PRESENTAZIONE

Il corso si rivolge agli studenti del primo anno di Ingegneria Elettrica e Ingegneria Chimica. Gli argomenti trattati riguardano l'elettromagnetismo classico dal campo elettrico alla legge di Faraday, incluso il circuito RL. Restano esclusi dal corso i circuiti oscillanti, i circuiti in alternata e le onde elettromagnetiche.

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

Il modulo fornisce i concetti e le leggi fondamentali dell'elettromagnetismo nel vuoto e ne studia le diverse applicazioni.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

L'obiettivo formativo specifico è fornire allo studente la capacità di risolvere problemi concreti seppure elementari. Ciò implica che lo studente deve saper distinguere tra concetti fondamentali (campi e forze elettriche e magnetiche, lavori, leggi di Gauss, Ampere, Faraday,...) e questioni più particolari (moto di cariche in campi elettromagnetici, condensatori di diversi tipi,solenoidi di diversi tipi, ...) pretendendo una comprensione approfondita dei concetti fondamentali.

MODALITA' DIDATTICHE

Lezioni frontali alla lavagna.

PROGRAMMA/CONTENUTO

Introduzione al corso, richiami (vettori, cifre significative, unità di misura).

Fenomeni elettrici. La legge di Coulomb. Esercizio: confronto tra F elettrostatica e F gravitazionale. Principio di sovrapposizione. 

Il campo elettrostatico per carica puntiforme, distribuzione discreta, distribuzione continua. Esercizio: campo elettrostatico di un anello carico. Esercizio: campo elettrostatico di un disco carico, limite R infinito. Campo elettrostatico di due piani infiniti carichi. Linee di campo.

Il lavoro del campo elettrostatico: energia potenziale e potenziale per una carica puntiforme, un sistema discreto e un sistema continuo di cariche. Esercizio: potenziale ed energia potenziale di un sistema di 3 cariche puntifprmi. Campo elettrico come gradiente del potenziale. Esercizi: potenziale di un campo uniforme, piani indefiniti paralleli carichi; potenziale di un anello carico. Potenziale del disco carico.

Moto di una carica in un campo elettrico, conservazione dell’energia. Esercizi: elettrone in un campo uniforme; modello classico dell’atomo di Bohr; separatore elettrostatico.

Il dipolo elettrico. V e E. Forze su un dipolo immerso in E (uniforme). Momento ed energia.

Costruzione del concetto di flusso di un campo vettoriale con l’analogia della fisica dei fluidi. Flusso del campo elettrostatico. Teorema di Gauss e dimostrazione solo nel caso di superficie sferica e carica puntiforme. Esercizi: E e V di una distribuzione sferica superficiale di carica; E e V di una sfera uniformemente carica; E e V di un cilindro uniformemente carico; E e V di un piano infinito carico. 

Conduttori in equilibrio elettrostatico, conduttori con cavità, carica dentro cavità, induzione elettrostatica.

Condensatori. Capacità di condensatore sferico, piano, cilindrico. Energia elettrostatica di un condensatore, densità di energia. Condensatori in serie e in parallelo. Dipolo in E che oscilla.

Modello classico per conduzione elettrica, velocità di deriva, densità di corrente, corrente. Legge di Ohm, effetto Joule, resistori in serie e in parallelo, forza elettromotrice. Leggi di Kirchhoff, carica e scarica di un condensatore. 

Il campo magnetico: osservazioni empiriche. La forza di Lorentz. Particella in moto in B uniforme, velocità angolare, passo dell’elica. Esempi: spettrometro di massa; selettore di velocità; ciclotrone.

Forza su un conduttore percorso da corrente e immerso in B; momento meccanico su una spira.

Campo magnetico prodotto da una corrente (legge di Laplace) e da una carica in moto. Applicazioni: filo rettilineo (legge di Biot-Savart); spira circolare. Applicazioni: solenoide rettilineo. Forze tra fili percorsi da corrente. 

Teorema di Ampère e dimostrazione nel caso del filo rettilineo. Applicazioni: campo del filo, del solenoide rettilineo e del solenoide toroidale.

Il flusso di B. Campi solenoidali. 

Legge di Faraday-Neumann-Lenz. Generatore di corrente continua e alternata. Legge di Felici.

Autoinduzione. Induttanza di un solenoide, circuito RL in serie, extracorrente di chiusura. Energia magnetica. Mutua induzione (cenni). 

Corrente di spostamento. Equazioni di Maxwell.

TESTI/BIBLIOGRAFIA

P. Mazzoldi, M. Nigro, C. Voci, "Elementi di fisica - elettromagnetismo", EdiSES

D. Halliday, R.Resnick, J.Walker, “Fondamenti di Fisica” II ; Ed. CEA

LEZIONI

INIZIO LEZIONI

Il corso si tiene nel secondo semestre, che solitamente inizia a fine febbraio.

Orari delle lezioni

L'orario di questo insegnamento è consultabile all'indirizzo: Portale EasyAcademy

ESAMI

MODALITA' D'ESAME

Prova scritta: la prova scritta è separata in due prove, una di Meccanica e una di Elettromagnetismo, che possono essere sostenute sia nello stesso appello che in appelli diversi. Solitamente ogni prova ha una durata di 2 ore e non è consentito consultare libri o appunti, ma solo il formulario usato durante l'anno (scaricabile dalla pagina AulaWeb).

I risultati degli scritti per le singole parti sono considerati validi per un anno (fino alla stessa sessione dell'anno accademico successivo).

Prova orale:

1. sono ammessi alla prova orale gli studenti che ottengono nelle due prove parziali svolte durante il corso, o agli appelli d'esame, una media di 15/30, con un minimo di 12/30 in ciascuna prova.
2. L'esame orale consiste in un colloquio vertente sulla parte di meccanica e su quella di elettromagnetismo. Qualora uno dei due colloqui venisse giudicato insufficiente, la prova orale sarà ritenuta globalmente non valida e lo studente dovrà ripeterla integralmente (le prove scritte saranno tenute ancora come valide). Casi particolari saranno valutati al momento dai docenti.

MODALITA' DI ACCERTAMENTO

L'esame scritto valuterà la capacità di: i) interpretare il testo dell'esercizio proposto ed effettuare una schematizzazione del problema; ii) individuare le leggi fisiche coinvolte e le relative equazioni da applicare; iii) risolvere in modo quantitativo l'esercizio; iv) valutare la ragionevolezza del risultato numerico ottenuto.

Al fine della valutazione della prova scritta si terrà conto dei seguenti parametri: l'impostazione corretta dell'esercizio, la correttezza della soluzione letterale ottenuta, la congruenza della soluzione numerica ottenuta.

L'esame orale permetterà di accertare la capacità di: i) introdurre con proprietà di linguaggio l'argomento richiesto; ii) descrivere semplici applicazioni delle leggi fisiche in esame.

Al fine della valutazione della prova orale si terrà conto dei seguenti parametri: il livello di comprensione dell'argomento, la qualità dell'esposizione, l'utilizzo corretto del lessico specialistico, la capacità di ragionamento critico.