Il corso illustra le leggi fondamentali dell’Elettromagnetismo Classico e della propagazione delle Onde Elettromagnetiche.

Lo scopo è di acquisire le conoscenze di base relative a principi fisici, basi matematiche ed evidenze sperimentali dei fenomeni descritti dalle equazioni di Maxwell in 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. Le abilità acquisite dallo studente consistono nell’applicazione di tali conoscenze alla soluzione di problemi riguardanti i fenomeni elettromagnetici nei regimi stazionario e dipendente dal tempo e di propagazione delle radiazioni elettromagnetiche. Le conoscenze e le abilità acquisite sono propedeutiche ai successivi corsi riguardanti i fondamenti e le tecnologie della ingegneria dell’informazione e della comunicazione (ICT).

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 integrale e differenziale delle funzioni di una o più variabili, 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 in Fisica II. Brevi richiami di Elettrostatica vengono pertanto presentati all’inizio del corso.

Campi elettrici stazionari (~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. Dipolo elettrico, forza e coppia su un dipolo elettrico in un campo elettrico uniforme. Legge di Gauss per il campo elettrico, applicazioni. Polarizzazione della materia, vettore spostamento elettrico. Capacità elettrica, condensatori. Energia del campo elettrico. Conduttività elettrica, legge di Ohm, resistori, effetto Joule. Forza elettromotrice. Campi magnetici stazionari (~14 ore) Forza magnetica su una carica in moto, forza di Lorentz. Moto di una carica in un campo magnetico uniforme. Il ciclotrone, lo spettrometro di massa, l’effetto Hall classico. Forza magnetica su una corrente elettrica, coppia magnetica su una spira rettangolare e di forma qualsiasi, momento di dipolo magnetico. Il momento di dipolo magnetico orbitale e di spin. 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. Solenoide di lunghezza infinita e solenoide di lunghezza finita. Legge di Ampère. Legge di Gauss per il campo magnetico. Magnetizzazione della materia: fenomenologia, suscettività magnetica, materiali dia, para e ferromagnetici, prima e seconda legge di Curie, isteresi magnetica. Equazioni di Maxwell in forma differenziale e integrale per campi stazionari. Campi elettromagnetici dipendenti dal tempo (~14 ore) Induzione elettromagnetica, legge di Faraday-Henry, moto relativo di un conduttore e di un campo magnetico. Autoinduzione. Transitori: circuiti RL e RC. Circuiti accoppiati, mutua induzione. Energia del campo magnetico. Principio di conservazione della carica, legge di Ampère-Maxwell. Equazioni di Maxwell in forma differenziale e integrale per campi elettromagnetici dipendenti dal tempo, nel vuoto e in presenza della materia. Onde elettromagnetiche (~8 ore) Propagazione delle onde, cenni sulle onde elastiche. Equazione delle onde elettromagnetiche (derivazione dalle equazioni di Maxwell). Energia e quantità di moto delle onde elettromagnetiche piane, vettore di Poynting. Pressione di radiazione, polarizzazione delle onde elettromagnetiche, radiazione elettromagnetica di un dipolo elettrico oscillante. Spettro delle onde elettromagnetiche. Fenomeni di propagazione delle onde (~5 ore) Riflessione e rifrazione delle onde: principio di Huygens-Fresnel, leggi della riflessione e della rifrazione, indice di rifrazione assoluto e relativo, riflessione totale. Interferenza: somma di onde, sorgenti coerenti e incoerenti, esperimento di Young, caso di più sorgenti coerenti allineate. Fenomeni di diffrazione di Fraunhofer per fenditure rettangolari. Cenni sui reticoli di diffrazione.

Il corso si articola in 45 ore di lezione e 15 ore di esercitazioni.

Testo di riferimento per teoria ed esercizi: P. Mazzoldi, M. Nigro, C. Voci, Fisica, Elettromagnetismo - Onde, vol. II, EdiSES, Napoli, 2010. Il libro di testo contiene numerosi esercizi e problemi, anche svolti. Ulteriore materiale di supporto, a cura dei docenti, sarà messo a disposizione degli studenti mediante il portale della didattica. Un possibile eserciziario aggiuntivo e`: G. A. Ummarino, Esercizi svolti di Fisica II, CLUT, 2015.

Modalità di esame: Test informatizzato in laboratorio; Prova orale obbligatoria;

Exam: Computer lab-based test; Compulsory oral exam;

... L’esame valuta la conoscenza e la comprensione degli argomenti elencati nel programma ufficiale del Corso, unitamente alla loro applicazione alla soluzione di problemi numerici e simbolici. La prenotazione è obbligatoria per poter sostenere l’esame. La prenotazione va effettuata attraverso il Portale della Didattica, rispettando tassativamente le modalità e le scadenze stabilite dalla Segreteria Didattica. Durante le prove, non è consentito introdurre in aula libri, appunti o altro materiale didattico attinente al programma del Corso. Non è consentito l’uso di calcolatrici personali. L’esame si articola nelle seguenti parti: 1) un test a risposta multipla, della durata di un’ora, con 30 domande relative sia ad argomenti teorici che a problemi. Il test è superato con un punteggio di almeno 15/30. 2) una successiva prova orale, a cui possono accedere solo gli studenti che hanno superato il test a risposta multipla di cui al punto 1). La prova orale deve essere sostenuta nello stesso appello in cui è stato superato il test, pena la decadenza della validità del test stesso, e potrà includere la discussione del test. Il voto finale è determinato da entrambe le prove.

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.