Topic outline

  • General

  • Topic 1

    Presentazione docente. Attività scientifica svolta dal docente. Presentazione modalità d'esame. Testo utilizzato. Introduzione all'elettromagnetismo. fenomeni elettromagnetici e loro rilevanza. Fenomeni elettrici osservati e loro prime osservazioni. Concetto di carica elettrica. Conservazione della carica. Modello atomico di Bohr. Quantizzazione della carica.

    • Topic 2

      Materiali conduttori e isolanti, verifiche sperimentali. Induzione elettrica. Unità di misura della carica. Quanto di carica, carica dell'elettrone. Distribuzioni di carica continue. Legge di Coulomb e legge di gravitazione. Costante dielettrica del vuoto. confronto con legge di gravitazione. Confronto tra forza elettrica e gravitazionale tra elettrone e protone.  Principio di sovrapposizione per la forza di Coulomb. Concetto di campo scalare e vettoriale, campo elettrostatico. Campo elettrostatico di una carica puntiforme. Principio di sovrapposizione per il campo elettrostatico.

      • Topic 3

        Campo elettrostatico generato da una distribuzione di cariche puntiformi. 

        Definizione di dipolo elettrico. Campo elettrostatico generato da un dipolo ideale, formula generale. Calcolo per coppia di cariche puntiformi e confronto con la formula generale. Andamento in funzione della distanza del campo di dipolo. Campo generato da distribuzioni continue di cariche.

        • Topic 4

          Distribuzione di carica superficiale planare. Campo nella regione vicina, campo nella regione lontana.

          Concetto di linee di forza del campo. Esempi: cariche puntiformi positive e negative, dipendenza del campo dal quadrato della distanza e densità di linee di forza, caso del dipolo, altre distribuzioni di cariche puntiformi, caso del disco carico con densità di carica superficiale constante..

          • Topic 5

            Definizione di linee di forza. Esempi per cariche puntiformi, dipoli distribuzioni di carica superficiale e altre distribuzioni di cariche puntiformi.

            • Topic 6

              Moto di cariche in campi elettrici. Caso del campo uniforme e analogia con il moto dei gravi nel campo gravitazionale terrestre.

              Esempi di moto accelerato in sistemi per fasci di elettroni. Placchette di deflessioni. Dipolo in campo uniforme; forza risultante e momento torcente su dipolo. Concetto di flusso ed esempi per il moto dei fluidi.

              • Topic 7

                Flusso di un campo vettoriale per superfici piane e campi uniformi. Flusso del campo gravitazionale. Flusso infinitesimo e flusso attraverso superfici qualsiasi e campi non uniformi. Legge di Coulomb dalla legge di Gauss. Legge di Gauss per campi elettrostatici ricavata dalla legge di Coulomb.

                • Topic 8

                  Campi elettrostatico di distribuzioni di carica ricavati utilizzando la legge di Gauss. Campo di carica distribuita su filo di lunghezza infinita. Campo di distribuzione planare di carica con densità di carica sigma. Campi di distribuzioni di carica a simmetria sferica. Campo esterno alla distribuzione, campo interno ed esterno ad una distribuzione sferica con rho uniforme. Campo in cavità sferiche concentriche e non concentriche.

                  • Topic 9

                    Campo generato da lastra uniformemente carica. Comportamento di materiali conduttori in cami elettrostatici. Densità superficiale di carica su un conduttore. Campo elettrostatico generato da una sfera conduttrice carica. 

                    • Topic 10

                      Lastre di conduttore piano cariche. Campo elettrostatico tra le lastre. Cavità conduttrici, gabbia di Faraday. Concetto di divergenza. Teorema della divergenza. Energia potenziale elettrostatica. Caso della carica puntiforme. Forza elettrostatica è una forza conservativa

                      • Topic 11

                        Scelta dell'energia potenziale di riferimento. Energia potenziale per molte cariche puntiformi. Definizione di potenziale elettrostatico e sua unità di misura. Energia potenziale dii un elettrone in un campo atomico. Elettronvolt. Potenziale di dipolo.

                        • Topic 12

                          Potenziale di distribuzioni continue di carica. Potenziale di una anellino di carica. Differenza di potenziale. Caso del campo elettrostatico uniforme, distribuzione di carica planare uniforme. Operatore gradiente, legame tra campo elettrico e potenziale. Derivazione del campo elettrostatico di dipolo da potenziale di dipolo. Elettroni accelerati in campi uniformi, velocità massima raggiunta.

                          • Topic 13

                            Energia potenziale di dipolo in un potenziale di campo uniforme. Potenziale di una distribuzione di carica sferica uniforme. Potenziale di una distribuzione di carica superficiale a simmetria sferica. Superfici equipotenziali. Caso delle distribuzioni a simmetria sferica. Caso del campo uniforme. Capacità di un conduttore. Capacità di un condensatore piano.  

                            • Topic 14

                              Capacità di una sfera conduttrice. Capacità del condensatore cilindrico. Capacità equivalente di condensatori in serie. Capacità equivalente di condensatori in parallelo. Energia elettrostatica di un sistema di cariche.

                              • Topic 15

                                Energia elettrostatica di un sistema di cariche puntiformi. Energia elettrostatica in un condensatore. Energia elettrostatica in un condensatore piano e sua localizzazione. Densità di energia elettrostatica associata al campo elettrico. Energia elettrostatica in un condensatore cilindrico ottenuta con integrazione di densità di energia. Energia elettrostatica di sfera conduttrice carica. Introduzione ai materiali dielettrici.

                                • Topic 16

                                  Costante dielettrica relativa di alcuni materiali. Modello polarizzabilità atomica. Materiali polari e non polari. Densità di carica superficiale di polarizzazione. Energia nel condensatore con inserimento di lastra dielettrica. Forza di risucchio su lastra dielettrico nel caso di condensatore carico isolato o collegato alla batteria. Introduzione alla corrente elettrica. definizione e unità di misura.

                                  • Topic 17

                                    Corrente e densità di corrente. Velocità di deriva e sua stima. Equazione di continuità in formulazione integrale e differenziale. 

                                    • Topic 18

                                      Legge di Ohm. Resistività e resistenza.Dipendenza dalla temperatura della resistività. Modello di Drude Tempo di rilassamento. Cammino libero medio. Densità di corrente e conducibilità. Legame tra conducibilità e caratteristiche del materiale conduttore: densità di portatori, tempo di rilassamento. 

                                      • Topic 19

                                        Tempo caratteristico di decadimento della carica in un conduttore.

                                        Resistenze in serie e in parallelo. Strumenti per la misura di tensioni e correnti (amperometro e voltmetro) e loro utilizzo.

                                        • Topic 20

                                          Batteria e accumulatore. Resistenza interna. Energia elettrica dissipata su una resistenza. Effetto Joule. Energia fornita da una batteria e dissipata sulla resistenza interna. Leggi di Kirchoff. Introduzione al circuito RC.

                                          • Topic 21

                                            Processi di carica e scarica in un circuito RC, scambi energetici, energia accumulata nel capacitore e dissipata sulla resistenza.

                                            • Topic 22

                                              Campo magnetico, forza di Lorentz. Unità di misura del campo magnetico. Linee di forza del campo magnetico. Forza agente su un conduttore percorso da corrente stazionaria immerso in un campo magnetico. Forze agenti su una spira rettangolare percorsa da corrente stazionaria in un campo magnetico uniforme.

                                              • Topic 23

                                                Forza risultante e momento torcente su una spira rettangola percorsa da corrente stazionaria in un campo magnetico uniforme. Momento magnetico della spira, energia potenziale della spira nel campo magnetico uniforme. Moto di cariche in campi magnetici uniforme. Frequenza di ciclotrone, moto a spirale, passo della spira, moto nel caso di campo elettrico uniforme parallelo al campo magnetico, cenno al moto cicloidale per campo elettrico perpendicolare al campo magnetico. Effetto Hall, determinazione del segno dei portatori di carica, angolo di Hall, mobilità dei portatori.

                                                • Topic 24

                                                  Sorgenti del campo magnetostatico, confronto con campo elettrostatico. Legge di Biot-Savart. Permeabilità magnetica del vuoto e unità di misura elettromagnetiche. Campo magnetico prodotto da un filo molto lungo percorso da corrente stazionaria.

                                                  • Topic 25

                                                    Campo magnetico di una spira circolare percorsa da corrente costante. Momento di dipolo magnetico. Campo di dipolo magnetico. Legge di Ampere dalla legge di Biot-Savart. Corrente concatenata. 

                                                    • Topic 26

                                                      Legge di Ampere e conservazione della carica. Confronto tra legge di Ampere e legge di Gauss. Potenziale vettore. Formulazione locale/differenziale della legge di Ampere. Applicazione della legge di Ampere ad alcuni casi ad alta simmetria: campo magnetico prodotto da un filo percorso da corrente constante e uniforme fuori e dento il filo. Campo magnetico prodotto da un solenoide toroidale.

                                                      Campo magnetico prodotto da un solenoide infinito.

                                                      • Topic 27

                                                        Forza magnetica tra fili percorsi da corrente. Legge di Ampere e corrente di spostamento. Inconsistenza della legge di Ampere per casi di correnti non stazionarie: caso del condensatore in fase di carica. Correzione di Maxwell della legge di Ampere e consistenza con la legge di conservazione di continuità.

                                                        • Topic 28

                                                          Campo magnetico in un condensatore piano in fase di carica. Legge di Faraday Neumann Lenz. Forza elettromotrice indotta. caso di un circuito di forma variabile, barretta in moto su rotaie, equazione del moto e conservazione dell'energia.

                                                          • Topic 29

                                                            Alternatore, forza elettromotrice, momento frenante, bilancio energetico.Forza elettromotrice in una regione spaziale con campo magnetico uniforme che varia nel tempo. Forma integrale della legge di Faraday d confronto con la legge di Ampere. Forma differenziale della legge di Faraday.

                                                            • Topic 30

                                                              Campo elettrico in un solenoide cilindrico con campo magnetico che aumenta linearmente. Coefficiente di autoinduzione, circuito LR processo di carica, costante di tempo induttiva.

                                                              • Topic 31

                                                                Processo di scarica nel circuito RL. Coefficiente di autoinduzione di un solenoide cilindrico quasi infinito, e del solenoide toroidale. Energia dissipata nella resistenza e energia immagazzinata nell'induttore. Coefficiente di autoinduzione del solenoide cilindrico. Coefficiente di autoinduzione del cavo coassiale, coefficiente di autoinduzione per unità di lunghezza. Mutua induzione, caso di spira in un solenoide cilindrico.

                                                                • Topic 32

                                                                  Materiali Magnetici. Materiali dimagnetici, paramegnetici e ferromagnetici, suscettività magnetica. Momento magnetico orbitale. Rapporto giromagnetico. Momento magnetico di spin. Momento magnetico medio e magnetizzazione del materiale. Origine del diamagnetismo.

                                                                • Topic 33

                                                                  • Topic 34

                                                                    • Topic 35