Corso di insegnamento “Fisica Generale II”

Corso di Laurea in Matematica

AA 2018-2019 – docente titolare: Stefania Spagnolo

 

 

II Semestre del secondo anno di Corso.

Crediti     6

Link all’orario.

 

1) Contenuti del Corso

Elettricità e Magnetismo

Dettaglio delle lezioni

 

2) Modalità di valutazione degli studenti

Esame scritto e orale; Per studenti di anni all.a.a. 2017-18 è previsto un esame esclusivamente orale con risoluzione di esercizi.

 

3) Modalità di prenotazione dell’esame e date degli appelli

Gli studenti possono prenotarsi per l’esame finale esclusivamente utilizzando le modalità previste dal sistema VOL

 

4) Testi suggeriti

P. Mazzoldi, M. Nigro, C. Voci  Fisica, volume II” EdiSES

La Fisica di Berkeley,  Vol. II: Elettricità e magnetismo”, di Edward Mills Purcell

E. Amaldi, R. Bizzarri,  G. Pizzella “Fisica Generale, elettromagnetismo, relatività, ottica”, Zanichelli Editore

           

4) Risorse online

Physics II MIT  http://ocw.mit.edu/courses/physics/8-02-physics-ii-electricity-and-magnetism-spring-2007/readings/

 

Link al compito del primo esonero 27/04/2018

Link al compito scritto del 08/06/2018

Link al compito scritto del 05/07/2018

Link al compito scritto del 27/07/2018

Link al compito scritto del 06/09/2018

Link al compito scritto del 06/09/2018

Link al compito scritto del 02/10/2018

Link al compito scritto del 19/11/2018

Link al compito scritto del 17/12/2018

Link al compito scritto del 14/01/2019

Link al compito scritto del 11/04/2019

Link al compito del primo esonero a.a. 2018-19 17/04/2019

Link al compito del secondo esonero a.a. 2018-19 31/05/2019

 

 

In questa area trovate tutti I compiti passati, alcuni accompagnati da soluzioni.

 

 

 

 

 

Contenuti delle lezioni

 

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Lezione n. 1 Lunedì 25 Feb 2019

Introduzione. 

Campi scalari e campi vettoriali. 

Rappresentazione di un campo scalare, superfici di livello. 

Gradiente di un campo scalare; interpretazione geometrica. Teorema del gradiente. 

Gradiente di un campo scalare e campi vettoriali conservativi. 

Fonti: E. Amaldi, R. Bizzarri,  G. Pizzella; Physics II MIT  

 

 

 

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Lezione n. 2 Martedì 26 Feb 2019

Rappresentazioni di campi vettoriali; linee di campo.  

Flusso di un campo vettoriale attraverso una superficie generica.

Divergenza e rotore di un campo vettoriale.  

Teorema della divergenza e teorema di Stokes.  

Campi irrotazionali e campi solenoidali. 

Fonti: E. Amaldi, R. Bizzarri,  G. Pizzella; Physics II MIT  

 

 

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Lezione n. 3 Lunedì 11 Mar 2019

Prime evidenze dei fenomeni elettrici e delle proprieta’ di materiali isolanti e conduttori.

Legge di Coulomb (forza tra due cariche puntiformi) e principio di sovrapposizione.

Densita’ volumetrica, superficiale e lineare di carica.

Definizione di campo elettrico.

Espressione del campo elettrico prodotto da una distribuzione volumetrica (o in generale estesa) di carica.

Problemi:

1- confronto dell’intensità di forza gravitazionale e coulombiana nell’atono di idrogeno;

2- sfere sospese di stessa massa e carica, condizione di equilibrio;

3- sistema di 3 cariche identiche ai vertici di un triangolo equilatero, forze su ciascuna carica e al centro del triangolo;

4- distribuzione uniforme di carica su una sbarretta rettilinea di lunghezza L e spessore trascurabile: campo in un punto del piano mediano e in un punto generico; Limite per distanza (tra punto e sbarretta) che tende a infinito; Limite per L che tende a infinito.

Fonti: Mazzoldi, Nigro, Voci

 

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Lezione n. 4 Martedì 12 Mar 2019

Energia potenziale di una carica in un campo elettrostatico Coulombiano.

Potenziale elettrostatico Coulombiano e potenziale elettrostatico per una distribuzione generica di cariche.

Energia elettrostatica di un sistema discreto e continuo di cariche.

Problemi:

1- potenziale da distribuzione uniforme di carica su una sbarretta rettilinea di lunghezza L e spessore trascurabile: campo in un punto del piano mediano e in un punto generico; Limite per distanza (tra punto e sbarretta) che tende a infinito; Limite per L che tende a infinito.

2- potenziale da distribuzione uniforme di carica su un anello di raggio R e spessore trascurabile: campo in un punto dell’asse; Limite per distanza (tra punto e anello) che tende a infinito; 

3- potenziale da distribuzione uniforme di carica su un disco di raggio R e spessore trascurabile: campo in un punto dell’asse; Limite per distanza (tra punto e disco) che tende a infinito e a zero (piano infinito).

Fonti: Mazzoldi, Nigro, Voci

 

 

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Lezione n. 5 Lunedì 18 Mar 2019

Potenziale elettrostatico e campo generati da un dipolo elettrico.

Sistema discreto di cariche puntiformi: sviluppo in serie di multipoli del potenziale elettrostatico in punti distanti dalle cariche sorgente.

Problemi: 

1- distribuzione uniforme di carica su una sbarretta rettilinea di lunghezza L e spessore trascurabile: potenziale elettrostatico in un punto del piano mediano: Limite per distanza (tra punto e sbarretta) che tende a infinito; Limite per L che tende a infinito; Campo elettrico come gradiente del potenziale elettrostatico.

2- distribuzione uniforme di carica su una anello, su un disco: calcolo del potenzilae elettrostatico (e campo elettrico dal potenziale) e limiti asintotici. 

Fonti: Mazzoldi, Nigro, Voci

 

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Lezione n. 6 Martedì 19 Mar 2019

Forza energia potenziale e momento su un dipolo immerso in un campo elettrico esterno.  Configurazioni di equilibrio, moto di rotazione oscillatoria attorno alla posizione di equilibrio stabile.

Legge di Gauss. Dimostrazione per campo elettrico coulombiano.

Problemi: 

1- distribuzione lineare di carica dipendente da theta su un anello; calcolo del campo elettrico al centro e in punti sull’asse x e sull’asse y a grande distanza dall’anello. 

Fonti: Mazzoldi, Nigro, Voci

 

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Lezione n. 7 Lunedì 25 Mar 2019

Forma differenziale della legge di Gauss.

Energia elettrostatica associata al campo elettrico.

Esercizi sul calcolo del campo elettrico e del potenziale elettrostatico:

campo elettrico e potenziale prodotti da una barretta,  da un anello, da un disco uniformemente carichi.

Limiti per distribuzioni che diventano infinite.

 

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Lezione n. 8 Martedì 26 Mar 2019

Equazione di Poisson e di Laplace.

Utilizzo delle simmetrie esplicite di sistemi di cariche e dellal legge di Gauss per i calcolo del campo elettrico.

Esempi per distribuzioni a simmetria sferica, cilindrica e planare.

Problemi: 

1- Campo elettrico e potenziale da una spera uniformemente carica in ogni punto dello spazio.

Calcolo di E e potenziale prodotto da: 

2- superficie sferica uniformemente carica;

3- superficie cilindrica infinitamente lunga e uniformemente carica

4- cilindro uniformemento carico

5- piano infinito con distribuzione uniforme superficiale di carica

Fonti: Mazzoldi, Nigro, Voci

 

 

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Lezione n. 9 Lunedì 1 Apr 2019

Teorema di Coulomb. Proprieta' generali microscopiche dei conduttori ed equilibrio elettrostatico. Relazione tra campo elettrico e carica sulla superficie di un conduttore. Induzione elettrostatica. Conduttori con cavita'; carica puntiforme all'intero della cavita'.

Problemi risolti e/o proposti: 

Calcolo di E e potenziale prodotto da: 

1- uno strato piano infinitamente esteso di spessore d e densita’ di carica uniforme; 

3- data una espressione analitica del potenziale determinare il campo e la distribuzione di carica che puo’ averla prodotta.

Fonti: Mazzoldi, Nigro, Voci

 

 

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Lezione n. 10 Martedì 2 Apr 2019

Sistemi di conduttori e problema generale dell'elettrostatica. Problema di Dirichlet, Neumann e misto. Unicita' della soluzione e metodo delle cariche immagine. Schermo elettrostatico. Esempi: carica puntiforme e piano conduttore infinito a potenziale nullo; stefa conduttrice e caica puntiforme.

Problemi risolti e/o proposti: 

Calcolo di E e potenziale prodotto da: 

1- piano infinito conduttore a potenziale nullo e carica puntiforme; 

2- sfera conduttrice a potenziale nullo (o fisso o a carica totale nota) e carica puntiforme;

3- sfera conduttrice in campo elettrico uniforme;

4- coefficienti di potenziale e di capacità per il sistema composto da una sfera conduttrice al centro di una sfera cava.

5- capacità di un condensatore sferico, cilindrico e piano.

Fonti: Mazzoldi, Nigro, Voci

 

 

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Lezione n. 13 Lunedì 8 Apr 2019

Sistemi di n conduttori: coefficienti di potenziale e di capacita'. 

Definizione di capacita' di un sistema di due conduttori accoppiati. Capacita' in funzione dei coefficienti di potenziale.   Energia elettrostatica di un sistema di conduttori; energia elettrostatica immagazzinata in un condensatore.

Condensatore sferico, piano e cilindrico.

Problemi risolti e/o proposti: 

Calcolo di E e potenziale prodotto da: 

1- coefficienti di potenziale e di capacità per il sistema composto da una sfera conduttrice al centro di una sfera cava.

2- capacità di un condensatore sferico, cilindrico e piano.

Fonti: Mazzoldi, Nigro, Voci

 

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Lezione n. 12 Martedì 9 Apr 2019

Introduzione della corrente elettrica e della densita' di corrente. Modello di conduzione di Drude, e legge di Ohm.

 

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Lezione n. 13 Lunedì 29 Apr 2019

Legge di Ohm e circuiti elettrici con generatori di corrente continua.

 

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Lezione n. 14 Martedì 30 Apr 2019

Circuito di carica e scarica di un condensatore; Bilancio energetico.

 

 

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Lezione n. 15 Lunedì 6 Mag 2019

Cenni ai postulati della relativita' ristretta.

Invarianza della carica elettrica e definizione di una carica elettrica in movimento.

Fonti: La Fisica di Berkeley,  Vol. II: Elettricità e magnetismo”, di Edward Mills Purcell

 

 

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Lezione n. 16 Martedì 7 Mag 2019

Campo elettrico prodotto da una carica in moto rettilineo uniforme.

Fonti: La Fisica di Berkeley,  Vol. II: Elettricità e magnetismo”, di Edward Mills Purcell

 

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Lezione n. 17 Lunedì 13 Mag 2019

Dal campo elettrico prodotto da una carica in moto con velocita' costante derivazione delle forza su una carica puntiforme che si muove con velocita' costante in prossimita' di un filo percorso da corrente.

Campo magnetico prodotto da una carica puntiforme in moto con velocita' costante v.

Fonti: La Fisica di Berkeley,  Vol. II: Elettricità e magnetismo”, di Edward Mills Purcell

 

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Lezione n. 18 Martedì 14 Mag 2019

Forza di Lorentz, proprieta' generali del campo magnetico (solenoidale). Moto di una particella carica in un campo magnetico uniforme.  Seconda legge elementare di Laplace.  Momento delle forze su una spira rettangolare percorsa da corrente in campo magnetico uniforme. Energia potenziale di una spira percorsa da corrente in campo magnetico.

 

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Lezione n. 19 Lunedì 20 Mag 2019

Legge di Biot Savart, prima legge di Laplace per distribuzioni filiformi e volumetriche, dimensioni e unita' di B e permeabilita' magnetoca del vuoto.

Espressione del potenziale vettore in funzione della densita' di corrente. Liberta' di rifedinizione del potenziale vettore A. Equazione del potenziale vettore. Calcolo del campo B prodotto da un filo rettilieo infinito percorso da corrente con la prima legge di Laplace. 

 

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Lezione n. 20 Martedì 21 Mag 2019

Legge di Ampere in forma differenziale e integrale e suo limite di validita’. Utilizzo della legge di Ampere per il calcolo del campo magnetico in presenza di configurazioni simmetriche di densita’ di corrente.

Problemi risolti e/o proposti: 

Segmento rettilineo di filo conduttore percorso da corrente di lunghezza finita L. Calcolo del campo in un punto del piano mediano. Limite per lunghezza del filo che tende a infinito.  Campo B da filo rettilineo infinito (con Ampere). 

Campo magnetico prodotto da una spira circolare percorsa da corrente sui punti dell’asse. 

Campo magnetico sull’asse di un solenoide di lunghezza finita e limite per L che tende a infinito. 

Campo in un solenoide rettilineo infinito con Ampere. 

Campo magnetico prodotto da un solenoide toroidale. 

 

 

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Lezione n. 21 Lunedì 27 Mag 2019

Definizione di coefficienti di mutua e auto induzione; Eguaglianza dei coefficienti di mutua induzione.

Problemi risolti e/o proposti: 

Campo magnetico e potenziale vettore prodotti da un cilindro infinito percorso da corrente con densita’ uniforme J. 

Potenziale vettore in ogni punto dello spazio prodotto da un solenoide infinito. 

Campo magnetico in ogni punto dello spazio prodotto da filo rettilineo infinito coassiale a superficie cilindrica. 

Flusso del campo magnetico prodotto da un filo rettilineo infinito percorso da corrente concatenato con una spira rettangolare contenuta in un piano a cui appartiene il filo. 

 

Problemi risolti e/o proposti: 

Campo magnetico prodotto da uno strato superficiale di corrente. Spettrometro di Dempster (moto di cariche in campo magnetico uniforme). 

 

 

Problemi risolti e/o proposti: 

Corrente di un fascio impulsato di particelle; stima dei parametri del modello di Drude (velocità di deriva, tempo caratteristico tra due collisioni) in un circuito reale;  Circuiti elettrici con resistenze e condensatori.

 

Problemi risolti e/o proposti: 

Campo magnetico da due fili conduttori percorsi da correnti di diversa intensità in versi opposti; Campo magnetico nella cavità cilindrica decentrata di un cilindro percorso da densità di corrente uniforme; sistemi di conduttori all’equilibrio elettrostatico (gusci sferici concentrici, calcolo dell’energia elettrostatica complessiva). Condensatore a piatti piani e paralleli alterato da uno strato di conduttore piani inserito all’interno parallelamente ai piatti; energia immagazzinata nel condensatore; flusso del campo magnetico prodotto da una spira circolare percorsa da corrente concatenato con l’avvolgimento di un solenoide rettilineo infinito perpendicolare a piano della spira e di raggio < raggio spira.