CODICE 65939 ANNO ACCADEMICO 2023/2024 CFU 6 cfu anno 3 INGEGNERIA INFORMATICA 8719 (L-8) - GENOVA SETTORE SCIENTIFICO DISCIPLINARE ING-INF/02 LINGUA Italiano SEDE GENOVA PERIODO 1° Semestre MATERIALE DIDATTICO AULAWEB PRESENTAZIONE L'insegnamento Campi Elettromagnetici fornisce competenze di base, comprendenti le leggi fondamentali del campo elettromagnetico, la propagazione elettromagnetica, le basi della teoria dei circuiti a parametri concentrati, e ha l'obiettivo di fornire gli strumenti essenziali alla comprensione dei fenomeni elettromagnetici e delle innumerevoli applicazioni pratiche dei campi elettromagnetici. OBIETTIVI E CONTENUTI OBIETTIVI FORMATIVI L'insegnamento ha l'obiettivo di fornire gli strumenti essenziali alla comprensione dei fenomeni elettromagnetici e delle innumerevoli applicazioni pratiche dei campi elettromagnetici. OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO L'insegnamento si propone di fornire agli studenti le nozioni di base di campi elettromagnetici. Vengono presentate le leggi fondamentali del campo elettromagnetico, l'estensione delle leggi di conservazione dell'energia e dei momenti ai campi elettromagnetici, i più semplici fenomeni ondulatori e le basi della teoria dei circuiti a parametri concentrati e distribuiti, con l'obiettivo di fornire gli strumenti essenziali alla comprensione delle innumerevoli applicazioni pratiche dei campi elettromagnetici. Al termine dell’insegnamento, lo studente sarà in grado di descrivere i concetti fondamentali dell'elettromagnetismo nel vuoto e nella materia e di risolvere semplici problemi di campi elettromagnetici che consentono di intravedere alcune importanti ricadute applicative. PREREQUISITI Esami di Analisi Matematica ed Elettromagnetismo. Conoscenze di base di Metodi Matematici per l'Ingegneria. MODALITA' DIDATTICHE Le lezioni e gli esercizi vengono svolti in aula dal docente. PROGRAMMA/CONTENUTO 1. Organizzazione dell'insegnamento, motivazioni e applicazioni. Fisica newtoniana e relativistica (2; 2) 2. Quantizzazione della carica e del campo elettromagnetico: il ruolo e l'importanza della teoria classica del campo elettromagnetico (2; 4) 3. Cenni su alcuni concetti fondamentali acquisiti in precedenza: carica elettrica, modelli utilizzati per la carica elettrica, corrente elettrica, modelli utilizzati per la corrente elettrica, legge di conservazione della carica, forza di Lorentz, equazioni di Maxwell in presenza di cariche nel vuoto, potenziale elettrostatico e operatore gradiente (2; 6) 4. Altri operatori differenziali di interesse e relativi teoremi: operatori divergenza e rotore e relativi teoremi, equazioni fondamentali in presenza di cariche nel vuoto in forma differenziale (2; 8) 5. Fisica della materia relativa ai fenomeni di conduzione elettrica e polarizzazione elettrica e magnetica (2; 10) 6. Polarizzazione elettrica della materia: dalle distribuzioni elementari di cariche puntiformi alla densità di momento di dipolo elettrico per unità di volume (2; 12) 7. Polarizzazione elettrica della materia: densità volumetriche e superficiali di cariche elettriche equivalenti alla densità di momento di dipolo elettrico per unità di volume; cariche elettriche equivalenti alla polarizzazione; spostamento elettrico e generalizzazione della legge di Gauss; prima generalizzazione della legge di Ampere-Maxwell in forma globale (2; 14) 8. Polarizzazione magnetica della materia: densità di momento di dipolo magnetico per unità di volume; densità superficiali e lineari di correnti elettriche equivalenti alla densità di momento di dipolo magnetico per unità di volume; correnti elettriche equivalenti alla polarizzazione; campo magnetico e seconda e ultima generalizzazione della legge di Ampere-Maxwell (2; 16) 9. Prime conseguenze sul funzionamento dei circuiti elettrici (2; 18) 10. Cenni sulle relazioni costitutive (2; 20) 11. Comportamento dei campi sulle superfici di discontinuità (2; 22) 12. Estensione ai fenomeni elettromagnetici della legge di conservazione dell'energia: il teorema di Poynting; significato fisico dei termini della formulazione analitica del teorema di Poynting che coinvolgono il vettore di Poynting, la densità di corrente impressa e la densità di corrente di deriva (2; 24) 13. Ancora sull'estensione ai fenomeni elettromagnetici della legge di conservazione dell'energia: significato fisico dei termini della formulazione analitica del teorema di Poynting che coinvolgono il vettore lo spostamento elettrico e l'induzione magnetica (2; 26) 14. Esercizi ed applicazione del teorema di Poynting: conversione di energia elettromagnetica in energia meccanica o termica e viceversa; disco di Nichols; effetto Joule in un conduttore cilindrico percorso da corrente continua (2; 28) 15. Il teorema di Poynting in regime sinusoidale permanente (2; 30) 16. Esercizi: dissipazioni dovute a effetto Joule o a polarizzazione viscosa; forni a microonde; ampiezza del campo irradiato da un’antenna isotropica in un mezzo omogeneo e senza perdite (2; 32) 17. Estensione ai fenomeni elettromagnetici della legge di conservazione del momento lineare e angolare (2; 34) 18. Teorema di unicità per campi elettromagnetici con dipendenza dal tempo generica: importanza delle condizioni al contorno e delle condizioni iniziali; problemi elettromagnetici al contorno e di Cauchy (2; 36) 19. Formulazione dei più importanti problemi elettromagnetici di interesse nelle applicazioni: propagazione guidata, radiazione, "scattering" elettromagnetico (2; 38) 20. Onde elettromagnetiche: equazione d'onda; equazione d’onda in una dimensione spaziale: forma generale della sua soluzione (2; 40) 21. Onde elettromagnetiche piane: onde TEM; espressioni generali dei campi elettrico e magnetico; velocità della luce come velocità di propagazione delle onde elettromagnetiche piane (2; 42) 22. Onde piane in regime sinusoidale permanente: lunghezza d’onda, vettore d’onda, polarizzazione di vettori sinusoidali nel tempo, polarizzazione di campi vettoriali sinusoidali nel tempo, polarizzazione del campo elettromagnetico monocromatico e sue applicazioni (3; 45) 23. Applicazioni: attenuazione; “skin depth”; velocità di propagazione; primi commenti sugli effetti della dispersione nel tempo sui segnali digitali (3; 48) Questo insegnamento, trattando temi di interesse scientifico-tecnologico quali i campi elettromagnetici, contribuisce al raggiungimento dei seguenti Obiettivi di Sviluppo Sostenibile dell'Agenda ONU 2030: 8.2 (Raggiungere standard più alti di produttività economica attraverso la diversificazione, il progresso tecnologico e l’innovazione, anche con particolare attenzione all’alto valore aggiunto e ai settori ad elevata intensità di lavoro) 9.5 (Aumentare la ricerca scientifica, migliorare le capacità tecnologiche del settore industriale in tutti gli stati – in particolare in quelli in via di sviluppo – nonché incoraggiare le innovazioni e incrementare considerevolmente, entro il 2030, il numero di impiegati per ogni milione di persone, nel settore della ricerca e dello sviluppo e la spesa per la ricerca – sia pubblica che privata – e per lo sviluppo) TESTI/BIBLIOGRAFIA S. Bobbio, E. Gatti, Elementi di elettromagnetismo, Bollati Boringhieri, 1991 G. Conciauro, L. Perregrini, Fondamenti di onde elettromagnetiche, McGraw-Hill, 2003 J. D. Jackson, Classical electrodynamics, Wiley, 1999 D. Pescetti, Elettromagnetismo, Piccin, 1985 Sono inoltre disponibili delle dispense preparate dal docente dell'insegnamento. DOCENTI E COMMISSIONI MIRCO RAFFETTO Ricevimento: Lunedì, dalle 17:00 alle 18:00, in via Opera Pia 11a, terzo piano, o su appuntamento. Commissione d'esame MIRCO RAFFETTO (Presidente) ALESSANDRO FEDELI MATTEO PASTORINO ANDREA RANDAZZO GIAN LUIGI GRAGNANI (Presidente Supplente) LEZIONI INIZIO LEZIONI https://corsi.unige.it/8719/p/studenti-orario Orari delle lezioni L'orario di questo insegnamento è consultabile all'indirizzo: Portale EasyAcademy ESAMI MODALITA' D'ESAME L'esame è orale e si compone di tre domande: almeno una di carattere teorico e almeno una formulata come un esercizio. MODALITA' DI ACCERTAMENTO Al termine dell’insegnamento lo studente dovrà dimostrare di aver appreso i principi di base dell'elettromagnetismo in presenza di cariche nel vuoto o nella materia e di essere in grado di affrontare e risolvere problemi non troppo complessi in tale contesto. Calendario appelli Data appello Orario Luogo Tipologia Note 10/01/2024 10:00 GENOVA Orale 25/01/2024 10:00 GENOVA Orale 15/02/2024 10:00 GENOVA Orale 06/06/2024 10:00 GENOVA Orale 27/06/2024 10:00 GENOVA Orale 19/07/2024 10:00 GENOVA Orale 04/09/2024 10:00 GENOVA Orale Agenda 2030 Lavoro dignitoso e crescita economica Imprese, innovazione e infrastrutture