Presentazione docente, attività scientifica svolta dal docente. Presentazione contenuti del corso, modalità d'esame, testi utilizzati. Introduzione all'elettromagnetismo e loro rilevanza. Fenomeni elettrici e introduzione storica alla loro individuazione. Concetto di carica elettrica. Conservazione della carica , modello atomico di Bohr. Quantizzazione della carica. Materiali conduttori e isolanti, induzione elettrica. Unità di misura della carica. Quanto di carica, carica dell'elettrone.
Distribuzione di cariche continue. Legge di Coulomb e confronto con la legge di gravitazione. Costante dielettrica del vuoto. Confronto tra interazione elettrica e gravitazionale nell'atomo di idrogeno.
Concetti di campo scalare e vettoriale. Campo elettrostatico. Campo elettrostatico di una carica puntiforme. Campo radiale, simmetrica sferica. Principio di sovrapposizione per il campo elettrostatico e per la forza di Coulomb. Campo elettrostatico generato da una distribuzione di cariche puntiformi. Definizione di dipolo elettrico, momento di dipolo elettrico. Campo elettrostatico prodotto da un dipolo ideale, formula generale.
Campo di dipolo lungo l'asse e sul piano equatoriale, confronto con la formula generale. Andamento in funzione della distanza del campo di dipolo e confronto con il caso della carica puntiforme. Dipolo e espansione in multipoli (cenno). Campo generato da distribuzioni continue di carica, con densità volumetrica, superficiale e lineare. Campo prodotto da una barretta carica. Campo prodotto da una distribuzione di carica lineare ad anello. Campo prodotto da distribuzione superficiale di carica su un disco, sull'asse nella regione vicina e nella regione lontana.
Linee di forza per la rappresentazione dei campi. Esempi per cariche puntiformi positive e negative, dipolo, due cariche uguali, due cariche di segno opposto ma diverse, dischi con densità superficiale costante. Moto delle particelle in un campo uniforme e analogia col moto dei gravi. Placchette di deflessione, tubo a raggi catodici. Dipolo in un campo uniforme, forza risultante e momento torcente. Energia del dipolo in campo uniforme.
Concetto di flusso ed esempi nel caso di moto di fluidi. Flusso el campo per superfici piane e campi uniformi. Flusso attraverso superfici di forma arbitraria e campi non uniformi. Flusso del campo elettrico nel caso della carica puntiforme e del dipolo. Ricavare la legge di Coulomb dalla legge di Gauss, legge di Gauss dalla legge di Coulomb. Legge di Gauss in forma differenziale.
Derivate parziali di funzioni di più variabili. Formula di Taylor in più dimensioni. Gradiente di un campo scalare e suo significato geometrico. Divergenza di un campo vettoriale e teorema della divergenza. Rotore di un campo vettoriale e teorema del rotore. Calcolo del campo elettrico usando il teorema di Gauss in forma integrale. Filo carico, sfera carica cava, sfera carica piena, sfera con cavità sferica al suo interno, lastra spessa caricata uniformemente.
Campo di una lastra sottile con distribuzione di carica uniforme, campo tra due lastre (armature). Proprietà dei materiali conduttori. Campo all'interno di un conduttore, campo medio. Carica all'interno di un conduttore, distribuzione di carica superficiale. Campo alla superficie del conduttore. Sfera conduttrice carica. Cavità in materiale conduttore effetto di schermo dei campi elettrici, gabbia di Faraday.
Riepilogo dei concetti di lavoro e energia potenziale. Forze conservative. Dalla legge di Coulomb forza elettrostatica è una forza conservativa. Energia potenziale elettrostatica. Energia potenziale elettrostatica nel campo di molte cariche puntiformi o di una distribuzione continua. Scelta dell'energia potenziale di riferimento. Segno dell'energia. Energia potenziale di un elettrone nel campo di un protone, caso dell'atomo di elio. Potenziale elettrostatico. Unità di misura. Potenziale nel campo generato da cariche puntiformi. Potenziale elettrostatico di dipolo. Potenziale generato da un anello carico e da un disco.
Differenza di potenziale. Esempio del condensatore a facce piane e parallele. Conservazione dell'energia per particella carica in un campo elettrico. Elettroni accelerati da un campo elettrico. Definizione di elettronvolt. Energia del dipolo in un campo elettrico uniforme. Potenziale per una sfera uniformemente carica. Campo elettrico come gradiente del potenziale.
Confronto tra sfera uniformemente carica e sfera cava. Continuità del potenziale alla superficie. Campo elettrico come gradiente del potenziale. Esempio della sfera
carica. Campo elettrico di dipolo a partire dal potenziale. Equazioni di Poisson e di Laplace per il
potenziale. Rotore del campo elettrico e circuitazione. Equazioni di
Maxwell per l'elettrostatica. Equivalenza eq. del rotore e della circuitazione, parallelismo con legge di Gauss integrale e differenziale.
Superfici equipotenziali. Nei conduttori V è uniforme. Campo elettrico in una cavità all'interno di un conduttore. Capacità di un conduttore. Capacità della Terra e messa a terra. Potere delle punte. Rigidità dielettrica e carica massima su un conduttore. Condensatore come elemento circuitale. Capacità di un condensatore piano e di un condensatore cilindrico.
Condensatori in serie e parallelo, capacità equivalente. Energia elettrostatica di un sistema di cariche puntiformi, definizione di energia elettrostatica. Energia immagazzinata in un condensatore, densità di energia elettrostatica. Energia in condensatore piano, in condensatore cilindrico, energia elettrostatica di una sfera conduttrice carica. Lastra di conduttore inserita in un condensatore piano.
Materiali dielettrici, costante dielettrica relativa. Energia di sistemi con materiali polarizzabili, risucchio di dielettrico in un condensatore. Modello per polarizzabilità atomica, materiali polari. Vettore di polarizzazione. Densità di carica superficiale di polarizzazione. Suscettività elettrica. Cenni su carica di polarizzazione, spostamento elettrico, equazioni di Maxwell in un mezzo.
Corrente in un conduttore, definizione e unità di misura. Velocità di deriva. Densità di portatori di carica. Densità di corrente. Corrente I come flusso di J. Conservazione della carica. Equazione di continuità in forma integrale e differenziale. Resistenza e resistività, legge di Ohm, legge di Ohm locale. Dipendenza dalla temperatura, resistività per T vicino a 0. Esempio del termometro a resistenza. Campo elettrico in un filo percorso da corrente.
Modello di Drude per la conduzione, tempo medio tra processi di scattering, cammino libero medio, velocità di deriva. Resistività e conducibilità dal modello di Drude. Resistenze in serie e in parallelo. Galvanometro, amperometro e voltmetro, resistenza di shunt.
Misure di resistenze con amperometro e voltmetro. Batterie. Forza elettromotrice e resistenza interna. Misura della resistenza interna della batteria. Leggi di Kirchhoff.
Energia assorbita da una resistenza, effetto Joule. Potenza fornita da una batteria. Circuiti RC, carica e scarica di un condensatore. Costante di tempo RC. Energia e potenza nei processi di carica e scarica.
