Nel seguito sono indicati gli argomenti fondamentali comuni agli insegnamenti di Fisica II delle quattro aree formative di Ingegneria Industriale, Ingegneria Civile/Edile, Ingegneria dell’Informazione e Ingegneria Gestionale. Le differenze sono presentate nei programmi dettagliati dei singoli corsi e riguardano diverse accentuazioni e approfondimenti relativi ai temi generali, uguali per tutti.


La Fisica II espone le leggi fondamentali dell’elettromagnetismo classico, includendo la propagazione della luce come onda elettromagnetica. L’obiettivo e’ l’acquisizione dei principi e del loro significato fisico. Vengono illustrate le applicazioni fondamentali di ogni legge con lo scopo di far acquisire un metodo da applicare nell’interpretazione di fenomeni fisici che sono alla base di molte applicazioni ingegneristiche. E’ necessaria una buona conoscenza e padronanza degli strumenti matematici appresi nei corsi di Analisi I e II e di Geometria.

ELETTROSTATICA
L’elettrostatica nel vuoto e’ svolta nei corsi di Fisica I e viene data per nota all’inizio dei corsi di Fisica II; la sua conoscenza e’ indispensabile per una buona comprensione degli argomenti da trattare.
Campo elettrico statico nella materia: I conduttori.
Condensatori e capacità.
Densità di energia del campo elettrico.
Dielettrici: Polarizzazione del materiale.

CORRENTE E RESISTENZA
Conduzione. Intensità e densità di corrente. Corrente continua. Resistenza. Legge di Ohm. Resistività e conducibilità.
Potenza elettrica. Effetto Joule.

MAGNETOSTATICA
Campo magnetico e induzione magnetica. Seconda equazione di Maxwell.
Forza agente su una carica in moto all’interno di un campo magnetico: forza di Lorentz.
Forza agente su un conduttore percorso da corrente immerso in un campo magnetico.
Sorgenti del campo magnetico: Campo magnetico prodotto da una corrente: legge di Laplace. Applicazioni della legge di Laplace. 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 ELETTRICI E MAGNETICI VARIABILI NEL TEMPO
Legge dell'induzione di Faraday - Henry – Lenz e sue applicazioni. Terza equazione di Maxwell.
Induttanza e autoinduzione.
Energia immagazzinata nel campo magnetico di una corrente. Densità di energia del campo magnetico.
Legge di Ampère-Maxwell: quarta equazione di Maxwell.

ONDE ELETTROMAGNETICHE
L’equazione d’onda per i campi elettrico e magnetico.
Caratteristiche generali delle onde. Le onde elettromagnetiche.

PROPAGAZIONE DELLE ONDE
Propagazione e attenuazione dentro i conduttori; propagazione entro sostanze dielettriche.

OTTICA GEOMETRICA
Legge di Snell per la rifrazione e la riflessione.
Ottica geometrica: diottri e specchi, lenti sottili. Applicazioni

OTTICA FISICA
Interferenza tra onde elettromagnetiche. Applicazioni.

DIFFRAZIONE
Natura del fenomeno. Diffrazione di Fraunhofer da singola fenditura.

POLARIZZAZIONE DELLA LUCE
Natura dei fenomeni connessi.

Obbiettivi dell’insegnamento
Il corso fornisce allo studente una cultura di base sui fondamenti dell'elettromagnetismo, nonché la capacità di applicare modelli fisici e concetti matematici a problemi concreti nel campo dell’ingegneria.
Prerequisiti
E' necessario che lo studente sappia applicare:
il calcolo differenziale e integrale per le funzioni di una o più variabili;
il calcolo vettoriale;
i temi generali trattati nel modulo di Fisica 1
Precedenze auspicabili
Analsi Matematica I, Analisi Matematica II, Geometria , Fisica I

Programma
Cariche elettriche. Isolanti e conduttori. Struttura elettrica della materia. Misura delle cariche elettriche. La legge di Coulomb. Campo elettrostatico. Campo elettrostatico prodotto da una distribuzione continua di carica. Moto di una carica in un campo elettrostatico.
Lavoro della forza elettrica. Potenziale. Calcolo del potenziale elettrostatico. Energia potenziale elettrostatica. Il campo elettrostatico come gradiente del potenziale. Superfici equipotenziali. Il rotore del campo elettrostatico. Il dipolo elettrico. La forza su un dipolo elettrico.
Flusso del campo elettrico. Legge di Gauss. Alcune applicazioni e conseguenze della legge di Gauss. Campo elettrostatico nell’intorno di uno strato superficiale di carica. Legge di Gauss in forma differenziale. Equazioni di Maxwell per l’elettrostatica. Equazioni di Poisson e Laplace.
Conduttori in equilibrio. Conduttore cavo. Schermo elettrostatico. Sistemi di conduttori. Condensatori. Collegamento di condensatori. Energia del campo elettrostatico. Dielettrici. La costante dielettrica. Polarizzazione dei dielettrici. Equazioni generali dell’elettrostatica in presenza di dielettrici.
Conduzione elettrica. Corrente elettrica. Corrente elettrica stazionaria. Legge di Ohm della conduzione elettrica. Resistori in serie e in parallelo. Forza elettromotrice. Carica e scarica di un condensatore attraverso un resistore. Corrente di spostamento. Leggi di Kirchhoff per le reti elettriche.
Interazione magnetica. Campo magnetico. Elettricità e magnetismo. Forza magnetica su una carica in moto. Forza magnetica su un conduttore percorso da corrente. Momenti meccanici su circuiti piani. Principio di equivalenza di Ampère. Effetto Hall. Moti di particelle cariche in un campo magnetico. Campo magnetico prodotto da una corrente. Calcolo di campi magnetici prodotti da circuiti particolari. Azioni elettrodinamiche tra circuiti percorsi da corrente. Legge di Ampère. Proprietà magnetiche della materia. Permeabilità e suscettività magnetica . Leggi di Curie. Isteresi nei materiali ferromagnetici.
La legge di Gauss per il campo magnetico. Equazioni generali della magnetostatica in presenza di mezzi magnetizzati.
Legge di Faraday dell’induzione elettromagnetica. Origine del campo elettrico indotto e della forza elettromotrice indotta. Applicazione della legge di Faraday. Autoinduzione. Induzione mutua. Legge di Ampère-Maxwell. Le equazioni di Maxwell. Le equazioni di Maxwell in forma differenziale.
Il potenziale vettore e l’invarianza di gauge.
Oscillazioni elettriche. Circuiti in corrente alternata. Il circuito RCL in serie. Risonanza. Potenza nei circuiti a corrente alternata.
Introduzione alle onde elettromagnetiche. Onde piane. Deduzione delle onde elettromagnetiche piane dalle equazioni di Maxwell. Energia di un’onda elettromagnetiche piana. Vettore di Poynting. Quantità di moto di un’onda elettromagnetiche piana. Pressione di radiazione. Polarizzazione delle onde elettromagnetiche. Spettro delle onde elettromagnetiche. Onde elettromagnetiche in un conduttore.
Riflessione e rifrazione delle onde. Principio di Huygens-Fresnel. Le leggi della riflessione e della rifrazione.
Interferenza. Somma di onde. Sorgenti coerenti e incoerenti. Dispositivo di Young. N sorgenti allineate coerenti.
Diffrazione. Fenomeni di diffrazione di Fraunhofer e di Fresnel. Diffrazione di una fenditura rettilinea.
Reticolo di diffrazione.
Cenni di polarizzazione della luce.
Cenni di ottica geometrica: diottri e specchi, lenti sottili. Applicazioni.

Testi di riferimento
P. Mazzoldi, M. Nigro, C. Voci "Elementi di Fisica: Elettromagnetismo-Onde " vol. II, EdiSES (Napoli, 2010)
P. Mazzoldi, M. Nigro, C. Voci "Fisica: Elettromagnetismo-Onde " vol. II, EdiSES (Napoli, 2010)
S. Focardi, I. Massa, A. Uguzzoni, "Fisica Generale: Elettromagnetismo" Casa Editrice Ambrosiana (2007)
S. Focardi, I. Massa, A. Uguzzoni, "Fisica Generale: Onde e Ottica" Casa Editrice Ambrosiana (2007)
C. Mencuccini, V. Silvestrini: " Fisica 2 - Elettromagnetismo e Ottica" Liguori Editore (1988)
Testo per gli esercizi
A. Tartaglia "300 Esercizi svolti di elettromagnetismo e ottica" Editrice Levrotto&Bella (Torino, 1986)

L’ esame consiste in:
1) un test obbligatorio al calcolatore (LAIB)
2) una prova orale di teoria.
Il test LAIB ha la durata di un’ora; consiste di trenta domande (a risposte multiple), implicanti definizioni, deduzioni, teoremi, risoluzioni di esercizi.
Gli interessati DEVONO PRENOTARSI prima dei due giorni lavorativi che precedono la data della prova; per accedervi devono portare con sè libretto e documento di riconoscimento.
Durante la prova non è possibile consultare ne libri ne appunti.
Le risposte a ciascuna domanda sono tipicamente 5: una giusta, tre sbagliate, ed una dichiara: "non so". La risposta giusta vale (+1), una risposta sbagliata vale (-1/3), "non so" vale (0).
Il voto del test sarà, in trentesimi, pari al numero di risposte giuste - (1/3)* numero di risposte sbagliate+3.
Se l’ esito sarà positivo (voto >= 18/30) si possono presentare i seguenti casi:
18/30<= voto<= 23/30: lo studente può accedere all’orale breve il cui voto massimo è 24;
voto>=24/30: lo studente può o accedere all’orale breve e allora qualunque sia il voto
del test (>=24/30) egli avrà sempre come risultato finale un voto il cui massimo è di 24/30 oppure
può venire all’esame orale il cui esito va dalla bocciatura a 30/30.
La prova orale deve essere sostenuta nel medesimo appello in cui si è sostenuto il test altrimenti il fatto di aver superato il test decade irrevocabilmente.