileo Galilei
III
IV
Sommario
1. La termodinamica del primo principio
1.
L’EQUILIBRIO TERMODINAMICO ................................................................... 1
2.
IL PRIMO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA ........................................ 4
3.
LE TRASFORMAZIONI REVERSIBILI ............................................................. 10
4.
IL LAVORO DI UN GAS PERFETTO ................................................................ 12
5.
I CALORI SPECIFICI DI UN GAS PERFETTO................................................. 20
6.
ADIABATICA REVERSIBILE DI UN GAS PERFETTO .................................. 23
2. La termodinamica del secondo principio
1.
IL MOTORE TERMICO ....................................................................................... 29
2.
IL SECONDO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA................................ 35
3.
IL LAVORO IRREVERSIBILE ............................................................................. 39
4.
IL MOTORE DI CARNOT ................................................................................... 41
5.
UN “SUPERCARBURANTE” PER IL MOTORE DI CARNOT ....................... 45
6.
LA TEMPERATURA TERMODINAMICA ........................................................ 49
7.
IL TEOREMA DI CLAUSIUS .............................................................................. 50
8.
IL TEOREMA DI CARNOT ................................................................................. 53
3. Entropia: la condivisione dell’energia
1.
PROCESSI SPONTANEI E SISTEMI ISOLATI ................................................ 55
2.
ENTROPIA............................................................................................................. 57
3.
CALCOLARE ∆S PER I SISTEMI DI OGGETTI............................................... 69
4.
CALCOLARE ∆S PER I GAS PERFETTI ........................................................... 76
4. Il suono
1.
FREQUENZA ED INTENSITÀ DEL SUONO ................................................... 81
2.
LA VELOCITÀ DEL SUONO .............................................................................. 89
3.
L’EFFETTO DOPPLER.......................................................................................... 93
4.
DIFFRAZIONE, RIFLESSIONE E RIFRAZIONE DEL SUONO ..................... 96
5.
INTERFERENZA DI ONDE SFERICHE........................................................... 101
V
6.
LA RISONANZA NEGLI STRUMENTI A FIATO ......................................... 105
7.
BATTIMENTI ...................................................................................................... 109
5. La luce
1.
LA NATURA DELLA LUCE............................................................................... 115
2.
LA RIFLESSIONE DELLA LUCE ...................................................................... 118
3.
LA RIFRAZIONE DELLA LUCE ....................................................................... 123
4.
LA LENTE BICONVESSA.................................................................................. 130
5.
LA POLARIZZAZIONE DELLA LUCE ............................................................ 137
6.
L’INTERFERENZA DELLA LUCE .................................................................... 138
7.
LA DIFFRAZIONE DELLA LUCE..................................................................... 144
8.
L’EFFETTO DOPPLER PER LA LUCE .............................................................. 148
6. Cariche e campi elettrici
1.
SEPARAZIONI DI CARICA .............................................................................. 151
2.
CONSERVAZIONE DELLA CARICA .............................................................. 153
3.
CONDUTTORI E DIELETTRICI ...................................................................... 155
4.
I CONDUTTORI E L’INDUZIONE ELETTROSTATICA .............................. 158
5.
GLI ISOLANTI E LA POLARIZZAZIONE DIELETTRICA ........................... 160
6.
L’ ELETTROSCOPIO E LA MISURA DELLA CARICA ................................. 161
7.
LA LEGGE DI COULOMB................................................................................. 163
8.
IL PRINCIPIO DI SOVRAPPOSIZIONE ......................................................... 166
9.
AZIONE A DISTANZA...................................................................................... 169
10.
LINEE DI CAMPO .............................................................................................. 175
11.
IL CAMPO ELETTRICO NEI CONDUTTORI ................................................ 177
12.
FLUSSO ELETTRICO E TEOREMA DI GAUSS ............................................. 180
13.
APPLICAZIONI DEL TEOREMA DI GAUSS ................................................. 186
7. Il potenziale elettrostatico
1.
L’ENERGIA POTENZIALE ELETTROSTATICA............................................ 195
2.
IL POTENZIALE ELETTROSTATICO ............................................................. 203
3.
POTENZIALE E CAMPO DI CONDUTTORI CARICHI ............................... 207
4.
I CONDENSATORI ............................................................................................ 213
5.
LA DENSITÀ DI ENERGIA DEL CAMPO ELETTRICO ............................... 221
VI
6.
SERIE E PARALLELO......................................................................................... 223
7.
CONDENSATORI SFERICI .............................................................................. 226
8. La corrente
1.
SPOSTAMENTO DI CARICA IN UN FILO METALLICO ........................... 231
2.
LEGGI DI OHM E FORZA ELETTROMOTRICE ........................................... 237
3.
LE LEGGI DEI CIRCUITI .................................................................................. 246
4.
CARICA E SCARICA DI UN CIRCUITO RC .................................................. 257
9. Fenomeni magnetici
1.
IL CAMPO MAGNETICO ................................................................................. 265
2.
IL MOTORE ELETTRICO IN CORRENTE CONTINUA............................... 274
3.
LA FORMULA DI BIOT E SAVART ................................................................ 277
4.
LA LEGGE DI AMPÈRE ..................................................................................... 281
5.
PARTICELLE CARICHE E CAMPO MAGNETICO ....................................... 286
6.
IL MAGNETISMO NELLA MATERIA ............................................................ 294
VII
VIII