Conoscenze di meccanica newtoniana (Fisica I) e di calcolo differenziale ed integrale (Analisi I), trigonometria, geometria piana e solida.

Il Corso si propone di illustrare i fenomeni elettro-magnetici e di introdurre i concetti, i principi e le leggi fondamentali che li regolano. Sono illustrati e discussi sia i fenomeni stazionari (elettrostatica e magnetostatica), sia quelli dipendenti dal tempo (induzione) e le loro conseguenze su materiali e sistemi di interesse applicativo (conduttori, condensatori, dielettrici, circuiti, ecc.). 

Il Corso vuole sviluppare nello studente la capacità di comprendere e distinguere i diversi fenomeni elettro-magnetici e le loro cause, nonché di applicare autonomamente ed in modo rigoroso e quantitativo le leggi fondamentali che li regolano, deducendone le principali conseguenze sul sistema in studio, ed eventualmente la loro evoluzione nel tempo, attraverso le grandezze fisiche che li descrivono (campi elettrici e magnetici e le loro sorgenti, energie potenziali, forze su cariche e correnti, ecc.).

 

Lezioni frontali teoriche sui fenomeni elettromagnetici e sulle leggi che li regolano; esercitazioni svolte in classe sull'applicazione di tali leggi ai più comuni casi di studio.

L'esame consiste di una prova scritta volta ad accertare la capacità degli studenti di comprendere, descrivere  ed applicare le leggi dell'elettro-magnetismo. La prova d'esame propone la soluzione di semplici problemi relativi a conduttori, condensatori (con o senza dielettrico), circuiti elettrici, campi elettrici e magnetici, forze su cariche e correnti, fenomeni dipendenti dal tempo; accanto ai problemi proposti, la prova richiede di illustrare e discutere alcune delle leggi introdotte e discusse durante il Corso. La prova scritta può essere seguita (a richiesta dello studente) da un colloquio orale sugli argomenti del programma del Corso.

CONCETTI INTRODUTTIVI. I fenomeni elettrici e magnetici: l’elettromagnetismo. La carica elettrica. Conduttori ed isolanti. Forza tra cariche elettriche. La legge di Coulomb. Principio di conservazione della carica elettrica. Quantizzazione della carica elettrica. Unità di misura della carica: il Coulomb.

 

IL CAMPO ELETTRICO. L’intensità di campo elettrico. Unità di misura del campo elettrico. Il campo elettrico coulombiano. Campo elettrico di distribuzioni di carica qualunque. Campo elettrico di dipolo. Linee di forza e loro significato. Carica puntiforme in un campo elettrico esterno. Dipolo in un campo elettrico esterno. Flusso del campo elettrico. Il Teorema di Gauss. Teorema di Gauss e legge di Coulomb. Conduttori all’equilibrio e.s. Campo elettrico alla superficie di conduttori carichi. Applicazioni del Teorema di Gauss: distribuzioni di carica su conduttori isolati all’equilibrio elettrostatico. Induzione elettrostatica.

 

IL POTENZIALE ELETTROSTATICO. Potenziale e.s. ed intensità di campo elettrico. Unità di misura del potenziale e.s. Potenziale e.s. di una carica puntiforme. Potenziale di dipolo elettrico. Potenziale e.s. per distribuzioni di carica discrete e continue. Energia potenziale elettrostatica. Energia potenziale elettrostatica dei conduttori. Energia potenziale del dipolo in un campo elettrico esterno. Equazioni di Poisson e di Laplace per il potenziale e.s.

 

CAPACITA’ di un conduttore. Condensatori e capacità. Calcolo della capacità di un condensatore. Energia potenziale e.s. di un condensatore. Energia potenziale e.s. e densità di energia del campo elettrico.

 

I DIELETTRICI. Materiali polari e non-polari. Polarizzabilità dei materiali. Condensatore piano con dielettrico. Applicazione del Teorema di Gauss ai dielettrici. I tre vettori elettrici D, P ed E. Costante dielettrica relativa e suscettività elettrica. Dielettrici lineari. Cariche di polarizzazione nei dielettrici.

 

CORRENTE ELETTRICA E CIRCUITI. Densità di corrente. Equazione di continuità. Resistenza elettrica di un conduttore, resistività e conducibilità. La legge di Ohm. Interpretazione microscopica della legge di Ohm. Trasformazioni di energia nei circuiti elettrici: L’effetto Joule. Potenza dissipata per effetto Joule. Forza elettro-motrice. Leggi di Kirchoff per i circuiti elettrici. Calcolo della corrente e delle differenze di potenziale in un circuito. Cenni sui circuiti RC.

 

IL CAMPO MAGNETICO. Azione del campo magnetico su cariche in movimento e su correnti. Forza di Lorentz. Unità di misura del campo magnetico, Momento agente su una spira percorsa da corrente. Il momento di dipolo magnetico. La legge di Biot-Savart. Applicazione della legge di Biot-Savart a distribuzioni di corrente qualunque: campo generato da una corrente rettilinea indefinita e da una spira. Forza tra correnti. Definizione operativa dell'Ampère. Legge di Ampère. Calcolo del campo magnetico sulla base della legge di Ampère. Campo magnetico generato da un filo di corrente rettilineo. Campo magnetico del solenoide. Il Teorema di Gauss nel magnetismo.

 

INDUZIONE ELETTROMAGNETICA. Effetti di induzione elettromagnetica. La legge di induzione di Faraday-Lenz. Campi magnetici variabili nel tempo. Applicazioni della legge di Faraday-Lenz. Auto-induzione. L’induttanza ed il coefficiente di auto-induzione. Calcolo del coefficiente di auto-induzione. Cenni sui circuiti LR. Mutua induzione.

 

EQUAZIONI DI MAXWELL. Corrente di spostamento. La legge di Ampère-Maxwell. Campi magnetici indotti. Le equazioni di Maxwell (Forma integrale) e loro significato.

Serway, Fisica per Scienze ed Ingegneria, Vol. II, Società Editrice Scientifica – Napoli.

Halliday-Resnik-Krane, Fisica, Vol. II, Editrice Ambrosiana - Milano.

Alonso-Finn, Elementi di Fisica per l’Università, Vol. II, Masson Italia Editori - Milano.

Mazzoldi-Nigro-Voci, Problemi di elettromagnetismo ed ottica - Padova.