Universit`a di Trieste - Facolt`a di Ingegneria - aa

Università di Trieste - Facoltà di Ingegneria - a.a. 2008-09
Diario e bibliografia del corso di Fisica Generale 2 - F. Della Valle
Lauree triennali in Ingegneria Industriale
Settimana 1
22/09/09 9-11, totale ore: 2
Introduzione al corso. Prerequisiti matematici: sistemi di riferimento, vettori, derivate, integrali.
Focardi Massa Uguzzoni, Fisica Generale. Meccanica, Cap. 1
23/09/09 17-19, totale ore: 4
Fenomeni triboelettrici su corpi isolanti e metallici. Induzione elettrostatica. Forze su corpi neutri dovute a corpi elettrizzati. Quantizzazione della
carica elettrica. Struttura della materia; isolanti e conduttori. Principio di
conservazione della carica.
Gettys Keller Skove, Fisica 2, §§1.1–1.3
24/09/09 14-16, totale ore: 6
Forza di Coulomb e principio di sovrapposizione. Definizione dell’unità di
misura della carica elettrica nel S.I. Conservatività della forza coulombiana;
energia elettrostatica. Campo elettrico, definizione operativa; dimensioni ed
unit di misura.
Gettys Keller Skove, Fisica 2, §§1.4, 1.5
25/09/09 14-16, totale ore: 8
Esempi di calcolo di campi elettrici. Campo del dipolo. Campo del filo
uniformemente carico; limite del filo indefinito.
Gettys Keller Skove, Fisica 2, §§1.6, 1.7
Settimana 2
30/09/09 15-17, totale ore 10
Campo elettrico sull’asse di un anello di carica e sull’asse di un disco di
carica; limite del piano indefinito. Definizioni di angolo piano e di angolo
solido. Flusso di un vettore.
Gettys Keller Skove, Fisica 2, §§1.6, 2.1, 2.2
1/10/09 14-16, totale ore 12
Legge di Gauss; enunciato e dimostrazione. I equazione di Maxwell in forma integrale. Applicazioni: calcolo del campo elettrico di un filo indefinito
uniformemente carico; campo elettrico di uno strato di carica; doppio strato.
Gettys Keller Skove, Fisica 2, §§2.3–2.5
02/09/09 9-11, totale ore 14
Applicazioni della legge di Gauss: campo elettrico di distribuzioni di carica a
simmetria sferica; distribuzione di carica sferica uniforme con cavità sferica.
Equilibrio nel campo elettrostatico. Operatore divergenza e teorema della
divergenza. I equazione di Maxwell in forma differenziale.
1
Gettys Keller Skove, Fisica 2, §§2.4, 2.5
Settimana 3
06/10/09 9-11, totale ore 16
Campi conservativi; definizione e proprietà. Energia potenziale elettrostatica. Potenziale elettrico; definizione operativa e proprietà. Operatore rotore e teorema di Stokes. Equazioni dell’elettrostatica in forma integrale e
differenziale.
Gettys Keller Skove, Fisica 2, §§3.1–3.3
7/10/09 15-17, totale ore 18
Relazione tra campo elettrico e potenziale; operatore gradiente. Superfici
equipotenziali. Potenziale di dipolo.
Gettys Keller Skove, Fisica 2, §§3.5, 3.6
8/10/09 14-16, totale ore 20
Esempi di calcolo di potenziali. Potenziale del filo di carica; limite del filo
indefinito. Potenziale sull’asse dell’anello di carica e del disco di carica; limite
del piano di carica. Potenziale di distribuzioni sferiche di carica.
Gettys Keller Skove, Fisica 2, §3.3, 3.4
09/10/09 9-11, totale ore 22
Elettrostatica in presenza di conduttori. Teorema di Coulomb. Effetto delle
punte. Schermo elettrostatico. Cenno alle equazioni di Poisson e di Laplace.
Metodo delle immagini; esempio: carica puntiforme e piano conduttore.
Gettys Keller Skove, Fisica 2, §§2.6, 3.7
Settimana 4
13/10/09 9-11, totale ore 24
Capacità e condensatori. Calcolo della capacità di coppie di conduttori in
induzione completa: geometrie piana, sferica, cilindrica. Condensatori in
serie e in parallelo. Cenno al caso dell’induzione non completa: matrice delle
capacità.
Gettys Keller Skove, Fisica 2, §§4.1–4.3
14/10/09 15-17, totale ore 26
Energia di un sistema di cariche. Energia di un condensatore. Densità di
energia del campo elettrico; esempi di condensatori con diverse geometrie.
Pressione elettrostatica sulle piastre di un condensatore piano. Campi elettrici nella materia; campi microscopici e campi macroscopici. Capacità di un
condensatore con dielettrico; cariche di polarizzazione.
Gettys Keller Skove, Fisica 2, §§4.4–4.5
15/10/09 14-16, totale ore 28
Densità superficiale di carica di polarizzazione. Costante dielettrica relativa. Meccanismi microscopici della polarizzazione elettrica: polarizzazione
elettronica, polarizzazione da orientamento. Vettore densità di polarizzazio2
ne. Cariche di polarizzazione di superficie e di volume. Calcolo del campo
elettrico e del potenziale in presenza di materia polarizzata.
Gettys Keller Skove, Fisica 2, §§4.5–4.6; Blum Roller, Fisica vol. 2, §30.1
16/10/09 9-11, totale ore 30
Relazione costitutiva tra densità di polarizzazione e campo elettrico; suscettività dielettrica. Vettore spostamento elettrico. Equazioni dell’elettrostatica
per i tre vettori elettrici; formulazioni integrale e differenziale. Condizioni al
contorno per il campo elettrico e lo spostamento elettrico all’interfaccia tra
due mezzi; rifrazione delle linee di campo. Campi in cavità di forme diverse
aperte in un dielettrico polarizzato.
Blum Roller, Fisica vol. 2, §§30.2, 30.3, 30.5, 30.6
Settimana 5
20/10/09 9-11, totale ore 32
Campo in una cavità sferica di un dielettrico polarizzato. Formula di ClausiusMossotti; applicazioni. Espressione della densità di energia elettrostatica in
un dielettrico.
Roller Blum, Fisica vol. 2, §§30.2, 30.4
21/10/09 9-11, totale ore 34
Corrente elettrica; definizione, dimensioni, unità di misura. Conduzione nei
materiali: metalli, semiconduttori puri e drogati, liquidi e gas ionizzati. Densità di corrente; velocità istantanea dei portatori di carica e velocità di deriva.
Legge di Ohm.
Gettys Keller Skove, Fisica 2, §§5.1–5.3, 5.5
22/10/09 14-16, totale ore 36
Legge di Ohm; resistenza e resistività. Equazione di continuità; formulazioni
integrale e differenziale. Modello di Drude per la conduzione nei metalli;
espressione della resistività in funzione del tempo di rilassamento. Dipendenza della resistività dalla temperatura nei metalli. Resistori in serie e in
parallelo.
Gettys Keller Skove, Fisica 2, §§5.2–5.4, 5.6
Settimana 6
27/10/09 9-11, totale ore 38
Generatore di tensione; forza elettromotrice, resistenza interna. Campo elettromotore non conservativo. Esempi di generatori: pila di Volta, pila di Daniell, accumulatori. Potenza spesa su un elemento circuitale; bilancio della
potenza spesa dal generatore. Esempi ed applicazioni.
Gettys Keller Skove, Fisica 2, §§6.1–6.3
28/10/09 15-17, totale ore 40
Analisi di un circuito complesso; ramo e maglia; corrente di ramo e corrente
di maglia. Primo e secondo principio di Kirchhoff. Circuito RC; equazione
3
differenziale per la carica e la corrente; espressione della carica e della corrente
in funzione del tempo.
Gettys Keller Skove, Fisica 2, §§6.4–6.5
29/10/09 15-17, totale ore 42
Energetica della carica di un condensatore. Scarica di un condensatore. Campo magnetico; cenni storici: magnetite, formulazione di Coulomb della forza
magnetica. Assenza del monopolo magnetico e sua formulazione differenziale; implicazioni per la circolazione del campo magnetico. Esperienza di
Oersted, ipotesi di Ampère. Forza di Lorentz; definizione del campo di induzione magnetica, dimensioni e unità di misura. Forza di Lorentz e relatività
galileiana. Lavoro della forza di Lorentz. Moto piano di una particella carica
in campo costante.
Gettys Keller Skove, Fisica 2, §§6.5, 7.1, 7.2, 7.5
30/10/09 9-11, totale ore 44
Moto di cariche in campi elettrici e magnetici: focalizzazione magnetica,
selettore di velocità, spettrometro di massa di Dempster, ciclotrone. Effetto
Hall nei metalli.
Gettys Keller Skove, Fisica 2, §7.5
Settimana 7
4/11/09 15-17, totale ore 46
Effetto Hall nei semiconduttori; magnetometri ad effetto Hall. Conduttori in
movimento in campo magnetico. Intrappolamento di particelle in campi non
uniformi; fasce di van Allen. Forza su un filo percorso da corrente immerso
in un campo magnetico; seconda formula elementare di Laplace. Momento
meccanico su una spira percorsa da corrente e immersa in un campo uniforme.
Teorema di equivalenza di Ampère.
Gettys Keller Skove, Fisica 2, §§7.3–7-5, 9.3
5/11/09 14-16, totale ore 48
Legge di Biot e Savart e legge della circuitazione di Ampère. Permeabilità
magnetica del vuoto. Applicazioni della legge di Ampère: campo del filo
spesso infinito percorso da corrente; campo del piano percorso da corrente.
Gettys Keller Skove, Fisica 2, §§8.1, 8.3, 8.4
6/11/09 9-11, totale ore 50
Equazioni della magnetostatica in forma differenziale ed integrale. Condizioni al contorno per il campo di induzione magnetica all’interfaccia tra mezzi
diversi. Applicazioni della prima legge elementare di Laplace: calcolo del
campo del filo sottile infinito percorso da corrente.
Gettys Keller Skove, Fisica 2, §§8.2, 8.6
Settimana 8
10/11/09 9-11, totale ore 52
4
Applicazioni della prima legge elementare di Laplace. Campo del nastro di
corrente; limiti del filo e del piano di corrente. Campo sull’asse di una spira
circolare percorsa da corrente. Analogie e differenze con il campo del dipolo
elettrico.
Gettys Keller Skove, Fisica 2, §§8.2, 8.3
11/11/09 15-17, totale ore 54
Applicazioni della prima legge elementare di Laplace e della legge della circuitazione di Ampère. Campo sull’asse di un solenoide finito; campo in un
solenoide infinito. Forza tra circuiti e definizione di ampère. Potenziale vettore; equazioni differenziali e gauge di Coulomb. Analogie tra il potenziale
vettore e il potenziale elettrico; analogie tra il potenziale vettore e il campo
magnetico.
Gettys Keller Skove, Fisica 2, §§8.4–8.6
12/11/09 14-16, totale ore 56
Induzione elettromagnetica; fenomenologia. Effetti che concorrono a generare
il fenomeno dell’induzione. Legge di Faraday-Neumann-Lenz in formulazione
differenziale ed integrale. La forza elettromotrice indotta in varie circostanze:
forza viscosa nel moto di conduttori in campo magnetico; spira in rotazione
in campo magnetico.
Gettys Keller Skove, Fisica 2, §§9.1–9.5
13/11/09 9-11, totale ore 58
Energetica della legge di Faraday: forze viscose e generatori di forza elettromotrice alternata. Trasformatore, correnti parassite, levitazione magnetica.
Autoinduzione.
Gettys Keller Skove, Fisica 2, §§9.4, 10.6
Settimana 9
17/11/09 9-11, totale ore 60
Mutua induzione; dimensioni ed unità di misura; espressione esplicita del
coefficiente di mutua induzione; esempio: spira in un solenoide. Autoinduzione; induzione interna ed induzione esterna; esempi ed applicazioni:
induttanza di una bobina.
Gettys Keller Skove, Fisica 2, §§10.1, 10.2, 10.5
18/11/09 15-17, totale ore 62
Circuiti LR; equazione differenziale; leggi temporali della carica e della scarica di un induttore. Bilancio energetico di un circuito LR; energia di un
induttore. Densità di energia del campo di induzione magnetica.
Gettys Keller Skove, Fisica 2, §§10.1, 10.3, 10.4
20/11/09 9-11, totale ore 64
Energetica di circuiti accoppiati. Analogie con l’elettrostatica. Energia totale
di una spira di corrente nel campo di altro circuito.
5
Gettys Keller Skove, Fisica 2, §§10.1, 10.2, 10.5
Settimana 10
23/11/09 9-11, totale ore 66
Energia elettrica ed azioni meccaniche; espressione della forza tra le piastre
di un condensatore nel caso della carica e del potenziale costante.
Mencuccini Silvestrini, Fisica 2, §7.8.1
25/11/09 15-17, totale ore 68
Energia magnetica di un sistema di circuiti accoppiati. Forze in un sistema
di circuiti accoppiati.
Mencuccini Silvestrini, Fisica 2, §7.8, Gettys Keller Skove, Fisica 2, §8.7
26/11/09 14-16, totale ore 70
Applicazione dei principi di Kirchhoff ai circuiti in regime sinusoidale. Soluzione stazionaria dell’equazione differenziale nel campo complesso. Rappresentazione di tensione e corrente mediante fasori nel piano complesso.
Circuito RLC serie.
Gettys Keller Skove, Fisica 2, §§12.1, 12.4–12.7
27/11/09 9-11, totale ore 72
Impedenze complesse; resistenza e reattanza. Regole per la combinazione
delle impedenze. Risonanza in un circuito RLC. Curve di risonanza per
l’ampiezza e la fase. Fattore di qualità del circuito risonante.
Gettys Keller Skove, Fisica 2, §12.7
Settimana 11
1/12/09 9-11, totale ore 74
Potenza nei circuiti in corrente alternata; trattazioni nel campo complesso e
in quello reale; formula di Galileo Ferraris. Oscillazioni libere in un circuito LC. Discussione dell’equazione differenziale del circuito RLC in regime
sinusoidale; equazione omogenea associata.
Gettys Keller Skove, Fisica 2, §§12.2, 12.3, 12.8
2/12/09 15-17, totale ore 76
Circuito RLC serie in regime impulsivo. Soluzione dell’equazione differenziale omogenea: smorzamento forte, debole, critico. Trasformatori in regime
alternato: trattazione nel campo complesso.
Gettys Keller Skove, Fisica 2, §§12.3, 10.6
3/12/09 14-16, totale ore 78
Fenomenologia del magnetismo; diamagnetismo, paramagnetismo e ferromagnetismo; magneti permanenti. Vettore magnetizzazione; correnti euivalenti
di superficie e di volume.
Bettini, Elettromagnetismo, §§9.1–9.3
4/12/09 9-11, totale ore 80
6
Vettore campo magnetico. Equazioni dei campi magnetici nei materiali; formulazioni differenziale ed integrale. Condizioni al contorno per i campi all’interfaccia tra due mezzi magnetici. Campi magnetici nei corpi magnetizzati.
Interpretazione microscopica del magnetismo; momenti magnetici orbitale e
di spin; fattore di Landè.
Gettys Keller Skove, Fisica 2, §§11.1, 11.2, 11.6; Bettini, Elettromagnetismo, §§9.4–9.6
Settimana 12
9/12/09 15-17, totale ore 82
Trattazione classica del diamagnetismo: variazione del momento angolare
dovuta all’induzione Faraday; frequenza di Larmor. Cenno al paramagnetismo. Ferromagnetismo: misura della curva B(H) con l’anello di Rowland
e il misuratore di flusso di Felici; curva di prima magnetizzazione, curva di
isteresi, campo residuo e campo coercitivo.
Gettys Keller Skove, Fisica 2, §§11.3–11.5; Bettini, Elettromagnetismo,
§§9.6, 9.7
10/12/09 15-17, totale ore 84
Espressione generale del lavoro in un sistema magnetico. Elettromagneti;
circuiti magnetici, forza magnetomotrice, riluttanza. Interpretazione microscopica del ferromagnetismo; interazione di scambio, domini di Weiss, pareti
di Bloch; effetto Barkhausen.
Gettys Keller Skove, Fisica 2, §§11.5, 11.6; Bettini, Elettromagnetismo,
§§9.7, 9.10
Bibliografia (aggiornata al 10/12/09):
Gettys Keller Skove, Fisica 2, Capp. 1–12; Blum Roller, Fisica vol. 2,
Cap. 30 oppure Bettini, Elettromagnetismo, Cap. 4; Mencuccini Silvestrini
Fisica 2, $ 7.8, Bettini, Elettromagnetismo, Cap. 9
Per gli argomenti trattati o solo accennati durante il corso che non compaiono nel libro di testo si rimanda ai testi di approfondimento:
• Bettini, Elettromagnetismo, Decibel
• Blum Roller, Fisica vol. 2, Zanichelli
• Mazzoldi Nigro Voci, Fisica vol.2, EdiSES
• Mencuccini Silvestrini, Fisica 2, Liguori
• Rosati Lovitch, Fisica Generale 2, Ambrosiana
• Feynman Leighton Sands, La fisica di Feynman vol.2
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Università di Trieste - Facoltà di Ingegneria - a.a. 2008-09
Diario delle esercitazioni di Fisica Generale 2 - F. Della Valle
Lauree triennali in Ingegneria Industriale
30/09/09 17-18, totale ore 1
Campi elettrostatici. Campo di quadrupolo. Moto di una particella carica
lungo l’asse di un anello di carica. Campo elettrico sull’asse di un semi-anello
di carica.
Gettys Keller Skove, Fisica 2, Probb. 1.3, 1.11, 1.13
01/10/09 16-17, totale ore 2
Campi elettrostatici. Campo di quadrupolo. Campo elettrico sull’asse di un
semi-anello di carica. Campo di un piano di carica e di un filo indefinito
uniformemente carichi. Campo di una spira quadrata uniformemente carica.
Gettys Keller Skove, Fisica 2, Probb. 1.3, 1.13, 1.8, 1.9
7/10/09 17-18, totale ore 3
Legge di Gauss. Campo elettrico di distribuzioni sferiche di carica. Campo
elettrico di gusci conduttori sferici. Integrazione di volume in coordinate
polari sferiche e cilindriche. Integrazione su superfici sferiche.
Gettys Keller Skove, Fisica 2, Probb. 2.9, 2.10, 2.13
08/10/09 16-17, totale ore 4
Legge di Gauss. Campo elettrico di distribuzioni sferiche di carica. Campo
elettrico nel modello atomico di Rutherford. Potenziale di conduttori sferici.
Potenziale sull’asse di un disco di carica. Potenziale di una distribuzione
sferica di carica.
Gettys Keller Skove, Fisica 2, Probb. 2.14, 2.11, 3.19, 3.18, 3.17
14/10/09 17-18, totale ore 5
Potenziali elettrostatici. Potenziale di una distribuzione di carica a simmetria
sferica. Potenziale di quadrupolo.
Gettys Keller Skove, Fisica 2, Probb. 3.14, 3.10
15/10/09 16-17, totale ore 6
Potenziali elettrostatici. Potenziale di una distribuzione di carica a simmetria
sferica.
Gettys Keller Skove, Fisica 2, Prob. 3.16
21/10/09 17-18, totale ore 7
Condensatori con dielettrici; rigidità dielettrica. Equazione di ClausiusMossotti.
22/10/09 16-17, totale ore 8
Reti di condensatori. Condensatori con dielettrici; calcolo dei tre vettori
elettrici nei materiali; condizioni al contorno all’interfaccia tra mezzi diversi.
Gettys Keller Skove, Fisica 2, Prob. 4.3, Blum Roller, Fisica vol. 2,
Probb. 30.32, 30.31, 30.25, 30.26
8
28/10/09 17-18, totale ore 9
Resistenza equivalente di una rete di resistenze non in serie né in parallelo.
Gettys Keller Skove, Fisica 2, Prob. 5.8
29/10/09 16-17, totale ore 10
Resistenza equivalente di una rete di resistenze non in serie né in parallelo.
Resistenza di un conduttore a sezione variabile. Densità di corrente non
uniforme. Efficienza di un generatore idroelettrico.
Gettys Keller Skove, Fisica 2, Probb. 5.7, 5.5, 5.2, 6.3
4/11/09 17-18, totale ore 11
Energia cinetica nel modello di Drude. Resistenza di un resistore sferico. Energia dissipata nella scarica di un condensatore. Seconda legge di
Kirchhoff.
Gettys Keller Skove, Fisica 2, Probb. 6.6, 6.13, 6.7, 6.9
5/11/09 16-17, totale ore 12
Generatore equivalente di più generatori in parallelo. Equilibrio di una spira
percorsa da corrente in campo magnetico uniforme. Moto in campi elettrici
e magnetici ortogonali.
Gettys Keller Skove, Fisica 2, Probb. 6.2, 7.2, 7.4
11/11/09 17-18, totale ore 13
Tensione meccanica in una spira circolare percorsa da corrente. Il potenziale
vettore di un solenoide infinito.
Gettys Keller Skove, Fisica 2, Prob. 7.5
12/11/09 16-17, totale ore 14
Campo magnetico generato da una carica puntiforme. Solenoide semi-infinito.
Rotazione di un anello di carica. Rotazione di un disco di carica. Momento
magnetico della terra. Campo magnetico di un cilindro cavo percorso da una
corrente longitudinale.
Gettys Keller Skove, Fisica 2, Probb. 8.9, 8.4, 8.1, 8.2; Mazzoldi Nigro
Voci, Elementi di Fisica. Elettromagnetismo Probb. 7.23, 7.19
18/11/09 17-18, totale ore 15
Forze e momenti su una spira in campo esterno. Campo elettrico di una
distribuzione volumica di carica. Moto di particelle cariche in campi elettrici
e magnetici.
Gettys Keller Skove, Fisica 2, Prob. 7.16, Mazzoldi Nigro Voci, Elementi
di Fisica. Elettromagnetismo Probb. 3.14, 6.11
19/11/09 15-17, totale ore 17
Interazione dipolo-dipolo. Condensatore sferico con dielettrico. Dipolo magnetico in campo esterno.
25/11/09 17-18, totale ore 18
Campo elettrico indotto. Betatrone. Correnti in circuiti accoppiati.
Gettys Keller Skove, Fisica 2, Probb. 9.8, 9.10, 10.9
9
26/11/09 16-17, totale ore 19
Betatrone. Correnti in circuiti accoppiati. Forze viscose.
Gettys Keller Skove, Fisica 2, Probb. 9.10, 10.9, 9.6
2/12/09 17-18, totale ore 20
Filtro RC passa alto; fase del segnale di uscita. Serie di circuiti RLC serie.
Tensione efficace di un segnale triangolare. Circuiti LC.
Gettys Keller Skove, Fisica 2, Probb. 12.7, 12.8, 12.4, 12.12, 12.3
9/12/09 17-18, totale ore 21
Lavoro in un materiale magnetico; perdita per isteresi. Solenoide con nucleo ferromagnetico. Interpretazione microscopica del diamagnetismo. Sfera
magnetizzata uniformemente. Stella di neutroni.
Gettys Keller Skove, Fisica 2, Probb. 11.6, 11.2, 11.3, 11.4, 11.5
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