UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DELL'AQUILA
CORSI DI INGEGNERIA
A.A. 2014/2015
Fisica generale II ( I3D )
- Curci Gabriele - Palange Elia (Aggiornato il 30-10-2014)
Contenuti del corso (abstract del programma):
Il corso riprende gli argomenti di elettrostatica introdotti alla fine del corso di Fisica Generale 1 ampliandoli
alla formulazione delle prime due equazioni di Maxwell in forma locale. Si introduce poi lo studio della
elettrodinamica in assenza e in presenza di campi di induzione magnetica e i principi dell'induzione elettrica.
In questo modo si dimostrano le quattro equazioni di Maxwell utilizzate, poi, per ricavare l'equazione delle
onde elettromagnetiche. Il corso si chiude prendendo in esame i concetti di temperatura, calore e lavoro nelle
trasformazioni termodinamiche. Ciò permette di introdurre il primo principio della termodinamica e lo studio
delle macchine termiche e frigorifere. Infine si enuncia il secondo principio della termodinamica, si definisce
la funzione di stato entropia e il suo calcolo nel caso di singole trasformazioni e in relazione alla definizione di
universo termodinamico.
Programma esteso:
1. La legge di Gauss Flusso del campo elettrico e legge di Gauss. Esempi di applicazioni della legge di Gauss.
Campo elettrostatico nell?intorno di uno strato superficiale di carica; continuità e discontinuità delle componenti
cartesiane del campo elettrostatico. Legge di Gauss in forma differenziale. Divergenza di un campo vettoriale.
Teorema della divergenza. Campi vettoriali solenoidali. Equazioni di Maxwell per l?elettrostatica. Le
equazioni di Poisson e Laplace. 2. Conduttori, dielettrici ed energia elettrostatica Conduttori in equilibrio.
Capacità di un conduttore isolato. Conduttore cavo; schermo elettrostatico; induzione completa. Cenni sui
sistemi di conduttori. Condensatori; capacità di un condensatore; vari tipi di condensatori e calcolo della loro
capacità. Collegamento di condensatori: serie e parallelo. Energia del campo elettrostatico di un condensatore.
La costante dielettrica relativa ed assoluta; la suscettività dielettrica; capacità di un condensatore con dielettrico.
Polarizzazione dei dielettrici; momento di dipolo elettrico. Campo elettrico prodotto da un dielettrico
polarizzato; cariche di polarizzazione; densità superficiale e spaziale di carica. Generalità del campo elettrico
all?interno di un dielettrico polarizzato. 3. Corrente elettrica Conduzione elettrica. Corrente elettrica. Legge di
conservazione della carica. Regime di corrente stazionaria. Modello classico della conduzione elettrica. Legge
di Ohm. Legge di Ohm per i conduttori metallici. Resistenza elettrica. Effetto Joule. Resistori in serie e
parallelo. Forza elettromotrice. Legge di Ohm generalizzata. Carica e scarica di un condensatore attraverso un
resistore. Le leggi di Kirchhoff e loro uso nella risoluzione di circuiti puramente resistivi. 4. Forza magnetica e
Campo magnetico Fatti sperimentali sulla interazione magnetica. Linee di forza del campo magnetico. Legge
di Gauss per il campo magnetico. Forza magnetica su di una carica in moto: la forza di Lorentz. Forza
magnetica su di un conduttore percorso da corrente. Momenti meccanici su circuiti piani. Principio di
equivalenza di Ampère. 5. Sorgenti del campo magnetico e Legge di Ampère Campo magnetico prodotto da
una corrente; campo magnetico prodotto da una carica in movimento. Calcoli di campi magnetici prodotti
dalla corrente in circuiti particolari: il filo rettilineo, la spira quadrata e circolare, il solenoide rettilineo. Azioni
elettrodinamiche tra circuiti percorsi da corrente. Legge di Ampère e sue applicazioni. Flusso tra circuiti;
flusso concatenato; coefficiente di auto e mutua induzione. Equazioni di Maxwell e condizioni di continuità del
campo magnetostatico nel vuoto. 8. Proprietà magnetiche della materia Magnetizzazione della materia;
permeabilità magnetica relativa; permeabilità magnetica; suscettività magnetica; sostanze dia- para- e
ferromagnetiche. Generalità sulle correnti amperiane e vettore magnetizzazione. Equazioni generali della
magnetostatica. Definizione e proprietà del vettore H. 9. Campi elettrici e magnetici variabili nel tempo Legge
di Faraday della induzione elettromagnetica; la legge di Lenz. Origine fisica della forza elettromotrice indotta.
Una applicazione della legge di Faraday: il generatore di corrente sinusoidale. Autoinduzione; l?induttore;
apertura e chiusura di un circuito RL. Energia magnetica. Induzione mutua. Energia magnetica di circuiti
accoppiati. Corrente di spostamento; legge di Ampère-Maxwell; le equazioni di Maxwell nel vuoto e nei
mezzi materiali. Derivazione della equazione delle onde in mezzi isotropi. 10. Primo principio della
termodinamica Definizione dei sistemi e degli stati termodinamici. Equilibrio termodinamico. Temperatura e
cenni sui termometri. Sistemi adiabatici. L?esperimento di Joule. Il calore. Il primo principio della
termodinamica. Le trasformazioni termodinamiche: reversibilità ed irreversibilità. Energia interna, calore e
lavoro in una trasformazione termodinamica. La calorimetria. I processi isotermi ed i cambiamenti di stato. 11.
Gas ideali Definizione di gas ideale e reale. Le leggi dei gas. Definizione della temperatura assoluta.
Equazione di stato dei gas ideali. Definizione dei vari tipi di trasformazioni termodinamiche di un gas ideale.
La definizione di lavoro in una trasformazione termodinamica. Calore e calori specifici. Energia interna di un
gas ideale. Relazione di Mayer. Studio di alcune trasformazioni termodinamiche: trasformazioni adiabatiche,
isoterme, isobare ed isocore. Le trasformazioni cicliche. Macchina termica e macchina frigorifera. Rendimento
di un ciclo termico. Il ciclo di Carnot. Il ciclo di Otto. I cicli frigoriferi: esempio del ciclo di Carnot.
Coefficiente di prestazione per un ciclo frigorifero. 12. Secondo principio della termodinamica I due enunciati
del secondo principio della termodinamica. Auto consistenza dei due enunciati. Reversibilità ed irreversibilità
delle trasformazioni termodinamiche. Cicli mono-termici. Dimostrazione del teorema di Carnot. Enunciato del
teorema di Clausius. La funzione di stato entropia. Il principio di aumento dell?entropia. Calcoli di variazioni
di entropia. Entropia di un gas ideale. Definizione dell?universo termodinamico e calcolo della sua entropia in
presenza di trasformazioni e cicli reversibili e irreversibili.
Testi di riferimento:
P. Mazzoldi, M. Nigro, C. Voci "Elementi di fisica: elettromagnetismo". EdiSES Napoli. Trasparenze delle
lezioni e problemi svolti a cura del docente reperibili presso il sito del corso sul portale E-Learning@AQ.
Modalità d'esame:
La modalità esame prevede il superamento di una prova scritta che consiste nel risolvere tre problemi originali:
il primo interessa argomenti di elettrodinamica, il secondo quelli di elettromagnetismo e il terzo quelli di
termodinamica. Si accede alla prova orale se si ottiene a quella scritta una votazione maggiore o uguale a
15/30. La prova orale consiste nello rispondere a tre domande sugli argomenti svolti.
Risultati d'apprendimento previsti:
Alla fine del corso si pretende che gli studenti siano in grado: (i) di conoscere in modo approfondito i concetti
e le grandezze fisiche che permettono di descrivere i fenomeni elettromagnetici e quelli legati agli scambi di
calore e alla produzione di lavoro nelle macchine sia termiche sia frigorifere; (ii) di risolvere problemi levatoi
agli argomenti svolti durante il corso.
Link al materiale didattico:
Elearning@AQ
