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Anno Accademico 2009/10
14AXPFJ
Fisica II
Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica - Torino
Docente Qualifica Settore Lez Es Lab Tut Anni incarico
Ghigo Gianluca ORARIO RICEVIMENTO AC FIS/01 56 28 0 0 13
Minetti Bruno ORARIO RICEVIMENTO     56 28 0 0 7
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
FIS/01 7.5 A - Di base Fisica e chimica
Obiettivi dell'insegnamento
Si tratta di un insegnamento di base di 7.5 crediti articolato in 56 ore di lezioni ed in 28 ore di esercitazioni. Il corso ha un duplice obiettivo. Da una parte fornisce una descrizione unitaria ed organica dei fenomeni elettromagnetici ed ondosi e dall'altra parte enfatizza le metodologie di indagine fisica e il rigore della descrizione dei fenomeni fisici trattati. Gli argomenti del corso sono raggruppati in quattro sezioni, organicamente correlate fra loro. In fine in una quinta sezione vengono introdotti i fondamenti della fisica moderna e si considerano alcune applicazioni tecnologiche specifiche per l'area di formazione.
Competenze attese
Al termine dell'insegnamento lo studente acquisirà competenze che gli permetteranno di affrontare criticamente problematiche specifiche che emergono durante la trattazione dei fenomeni elettromagnetici e ondosi. Infine lo studente potrà affrontare alcuni problemi elementari che richiedono la conoscenza dei principi basilari della fisica moderna.
Prerequisiti
Ai fini di una buona comprensione degli argomenti trattati nel corso si richiede una familiarità del contenuto dei corsi di Fisica I, Analisi I, Geometria.
Programma
Parte I ' Elettrostatica e Corrente Elettrica
Legge di Coulomb. Campo elettrico. Teorema di Gauss. Energia potenziale. Potenziale elettrico. Dipolo elettrico. Il campo elettrico in conduttori e in dielettrici. Capacità. Condensatori. Corrente elettrica. Resistenza. Legge di Ohm. Introduzione ai circuiti elettrici. Carica e scarica di un condensatore.

Parte II ' Magnetostatica
Campo magnetico. Forza magnetica su una carica in moto e su un conduttore. Spira in un campo magnetico. Sorgenti del campo magnetico. Legge di Biot-Savart. Forza magnetica fra due conduttori paralleli. Legge di Ampère per la magnetostatica. Campo in un solenoide. Legge di Gauss per il magnetismo. Materiali diamagnetici, paramagnetici e ferromagnetici.

Parte III ' Elettromagnetismo
Legge di Faraday dell'induzione elettromagnetica. Forze elettromotrici nei circuiti in moto in campo magnetico. Legge di Lenz. Forze elettromotrici indotte da campi variabili nel tempo. Autoinduzione. Mutua induzione. Circuiti RL ed RCL. Oscillazioni in un circuito. Circuiti in corrente alternata. Legge di Ampère per correnti variabili nel tempo: la corrente di spostamento. Le equazioni di Maxwell in forma integrale e differenziale.

Parte IV - Onde elettromanetiche e Ottica
Le equazioni di Maxwell nel vuto. Onde elettromagnetiche piane. Energia e quantità di moto di un onda elettromagnetica. Vettore di Poynting. Lo spettro delle onde elettromagnetiche. Polarizzazione delle onde piane. Riflessione e rifrazione della luce. Principio di Huygens. Principio di Fermat. Ottica Geometrica. Specchi e lenti. Ottica Fisica. Interferenza e diffrazione.

Parte V - Fisica Moderna ed Applicazioni
Relativita ristretta. Principio di relatività. Principio di costanza della velocità della luce. Trasformazioni di Galileo e di Lorentz. Cinematica relativistica. Contrazione delle lunghezze e dilatazione dei tempi. Effetto Doppler. Additività relativistica delle velocità. Dinamica relativistica. Massa relativistica. Quantità di moto relativistica. Energia cinetica relativistica. Energia di riposo.
Introduzione alla Meccanica Quantistica. Funzione d'onda. Equazione di Schroedinger. Principio di indeterminazione di Heisemberg. Risonanza magnetica nucleare.
Programma (Prof. G. Ghigo)
OBIETTIVI DELL'INSEGNAMENTO
La finalità del corso è di fornire allo studente una cultura di base sui fondamenti di Elettromagnetismo e Fenomeni ondulatori. Il corso tratta due aspetti. Da una parte fornisce una descrizione unitaria ed organica dei fenomeni e dall'altra pone l'accento sulle metodologie di indagine e sulla formulazione di modelli per la descrizione dei fenomeni fisici trattati. Si tratta di un insegnamento di base di 7.5 crediti articolato in 56 ore di lezione ed in 28 ore di esercitazioni in aula.

COMPETENZE ATTESE
Il corso è mirato a fornire allo studente la capacità di applicare modelli fisici e concetti matematici a problemi concreti nel campo ingegneristico.

PREREQUISITI
Ai fini di una buona comprensione degli argomenti trattati nel corso si richiede familiarità con i contenuti dei corsi di Fisica I, Analisi I, Geometria. In particolare, è necessario che lo studente conosca e sappia applicare il calcolo vettoriale e il calcolo differenziale e integrale (compresi integrali di linea, di superficie e di volume).


PROGRAMMA

ELETTROMAGNETISMO
Elettrostatica: Carica elettrica ' Conservazione della carica - Legge di Coulomb - Campo e potenziale elettrostatico - Distribuzioni di cariche ' Dipolo elettrico ' Legge di Gauss - Capacità e condensatori - Dielettrici - Energia e densità di energia del campo elettrico.
Corrente continua: intensità e densità di corrente - Legge di Ohm - Resistenza elettrica ' Effetto Joule.
Magnetostatica: Il campo magnetico - Forza di Lorentz - Campo magnetico creato da una corrente continua - Legge di Biot-Savart - Leggi di Laplace - Legge della circuitazione di Ampère - Effetto Hall - Campo magnetico nella materia.
Campi elettrici e magnetici variabili nel tempo: Forze elettromotrici e correnti indotte ' Autoinduzione - Circuito RL - Energia e densità di energia del campo magnetico - Circuito oscillante LC ' Risonanza in circuiti RLC - Corrente di spostamento - Equazioni di Maxwell.

FENOMENI ONDULATORI
Generalità sulla propagazione per onde - Onde elettromagnetiche piane ' Energia e impulso associati a un'onda ' Vettore di Poynting. - Ottica geometrica: riflessione e rifrazione. Ottica fisica: luce e onde elettromagnetiche - Polarizzazione - Interferenza ' Diffrazione di Fraunhofer.


Laboratori e/o esercitazioni
Per tutti gli argomenti trattati durante le lezioni sono previste esercitazioni in aula. Durante le esercitazioni il corso viene diviso in due squadre. Per i problemi considerati viene sviluppata sia la metodologia di analisi che le tecniche di calcolo per la loro soluzione.
Bibliografia
Testo di riferimento:
R.A. Serway, R.J. Beichner: Fisica per Scienze ed Ingegneria, Volume II. EdiSES ' Napoli.
D. Halliday, R. Resnick, J. Walker: Fondamenti di Fisica: Elettrologia, Magnetismo e Ottica. CEA ' Milano.
Testo per approfondimento:
P. Mazzoldi, M. Nigro, C. Voci, FISICA Volume II. EdiSES ' Napoli.
Esercizi on line:
Sul sito del Politecnico (link FIL) sono liberamente disponibili esercizi di Fisica II risolti: la formulazione interattiva guida lo studente ad una soluzione ragionata degli stessi.
Testi e materiale didattico (Prof. G. Ghigo)
Testo di riferimento: P. Mazzoldi, M. Nigro, C. Voci, FISICA Volume II. EdiSES ' Napoli.
Tra i possibili testi alternativi:
- E.Amaldi, R.Bizzarri, G.Pizzella: Fisica Generale ' elettromagnetismo relatività ottica, Zanichelli editore
- M.Omini, Lezioni di Fisica II (parte prima e parte seconda), Società Editrice Esculapio
- D. Halliday, R. Resnick, J. Walker: Fondamenti di Fisica: Elettrologia, Magnetismo e Ottica. CEA, Milano.


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Controlli dell'apprendimento / Modalità d'esame
L'esame consiste in una prova scritta in aula o in laboratorio informatico con perfetta equivalenza nei loro contenuti, sia nella loro struttura. L'esame viene completato con una prova orale la cui durata può essere abbreviata qualora si limiti alla conferma della votazione ottenuta nella prova scritta.
Modalità di verifica dell'apprendimento (Prof. G. Ghigo)
L'esame comporta il superamento di prove scritte e orali.
Lo scritto è strutturato in due prove: (1) un test con domande brevi (teoria ed esercizi) di cui vengono proposte alcune possibili soluzioni tra le quali lo studente deve individuare quella corretta e (2) uno o più esercizi più complessi, simili a quelli illustrati nel corso delle esercitazioni in aula. La sufficienza nella prima prova è condizione necessaria perché si proceda alla correzione della seconda.
Il superamento delle prove scritte permette l'accesso alla prova orale, obbligatoria per il superamento dell'esame.
Resta inteso che l'esame (scritto e orale) verterà su tutto il programma svolto in aula durante le lezioni e le esercitazioni, quale che sia il testo adottato dallo studente (che andrà quindi eventualmente intergrato)


Orario delle lezioni
Statistiche superamento esami

Programma definitivo per l'A.A.2009/10
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