LICEO SCIENTIFICO DI STATO "CARLO CATTANEO" Sede Centrale: Via Sostegno 41/10 - 10146 TORINO - tel: 011 7732013 – 011. 7732014 fax: 011 7732014 Succursale: Via Postumia 57/60 - 10142 TORINO - tel: 011 7071984 fax: 011 7078256 e-mail: [email protected] ANNO SCOLASTICO 2015-2016 CLASSE 4a E 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 Riccardo Amati Jacopo Ciccarelli