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Fisica II
20AXPMA
A.A. 2020/21
Lingua dell'insegnamento
Italiano
Corsi di studio
Corso di Laurea in Ingegneria Biomedica - Torino
Organizzazione dell'insegnamento
| Didattica | Ore |
|---|---|
| Lezioni | 45 |
| Esercitazioni in aula | 15 |
Docenti
| Docente | Qualifica | Settore | h.Lez | h.Es | h.Lab | h.Tut | Anni incarico |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Andrianopoli Laura Maria - Corso 1 | Professore Associato | PHYS-02/A | 45 | 15 | 0 | 0 | 6 |
| Andrianopoli Laura Maria - Corso 2 | Professore Associato | PHYS-02/A | 45 | 0 | 0 | 0 | 6 |
Collaboratori
Didattica
| SSD | CFU | Attivita' formative | Ambiti disciplinari | FIS/01 FIS/03 |
3 3 |
A - Di base A - Di base |
Fisica e chimica Fisica e chimica |
|---|
2020/21
Il corso illustra le leggi fondamentali dell’Elettromagnetismo classico e della propagazione delle onde elettromagnetiche.
The course deals with the fundamental laws of classic Electromagnetism, including the propagation of electromagnetic waves.
L'insegnamento si propone di trasmettere le conoscenze di base relative a principi fisici, basi matematiche ed evidenze sperimentali dei fenomeni descritti dalle equazioni di Maxwell utilizzate nella loro forma integrale e differenziale. Sono trattati in particolare i fenomeni elettrostatici e magnetostatici, quelli induttivi e la propagazione delle onde elettromagnetiche nei fenomeni dell’interferenza e della diffrazione.
Ci si attende che lo studente sviluppi l’abilità di applicare le suddette conoscenze a problemi scientifici semplici di rilevanza in campo ingegneristico, riguardanti i fenomeni elettromagnetici nei regimi stazionario e dipendente dal tempo e di propagazione delle radiazioni elettromagnetiche.
The course aims to give basic knowledge related to physical principles, mathematical bases and experimental evidences of the phenomena described by Maxwell's equations used in their integral and differential form. Electrostatic and magnetostatic phenomena, inductive phenomena and the propagation of electromagnetic waves in the phenomena of interference and diffraction are treated in particular.
The student is expected to develop the ability to apply the aforementioned knowledge to simple scientific problems of relevance in the engineering field, concerning electromagnetic phenomena in stationary and time-dependent regimes and propagation of electromagnetic radiation.
La comprensione degli argomenti del corso presuppone familiarità con gli strumenti matematici trattati nei corsi di Analisi matematica I e II e di Geometria, soprattutto con il calcolo differenziale e integrale delle funzioni di una o più variabili (compresi integrali di linea, di superficie e di volume), l’algebra e il calcolo vettoriale. Strumenti e concetti appresi nel corso di Fisica I sono un prerequisito importante. In particolare, l’Elettrostatica nel vuoto, parzialmente sviluppata nel suddetto corso, è indispensabile per la comprensione degli argomenti trattati nel corso di Fisica II. Di tale parte vengono pertanto presentati solo brevi richiami all’inizio del corso.
Understanding the course topics presupposes familiarity with the mathematical tools covered in the courses of Mathematical Analysis I and II and Geometry, and in particular with the differential and integral calculus of the functions of one or more variables (including line, surface and volume integrals ), algebra and vector calculus. Tools and concepts learned in the course of Physics I are an important prerequisite. In particular, the electrostatics in vacuum, partially developed in the aforementioned course, is essential for understanding the topics covered in the Physics II course. Of this part, therefore, only brief references are presented at the beginning of the course.
ELETTROSTATICA
Richiamo di elettrostatica nel vuoto e legge di Gauss; calcolo di campo e potenziale elettrostatico per varie distribuzioni di cariche; dipolo elettrico, forza e coppia su un dipolo elettrico in un campo elettrico uniforme; conduttori e dielettrici, capacità e condensatori; energia e densità di energia del campo elettrico.
CIRCUITI E CORRENTI ELETTRICHE
Corrente continua: intensità e densità di corrente; legge di Ohm; resistenza elettrica, resistività e conducibilità; effetto Joule, forza elettromotrice; carica/scarica di condensatore.
MAGNETOSTATICA
Il campo magnetico. Forza magnetica su una carica in moto, forza di Lorentz. Moto di una carica in un campo magnetico uniforme; l’effetto Hall classico. Forza magnetica su una corrente elettrica, coppia magnetica su una spira rettangolare e di forma qualsiasi, momento di dipolo magnetico. Le sorgenti del campo magnetico: legge di Ampère-Laplace e sua applicazione a una corrente rettilinea (formula di Biot-Savart, forze fra correnti) e a una corrente chiusa circolare. Il solenoide di lunghezza indefinita, solenoide di lunghezza finita.
Legge di Ampère. Legge di Gauss per il campo magnetico; campo magnetico nella materia.
CAMPI ELETTRICI E MAGNETICI VARIABILI NEL TEMPO
Forze elettromotrici e correnti indotte, autoinduzione, circuiti RL, energia e densità di energia del campo magnetico, circuiti oscillanti LC, corrente di spostamento. Equazioni di Maxwell in forma integrale e differenziale.
FENOMENI ONDULATORI ED ONDE ELETTROMAGNETICHE
Introduzione generale ai fenomeni ondulatori. Onde elettromegnatiche nel vuoto come soluzione delle equazioni di Maxwell. Polarizzazione. Vettore di Poynting. Spettro delle onde elettromagnetiche. Luce come onda elettromagnetica. Riflessione e rifrazione delle onde, interferenza, diffrazione .
ELECTROSTATICS
Recall of electrostatics in vacuum and Gauss's law; calculation of the electrostatic field and potential for various charge distributions; electric dipole, force and torque on an electric dipole in a uniform electric field; conductors and dielectrics, capacitors; energy and energy density of the electric field.
CIRCUITS AND ELECTRIC CURRENTS
Direct current: intensity and current density; Ohm's law; electrical resistance, resistivity and conductivity; Joule effect, electromotive force; charge / discharge of capacitor.
MAGNETOSTATICS
The magnetic field. Magnetic force on a moving charge, Lorentz force. Motion of a charge in a uniform magnetic field; the classic Hall effect. Magnetic force on an electric current, magnetic couple on a rectangular coil of any shape, moment of magnetic dipole. The sources of the magnetic field: Ampère-Laplace's law and its application to a rectilinear current (Biot-Savart formula, forces between currents) and to a closed circular current. The solenoid of indefinite length, solenoid of finite length.
Ampère's law. Gauss's law for the magnetic field;; magnetic field in matter.
TIME-DEPENDENT ELECTRIC AND MAGNETIC FIELDS
Electromotive forces and induced currents, self-induction, RL circuits, energy and energy density of the magnetic field, LC oscillating circuits, displacement current. Maxwell's equations in integral and differential form.
WAVING PHENOMENA AND ELECTROMAGNETIC WAVES
General introduction to wave phenomena. Electromegnatic waves in vacuum as solution of Maxwell's equations. Polarization. Poynting vector. Electromagnetic wave spectrum. Light as an electromagnetic wave. Wave reflection and refraction, interference, diffraction.
Il corso si articola in lezioni ed in esercitazioni in aula riguardanti la risoluzione di semplici problemi sugli argomenti delle lezioni.
Per le esercitazioni in aula gli studenti sono suddivisi in due squadre.
The course is divided into lessons and classroom exercises concerning the resolution of simple problems on the topics of the lessons.
For classroom exercises, students are divided into two teams.
- D. Halliday, R. Resnick, J. Walker "Fondamenti di Fisica (Elettrologia Magnetismo Ottica)" , Casa Editrice Ambrosiana (Milano 2001) -
- P. Mazzoldi, M. Nigro, C. Voci, Fisica, Elettromagnetismo - Onde, vol. II, EdiSES, Napoli, 2010.
- Materiale didattico fornito dalla docente
- D. Halliday, R. Resnick, J. Walker "Fondamenti di Fisica (Elettrologia Magnetismo Ottica)" , Casa Editrice Ambrosiana (Milano 2001) -
- P. Mazzoldi, M. Nigro, C. Voci, Fisica, Elettromagnetismo - Onde, vol. II, EdiSES, Napoli, 2010.
- Supporting material provided by the teacher.
Modalità di esame: Prova orale obbligatoria; Prova scritta tramite l'utilizzo di vLAIB e piattaforma di ateneo;
L'esame si articola in:
1) un test obbligatorio al calcolatore (vLAIB) utilizzando una piattaforma sviluppata dall'Ateneo;
2) una prova orale obbligatoria.
1) Il test al vLAIB ha la durata di 30 minuti e consiste di 15 domande a risposta multipla, relative ad argomenti teorici e risoluzioni di esercizi. Per ciascuna domanda sono proposte quattro risposte: una giusta, tre sbagliate. La risposta giusta vale +2, ogni risposta sbagliata vale -2/3; ogni risposta non data vale 0.
L’esito del test al Laib (PTEST), è considerato positivo con PTEST ≥ 15/30, arrotondando all’intero più vicino. Ai fini dell’ammissione alla prova orale il punteggio PTEST è incrementato con un bonus di 3/30, ossia P = PTEST + 3/30.
2) Per la prova orale, si possono presentare i seguenti casi:
• 18/30 ≤ P < 23/30: lo studente accede a una prova orale di verifica, il cui esito va dalla bocciatura a P;
• P ≥ 23/30: lo studente può scegliere tra la prova di verifica con voto finale massimo di 23/30 e la prova tradizionale (su tutto il programma del corso), il cui esito va dalla bocciatura al voto finale massimo di 30/30 e lode.
N.B. La prova orale deve essere sostenuta nello stesso appello in cui è stato superato il test al vLAIB, pena la decadenza della validità del test stesso.
Exam: Compulsory oral exam; Written test via vLAIB using the PoliTo platform;
The exam is divided into:
1) a compulsory computer test (vLAIB) that uses a platform developed by the University;
2) a mandatory oral exam.
1) The test at VLAIB lasts 30 minutes and consists of 15 multiple choice questions, related to theoretical topics and exercises. Four answers are proposed for each question: one right, three wrong. The correct answer is +2, each wrong answer is -2/3; every answer not given is worth 0.
The result of the Laib test (PTEST) is considered positive with PTEST ≥ 15/30, rounded to the nearest whole. For the purposes of admission to the oral test, the PTEST score is increased with a bonus of 3/30, or P = PTEST + 3/30.
2) For the oral test, the following cases may arise:
• 18/30 ≤ P <23/30: the student enters an oral verification test, the result of which goes from the rejection to P;
• P ≥ 23/30: the student can choose between the verification test with a maximum final grade of 23/30 and the traditional test (on the entire course program), the result of which ranges from rejection to the final maximum score of 30 / 30 and praise.
N.B. The oral test must be taken in the same session in which the vLAIB test is passed, under penalty of forfeiture of the validity of the test itself.
Modalità di esame: Prova orale obbligatoria; Prova scritta tramite l'utilizzo di vLAIB e piattaforma di ateneo;
L'esame si articola in:
1) un test obbligatorio al calcolatore (vLAIB) utilizzando una piattaforma sviluppata dall'Ateneo;
2) una prova orale obbligatoria.
1) Il test al vLAIB ha la durata di 30 minuti e consiste di 15 domande a risposta multipla, relative ad argomenti teorici e risoluzioni di esercizi. Per ciascuna domanda sono proposte quattro risposte: una giusta, tre sbagliate. La risposta giusta vale +2, ogni risposta sbagliata vale -2/3; ogni risposta non data vale 0.
L’esito del test al Laib (PTEST), è considerato positivo con PTEST ≥ 15/30, arrotondando all’intero più vicino. Ai fini dell’ammissione alla prova orale il punteggio PTEST è incrementato con un bonus di 3/30, ossia P = PTEST + 3/30.
2) Per la prova orale, si possono presentare i seguenti casi:
• 18/30 ≤ P < 23/30: lo studente accede a una prova orale di verifica, il cui esito va dalla bocciatura a P;
• P ≥ 23/30: lo studente può scegliere tra la prova di verifica con voto finale massimo di 23/30 e la prova tradizionale (su tutto il programma del corso), il cui esito va dalla bocciatura al voto finale massimo di 30/30 e lode.
N.B. La prova orale deve essere sostenuta nello stesso appello in cui è stato superato il test al vLAIB, pena la decadenza della validità del test stesso.
Exam: Compulsory oral exam; Written test via vLAIB using the PoliTo platform;
The exam is divided into:
1) a compulsory computer test (vLAIB) that uses a platform developed by the University;
2) a mandatory oral exam.
1) The test at VLAIB lasts 30 minutes and consists of 15 multiple choice questions, related to theoretical topics and exercises. Four answers are proposed for each question: one right, three wrong. The correct answer is +2, each wrong answer is -2/3; every answer not given is worth 0.
The result of the Laib test (PTEST) is considered positive with PTEST ≥ 15/30, rounded to the nearest whole. For the purposes of admission to the oral test, the PTEST score is increased with a bonus of 3/30, or P = PTEST + 3/30.
2) For the oral test, the following cases may arise:
• 18/30 ≤ P <23/30: the student enters an oral verification test, the result of which goes from the rejection to P;
• P ≥ 23/30: the student can choose between the verification test with a maximum final grade of 23/30 and the traditional test (on the entire course program), the result of which ranges from rejection to the final maximum score of 30 / 30 and praise.
N.B. The oral test must be taken in the same session in which the vLAIB test is passed, under penalty of forfeiture of the validity of the test itself.