Servizi per la didattica
PORTALE DELLA DIDATTICA

Fisica II

20AXPMK, 20AXPLX, 20AXPMQ

A.A. 2021/22

Lingua dell'insegnamento

Italiano

Corsi di studio

Corso di Laurea in Ingegneria Energetica - Torino
Corso di Laurea in Ingegneria Elettrica - Torino
Corso di Laurea in Matematica Per L'Ingegneria - 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
Daghero Dario - Corso 1 Professore Associato FIS/01 45 15 0 0 4
Ricciardi Carlo - Corso 2 Professore Associato FIS/03 45 15 0 0 7
Collaboratori
Espandi

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
2021/22
L'elettromagnetismo è alla base del funzionamento di moltissimi dispositivi e apparecchi di uso comune, dalle lampade ai forni a microonde, dai televisori agli smartphone, fino ai mezzi di trasporto elettrici. Viviamo immersi in onde elettromagnetiche di ogni tipo, con lunghezze d'onda che vanno dai chilometri ai nanometri e che trasportano l'energia del Sole, ci permettono di vedere, di comunicare, di lavorare, di viaggiare, di essere connessi col mondo, ma possono anche essere dannose per l'organismo. Oggi più che mai, quindi, conoscere le leggi e i fenomeni che chiamiamo collettivamente "elettromagnetismo" è fondamentale per conoscere il mondo che ci circonda e interpretarlo razionalmente. A maggior ragione, tale conoscenza è irrinunciabile per un Ingegnere che si troverà a dover comprendere, analizzare e sfruttare in modo ottimale fenomeni che coinvolgono praticamente sempre l'elettromagnetismo. L'insegnamento di Fisica II si propone appunto di fornire agli studenti conoscenze di base dell'elettromagnetismo, a partire dall'elettrostatica e dalla magnetostatica per finire con concetti generali sulle onde elettromagnetiche e l'ottica ondulatoria (interferenza, diffrazione). Pur essendo di livello introduttivo (e quindi incentrato sui concetti generali più che sulle loro applicazioni specifiche nel campo dell' Ingegneria Energetica) l'insegnamento fornirà agli studenti le conoscenze e gli strumenti minimi indispensabili per analizzare in modo opportuno le problematiche elettromagnetiche che potranno incontrare nella loro attività professionale, anche illustrando le possibili connessioni con problemi fisici e tecnologici reali.
Electromagnetism is the basis of the operation of many devices and appliances in common use, from lamps to microwave ovens, from televisions to smartphones, up to electric means of transport. We live immersed in electromagnetic waves of all kinds, with wavelengths ranging from kilometers to nanometers and which carry the energy of the Sun, allow us to see, to communicate, to work, to travel, to be connected with the world, but can also be harmful. Today, more than ever, knowing the laws and phenomena that we collectively call "electromagnetism" is essential for understanding the world around us and interpreting it rationally. All the more reason, this knowledge is fundamental for an Engineer who will have to understand, analyze and optimally exploit phenomena that practically always involve electromagnetism. The Physics II course aims to provide students with basic knowledge of electromagnetism, starting from electrostatics and magnetostatics to finish with general concepts on electromagnetic waves and wave optics (interference, diffraction). Although it is an introductory course, and therefore focused on general concepts rather than on their specific applications in the field of Energy Engineering, the course will try to provide students with the knowledge and tools necessary to properly analyze the electromagnetic problems that they may encounter in the their professional activity, also illustrating the possible connections with real physical and technological problems.
Al termine dell'insegnamento, lo studente avrà acquisito: - conoscenze di base di elettrostatica, magnetostatica, materiali dielettrici e magnetici, conduzione elettrica, circuiti in corrente continua e relativi elementi circuitali, induzione, campi elettrici e magnetici variabili nel tempo, onde elettromagnetiche, riflessione e rifrazione della luce, interferenza e diffrazione; - la capacità di applicare i principi e le leggi fisiche trattate nell'insegnamento alla soluzione di problemi introduttivi (al livello di testi universitari) di elettromagnetismo e propagazione di onde elettromagnetiche; - la capacità di identificare i meccanismi elettromagnetici in gioco in un certo sistema fisico o tecnologico, ed esprimere tali meccanismi in forma di equazioni tra le grandezze fisiche rilevanti; - la capacità di comprendere i principi su cui si basano le principali applicazioni ingegneristiche e tecnologiche connesse con i fenomeni elettromagnetici; In generale, l'insegnamento contribuirà alla formazione del corpus di conoscenze e abilità che costituiscono il fondamento delle competenze di un moderno Ingegnere.
Acquisition of the basic principles related to electromagnetism, electromagnetic waves and wave optics. Ability to understand the applications of electromagnetic phenomena in various branches of engineering and technology. Ability to apply the physical principles described during the lectures to solve problems in the field of electromagnetism and waves.
La comprensione degli argomenti trattati presuppone: - la familiarità con gli strumenti matematici trattati negli insegnamenti di Analisi matematica I e II e di Geometria, soprattutto con il calcolo integrale e differenziale delle funzioni di una o più variabili e l’algebra e il calcolo vettoriale; - la conoscenza degli strumenti e dei concetti appresi nell'insegnamento di Fisica I. In particolare, l’Elettrostatica nel vuoto, parzialmente sviluppata nel suddetto insegnamento, è indispensabile per la comprensione degli argomenti trattati nella Fisica II. Di tale parte vengono pertanto presentati solo brevi richiami.
A good knowledge and mastery of the mathematical instruments learnt in the courses of Mathematical Analysis I and II and of Geometry are required, in particular the integral and differential calculus for functions of one or more variables, linear algebra and vector calculus. Electrostatics in vacuum is partly treated in the Physics I course and must be known at the beginning of the Physics II course. This knowledge is fundamental for the comprehension of all the subjects that will be studied.
Elettrostatica e corrente elettrica (18 ore) Richiami su: legge di Coulomb, campo elettrico, potenziale elettrico, moto di una carica in un campo elettrico uniforme. Distribuzioni discrete e continue di carica. Il dipolo elettrico, forza e coppia su un dipolo elettrico in un campo elettrico uniforme. Legge di Gauss per il campo elettrico, applicazioni. Condensatori e capacità. Densità di energia del campo elettrico. Dielettrici, polarizzazione della materia. Conduzione, intensità e densità di corrente. Corrente continua. Resistenza e resistori, legge di Ohm, resistività e conducibilità. Modello di Drude per la conduzione elettrica. Potenza elettrica. Effetto Joule. Forza elettromotrice. Circuiti RC. Campi magnetici stazionari (12 ore) Campi magnetostatici e loro proprietà. Forza agente su una carica in moto all’interno di un campo magnetico. Forza agente su un conduttore percorso da corrente immerso in un campo magnetico. Campo magnetico prodotto da una corrente: legge di Laplace ed applicazioni. Campo magnetico di una spira circolare percorsa da corrente. Dipolo magnetico. Momento meccanico ed energia potenziale di un dipolo magnetico in un campo magnetico applicato. Forza tra conduttori paralleli percorsi da corrente. Legge di Ampère e sue applicazioni. Campi magnetici nella materia: diamagnetismo, paramagnetismo, ferromagnetismo. Campi elettromagnetici dipendenti dal tempo (12 ore) Legge dell'induzione di Faraday-Henry-Lenz e sue applicazioni. Induttanza e autoinduzione. Circuiti RL. Circuiti accoppiati, mutua induzione. Energia immagazzinata nel campo magnetico di una corrente. Densità di energia del campo magnetico. Principio di conservazione della carica elettrica. Legge di Ampère-Maxwell. Equazioni di Maxwell in forma differenziale ed integrale. Onde elettromagnetiche (8 ore) Propagazione delle onde. Onde elettromagnetiche piane, loro deduzione dalle equazioni di Maxwell. Energia e quantità di moto delle onde elettromagnetiche piane, vettore di Poynting e pressione di radiazione. Polarizzazione delle onde elettromagnetiche. Radiazione elettromagnetica di un dipolo elettrico oscillante. Spettro delle onde elettromagnetiche. Fenomeni di propagazione delle onde (10 ore) Riflessione e rifrazione delle onde, indice di rifrazione, riflessione totale. Interferenza: somma di onde, sorgenti coerenti e incoerenti, l’esperimento a doppia fenditura di Young. Fenomeni di diffrazione di Fraunhofer.
Stationary electric fields and electric current (18 hours) A summary of: Coulomb's law, electric field and potential, motion of a charge in a uniform electric field. Discrete and continuous charge distributions. The electric dipole, force and torque on an electric dipole in an electric field. Gauss' law for the electric field, applications. Capacity and capacitors. Energy density of the electric field. Dielectrics, polarization of matter. Conduction, current intensity and density. Stationary current. Resistance and resistors, Ohm's law, resistivity and conductivity. Drude model for the electric conduction. Electric power, Joule effect, electromotive force. RC circuits. Stationary magnetic fields (12 hours) Static magnetic fields and their properties. Force on a charge moving in a magnetic field. Magnetic force on a current-carrying conductor. Fields created by stationary currents: Laplace’s law and its applications. Magnetic field of a circular current loop. Magnetic dipole. Magnetic torque and potential energy of a magnetic dipole in a magnetic field. Forces between parallel currents. Ampère’s law and its applications. Magnetic fields in matter: diamagnetic, paramagnetic and ferromagnetic materials. Time-dependent electromagnetic fields (12 hours) Faraday – Henry – Lenz law of electromagnetic induction and its applications. Inductance and self-inductance. RL circuits. Coupled circuits, mutual induction. Energy density of the magnetic field. Principle of the electric charge conservation. Ampère-Maxwell law. Maxwell equations in differential and integral form. Electromagnetic waves (8 hours) Propagation of waves. Plane electromagnetic waves as solutions of Maxwell's equations in vacuum. Energy and linear momentum of electromagnetic waves, Poynting vector and radiation pressure. Polarization of light. Oscillating electric dipole. Spectrum of the electromagnetic waves. Waves propagation phenomena (10 hours) Laws of reflection and refraction, refraction index, total reflection. Interference: wave composition, coherent and incoherent sources, double slit Young's experiment. Fraunhofer's diffraction.
L'insegnamento si articola in 45 ore di teoria e 15 ore di esercitazioni. Le 45 ore di teoria serviranno per introdurre i concetti di base dell'elettromagnetismo, mostrare le connessioni fisiche che li legano e le equazioni che esprimono tali connessioni. Pur mantenendo un approccio del tutto generale, atto a far comprendere la versatilità dei concetti introdotti nella descrizione di fenomeni fisici e sistemi tecnologici diversissimi, si segnaleranno applicazioni tecnologiche di uso comune e, ove possibile, di interesse specifico per il Corso di Laurea. Le 15 ore di esercitazione serviranno per proporre semplici problemi di elettromagnetismo ed illustrarne passo passo la soluzione. I problemi proposti saranno volti a mostrare, in particolare, l'applicazione di quanto trattato nelle lezioni immediatamente precedenti. Lo scopo di tali esercitazioni è molteplice: i) chiarire ulteriormente il significato fisico dei concetti appresi; ii) stimolare un approccio metodologicamente e matematicamente corretto alla soluzione dei problemi; iii) fornire agli studenti gli strumenti per poter risolvere i problemi proposti in sede d'esame.
The course consists of 45 hours of theoretical lectures and 15 hours of class exercises. Problems and exercises related to the lessons' subjects will be solved in the tutorial classes. In case of mixed teaching activities (onsite and online) and if allowed by the rules of Politecnico, the lectures could be given online, and the exercises could be proposed to the class in the onsite mode - always ensuring that all the students can follow them by remote connection.
Il contenuto e la struttura dell'insegnamento seguono il seguente testo (acquistabile anche online): - Mazzoldi, Nigro, Voci, Elementi di Fisica, vol. 2, Elettromagnetismo e Onde, Edizione II, Edises con alcuni eventuali approfondimenti proposti dal docente. Ulteriori testi che possono essere utilizzati sono: - Mazzoldi, Nigro, Voci, Fisica, vol. 2, Elettromagnetismo e Onde, Edises - Serway, Jewett, Fisica per Scienze ed Ingegneria, vol. 2, Edizione IV, Edises
The content and the structure of the course follow the book (that can be purchased also online): - Mazzoldi, Nigro, Voci, Elementi di Fisica, vol. 2, Elettromagnetismo e Onde, Edizione II, Edises with a few possible integrations proposed by the teacher. Other books that can be used are: - Mazzoldi, Nigro, Voci, Fisica, vol. 2, Elettromagnetismo e Onde, Edises - Serway, Jewett, Fisica per Scienze ed Ingegneria, vol. 2, Edizione IV, Edises The teacher's notes wille be made available on the web page of the course, as soon as the various topics are presented in the lectures. The students are advised not to study only on these notes, that are necessarily schematic, and to use instead a proper book among those listed above.
Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Prova orale facoltativa;
Exam: Written test; Optional oral exam;
Lo scopo dell'esame è verificare la conoscenza degli argomenti trattati nel programma e la capacità di applicare i concetti teorici alla soluzione di problemi di elettromagnetismo e ottica ondulatoria. In particolare, l'esame è volto a verificare: - la conoscenza dei concetti presentati durante il corso - la comprensione dei passaggi logici e matematici utilizzati per derivare le equazioni più rilevanti - la capacità di derivare equazioni riferite a casi particolari, a partire da quelle generali - la capacità di connettere fra loro concetti introdotti nel corso dell'insegnamento - la capacità di elaborare, a partire dai singoli esempi, strategie di ragionamento generali da impiegare per la soluzione di problemi diversi - la capacità di risolvere problemi di riepilogo, che coinvolgono concetti diversi incontrati in capitoli diversi del testo o in momenti diversi dell'insegnamento L'esame comprende uno scritto obbligatorio ed un orale facoltativo. Lo scritto consiste in problemi simbolici/numerici e domande di teoria su tutto il programma, al fine di accertare la capacità dello studente di rispondere a quesiti e svolgere calcoli, e di verificare la sua conoscenza dei fenomeni elettromagnetici e dell’ottica. Il tempo complessivamente assegnato per la prova è di 2h e per superare lo scritto occorre ottenere un punteggio complessivo pari a 18/30; il punteggio massimo conseguibile con lo scritto è pari a 30/30. Durante lo scritto non si possono portare in aula libri di alcun tipo o appunti del corso. Può essere consentito l’uso di una calcolatrice non programmabile. L'orale (facoltativo) riguarda tutti gli argomenti trattati nelle lezioni, al fine di accertare la comprensione delle leggi dell’elettromagnetismo e della propagazione delle onde elettromagnetiche. Nel caso che lo studente decida di sostenere l'orale, il voto finale sarà una media delle valutazioni dello scritto e dell'orale.
Gli studenti e le studentesse con disabilità o con Disturbi Specifici di Apprendimento (DSA), oltre alla segnalazione tramite procedura informatizzata, sono invitati a comunicare anche direttamente al/la docente titolare dell'insegnamento, con un preavviso non inferiore ad una settimana dall'avvio della sessione d'esame, gli strumenti compensativi concordati con l'Unità Special Needs, al fine di permettere al/la docente la declinazione più idonea in riferimento alla specifica tipologia di esame.
Exam: Written test; Optional oral exam;
The goal of the exam is to test the knowledge of the candidate about the topics included in the program and the ability to apply the theoretical concepts in the solution of problems of electromagnetism and wave optics . The exam consists of a compulsory written part and an optional oral part. The written part includes problems (either symbolic or numeric) and questions about all the subjects of the course, to ascertain whether the students posses the ability to answer queries and carry out calculations, and to test his/her knowledge of the basic concepts of electromagnetism and optics. The total allotted time is 2 hrs. The written part is passed if the total score is at least 18/30; the maximum score is 30/30. During the written examination, students can only use a portable calculator as a supporting material. The (optional) oral exam is about all subjects treated in the lectures and is mainly aimed to test the understanding of the laws of electromagnetism and electromagnetic waves propagation. The final mark is an average of written/oral scores.
In addition to the message sent by the online system, students with disabilities or Specific Learning Disorders (SLD) are invited to directly inform the professor in charge of the course about the special arrangements for the exam that have been agreed with the Special Needs Unit. The professor has to be informed at least one week before the beginning of the examination session in order to provide students with the most suitable arrangements for each specific type of exam.
Modalità di esame: Prova orale obbligatoria; Prova scritta tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo;
Lo scopo dell'esame è verificare la conoscenza degli argomenti trattati nel programma e la capacità di applicare i concetti teorici alla soluzione di problemi di elettromagnetismo e ottica ondulatoria. In particolare, l'esame è volto a verificare: - la conoscenza dei concetti presentati durante il corso - la comprensione dei passaggi logici e matematici utilizzati per derivare le equazioni più rilevanti - la capacità di derivare equazioni riferite a casi particolari, a partire da quelle generali - la capacità di connettere concetti diversi introdotti nel corso - la capacità di elaborare, a partire dai singoli esempi, strategie di ragionamento generali da impiegare per la soluzione di problemi diversi - la capacità di risolvere problemi di riepilogo, che coinvolgono concetti diversi incontrati in capitoli diversi del testo o in momenti diversi del corso In caso di erogazione della didattica in remoto, l'esame consisterà in: - un test costituito da quiz a risposta chiusa tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo Exam integrata con strumenti di proctoring (Respondus). In questa fase NON sarà permesso l'uso di alcun tipo di materiale (appunti, libri, ecc) ma sarà consentito l'uso di una calcolatrice non programmabile. La prova consta di 15 quiz a risposta multipla (4 alternative) di cui una sola è corretta. La durata della prova è pari a 40 minuti, il voto massimo è 30 e il voto minimo per il superamento della prova è 14.66 punti. - un orale obbligatorio, solo per coloro che superano lo scritto, in cui sarà richiesta innanzitutto la soluzione di un problema. Se lo svolgimento del problema risulterà soddisfacente, lo studente potrà scegliere se continuare l'orale con domande di teoria (includenti derivazioni e dimostrazioni dettagliate) oppure fermarsi. Se si fermerà, il voto finale terrà conto del punteggio dello scritto e della soluzione del problema all'orale, ma non potrà superare il 23. Se invece lo studente sceglierà di continuare con le domande di teoria, il voto sarà la media tra il punteggio dell'orale e quello dello scritto.
Exam: Compulsory oral exam; Computer-based written test using the PoliTo platform;
The goal of the exam is to test the knowledge of the candidate about the topics included in the program and the ability to apply the theoretical concepts in the solution of problems of electromagnetism and wave optics . In particular, the exam is aimed at verifying the students': - knowledge of the concepts presented during the course - understanding of the logical and mathematical steps used to derive the most relevant equations - ability to derive equations referring to particular cases, starting from general ones - ability to connect different concepts introduced in the course - ability to build, starting from particular examples, general reasoning strategies to be used for the solution of different problems - the ability to solve summary problems, which involve different concepts encountered in different chapters of the text or at different times of the course. If the exams will be taken in remote mode (online), it will consist in: - a test made of multiple-choice quizzes, to be taken by PC using the platform Exam of Politecnico di Torino integrated with proctoring tools (Respondus). The use of any kind of material (notes, books, etc) will NOT allowed, but the students will be given the possibility to use a non-programmable calculator. The test consists of 15 multiple-choice quizzes with four alternatives, of which only one is correct. The duration is 40 minutes, the maximum mark is 30 and the minimum mark for passing the test is 14.66 points. - a compulsory oral exam, only for those who pass the test, that will be taken using the Virtual Classroom tool. In the oral, the solution of a problem will first be required. If the solution of the problem is satisfactory, the student can choose whether to continue the oral exam with theoretical questions (including detailed derivations and demonstrations) or to stop. If he/she stops, the final mark will take into account the score of the test and of the solution of the problem, but it will not exceed 23. If instead the student chooses to continue with the theoretical questions, the mark will be the average of the mark of the oral and the test.
Modalità di esame: Prova orale obbligatoria; Prova scritta tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo;
Lo scopo dell'esame è verificare la conoscenza degli argomenti trattati nel programma e la capacità di applicare i concetti teorici alla soluzione di problemi di elettromagnetismo e ottica ondulatoria. In particolare, l'esame è volto a verificare: - la conoscenza dei concetti presentati durante il corso - la comprensione dei passaggi logici e matematici utilizzati per derivare le equazioni più rilevanti - la capacità di derivare equazioni riferite a casi particolari, a partire da quelle generali - la capacità di connettere concetti diversi introdotti nel corso - la capacità di elaborare, a partire dai singoli esempi, strategie di ragionamento generali da impiegare per la soluzione di problemi diversi - la capacità di risolvere problemi di riepilogo, che coinvolgono concetti diversi incontrati in capitoli diversi del testo o in momenti diversi del corso. In caso di esami in modalità mista, le regole dell'esame saranno mantenute omogenee per esami in remoto e in presenza. In particolare, si prevede: - un test costituito da quiz a risposta chiusa, da svolgersi ONLINE tramite PC, con l'utilizzo della piattaforma di Ateneo Exam integrata con strumenti di proctoring (Respondus) oppure utilizzando i laboratori informatici del Politecnico (LAIB). In questa fase NON sarà permesso l'uso di alcun tipo di materiale (appunti, libri, ecc) ma sarà consentito l'uso di una calcolatrice non programmabile. La prova consta di 15 quiz a risposta multipla (4 alternative) di cui una sola è corretta. La durata della prova è pari a 40 minuti, il voto massimo è 30 e il voto minimo per il superamento della prova è 14.66 punti. - per coloro che superano il test, un orale obbligatorio (online o in presenza) in cui sarà richiesta innanzitutto la soluzione di un problema e successivamente, a scelta dello studente, domande di teoria includenti derivazioni e dimostrazioni. Le stesse regole descritte nel campo precedente varranno anche per gli esami orali in presenza.
Exam: Compulsory oral exam; Computer-based written test using the PoliTo platform;
The goal of the exam is to test the knowledge of the candidate about the topics included in the program and the ability to apply the theoretical concepts in the solution of problems of electromagnetism and wave optics . In particular, the exam is aimed at verifying the students': - knowledge of the concepts presented during the course - understanding of the logical and mathematical steps used to derive the most relevant equations - ability to derive equations referring to particular cases, starting from general ones - ability to connect different concepts introduced in the course - ability to build, starting from particular examples, general reasoning strategies to be used for the solution of different problems - the ability to solve summary problems, which involve different concepts encountered in different chapters of the text or at different times of the course. In case of mixed-mode ("blended") exams, the rules of the exam will be kept homogeneous for online and onsite exams. In particular, the exam will include: - a test made of multiple-choice quizzes, to be taken exclusively ONLINE by PC using the platform Exam of Politecnico di Torino integrated with proctoring tools (Respondus). The use of any kind of material (notes, books, etc) will NOT allowed, but the students will be given the possibility to use a non-programmable calculator. The test consists of 15 multiple-choice quizzes with four alternatives, of which only one is correct. The duration is 40 minutes, the maximum mark is 30 and the minimum mark for passing the test is 14.66 points. - for those who pass the test, a compulsory oral exam in which a solution to a problem will be requested first and then, at the student's choice, questions about the theoretical parts, including derivations and demonstrations. The same rules described in the previous field will also apply to oral exams in presence.
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