Corso di Fisica Generale II Elementi di elettromagnetismo

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1 Corso di Fisica Generale II Elementi di elettromagnetismo P. Gaudio 1

2 ! Contatti:! 3 piano Ed. Ingegneria Industriale! Didattica web 2.0 Info per Programma ed Esami! Prenotazioni esami: è OBBLIGATORIO prenotarsi su:! Si ricorda che per tutti gli immatricolati a partire da a.a2010/2011 l esame è propedeutico a Fisica Generale I non che da 6 CFU

3 ESAMI! I Appello: 4 Febbraio 2015 ore 8:30 Aule A1, A2, A3! II Appello: 18 Febbraio 2015 ore 8:30 Aule A1, A2, A3

4 Programma! Campo Elettrostatico e forza elettromotrice! Teorema di Gauss! Elettrostatica nei metalli! Lavoro elettrico e potenziale elettrostatico! Dipolo! Condensatori! Elettrostatica nei dielettrici Probabile approfondimento! Correnti continue! Campo magnetico e Legge di Laplace! Teorema della circuitazione! Magnetismo nella materia Probabile approfondimento! Induzione elettromagnetica! Equazioni di Maxwell! Onde e.m. Probabile approfondimento! Quantizzazione della radiazione

5 Testi consigliati! Halliday, Fondamenti di Fisica vol. 2! Mazzoldi, Nigro, Voci, Elementi di Elettromagnetismo

6 Forza elettrostatica e Campo elettrico Cap. 1 Mazzoldi Nigro Voci Capp Halliday 6

7 Elettrostatica! L uso dell elettricità è si è largamente diffusa solamente nel corso.! Effetti già evidenti nell antica Grecia! le prime osservazioni avvengono strofinando una bacchetta di Ambra con un panno.! che mostra fenomeni di attrazione di piccoli oggetti

8 La carica elettrica! Evidenza sperimentale: sfregare un materiale isolante, ad es. Ebanite con un panno di lana e

9 La carica elettrica! Dalle evidenze sperimentali emergono due gruppi:! 1. Panno di lana ed Ebanite! 2. Panno di seta e barra di Vetro! Oss.! Oggetti dello stesso gruppo si respingono! Oggetti appartenenti a gruppi diversi si attraggono

10 La carica elettrica! Primo modello fu di Benjamin Franklin! Ogni materiale possiede una quantità normale di elettricità che può essere trasferita con sfregamento! Esistono due tipi di elettricità:! 1. Vetrosa positiva! 2. Ebanosa negativa! Nello strofinio le cariche si dividono! Vetrosa (++) Seta (-- --)! Ebano (-- --) Lana (++)

11 La carica elettrica! La carica che si muove e solamente quella elettronica! La materia e costituita da atomi costituita da nucleo e nube elettronica. più semplici da muovere.! Carica elettrica fondamentale quantizzata e :! e=1.6 x C! Ogni Q è multiplo della carica fondamentale Ne! Se la carica è infinta. Carica continua

12 La carica elettrica! In gran parte dei casi la carica può essere considerata continua! Ex: La carica trasferita per strofinio è elettroni!! Quando due due oggetti vengono strofinati e si elettrizzano uno rimane con un eccesso di elettroni l altro con un difetto!! La carica totale dei due oggetti si conserva!!! Questo def. La Legge di conservazione della carica! Unità di misura SI Q=[C] Coulomb! 1e=1.6x10-19 C

13 La carica elettrica! Riepilogo! Esistono due tipi di elettricità entrambi causati da un movimento di elettroni; 1. Quantizzazione della carica 2. Conservazione della carica elettrica

14 Conduttori ed isolanti! Dal punto di vista elettrico i materiali si dividono in:! Conduttori! Isolanti! I primi sono caratterizzati a una struttura in cui gli elettroni sono liberi di muoversi (Legame metallico)! I secondi mostrano una struttura in cui gli elettroni sono confinati intorno ai propri atomi (Legame ionico)

15 Conduttori ed isolanti Carica per induzione Carica per contatto

16 Conduttori ed isolanti! In un metallo, come per tutti i materiali vige la conservazione della carica! Questo significa che avvicinando un corpo carico si ha uno spostamento di cariche che tende ad annullare la carica del corpo.

17 La messa a terra! La terra può essere considerata come un grande conduttore a carica infinita!! Se un conduttore viene a contatto con il terreno si scarica e si dice Messo a Terra!

18 Verifica! Test 1 Quaderno! Test 2 Quaderno

19 Legge di Coulomb! Coulomb ( ) fu il primo scienziato a studiare la Forza esercitata tra due cariche.! L esperimento era costituito da 2 sfere metalliche di dimensione trascurabile attaccate ad un pendolo a torsione!! Utilizzando sfere metalliche è possibile ridurre la carica di quantità discrete mettendo ripetutamente a terra una della due sfere

20 Legge di Coulomb! La forza esercitata tra due cariche agisce lungo la congiungente le cariche;! E proporzionale alle cariche;! E inversamente proporzionale al quadrato della distanza;! E repulsiva per cariche concordi ed attrattiva per cariche discordi

21 Legge di Coulomb F = k q 1q 2 r 12 2 r 12 = r 1 ˆ r 12 = r 12 r 12 r 2 ˆ r 12! Simile alla legge di gravitazione a meno della Forza di repulsione tipica dei fenomeni elettrici!

22 Legge di Coulomb! Fenomeni elettrici si osservano mediante l uso di una carica di prova! Se esiste F 12 (q 1 verso q 2 ) esisterà F 21! Per un sistema di carica la forza totale su ogni carica è data dalla somma vettoriale delle singole forze! Vale il Principio di sovrapposizione!

23 Ex - appunti quaderno

24 Il campo elettrico! E in una certa regione di spazio una carica q 0 di prova risente di una Forza elettrica diremo che nello spazio circostante esiste un campo elettrico.! L effetto non è immediato! Se la carica di prova è distante r dalla regione sede del Campo Elettrico risentirà della Forza elettrica dopo un tempo:! t = r c

25 Il campo elettrico! Per il principio di sovrapposizione se prendiamo tre cariche nello spazio ed una carica di prova q 0.. La forza totale agente su di essa è la somma vettoriale delle singole Forze agenti su q 0! La forza totale sarà proporzionale a q 0 ed il campo elettrico sarà definito come: E = F tot q 0 " N % # $ C & '

26 Il campo elettrico! La carica di prova deve essere piccola per non interagire con le altre! Il campo elettrico descrive la configurazione spaziale delle forze determinata dal sistema di cariche F = q E 0! Muovendo la carica è possibile determinare il campo E in ogni punto dello spazio.! La conoscenza della forma del campo elettrico permette di determinare la forza sulla carica di prova!

27 Il campo elettrico! Def. Il Campo Elettrico in un punto P associato alla carica q j sarà quindi:! e dipende da. E = k q j jp r 2 jp r ˆ jp

28 Il campo elettrico! Se nella regione di spazio esistono più cariche.. in un punto P il campo E è la somma dei singoli campi dovuti alle singoli cariche vale, quindi, il! Principio di Sovrapposizione E = ptot j E jp

29 Il campo elettrico e sua rappresentazione! Una rappresentazione grafica qualitativa del campo può essere ottenuta mediante segmenti orientati e vettori associati al campo E.

30 Il campo elettrico e le linee di forza La linea di Forza è una linea dotata di verso e tale che in ogni suo punto la tangente orientata ha la direzione e il verso del campo elettrico E in quel punto Sorgente Pozzo

31 Il campo elettrico e le linee di forza! Metodi sperimentali di visualizzazione delle linee di forza

32 Il campo elettrico e le linee di forza! Linee di forza di sistema di due cariche: dipolo

33 Il campo elettrico e le linee di forza! Linee di forza di due cariche positive

34 Il campo elettrico e le linee di! Linee di forza di forza di un sistema di due cariche a distanza infinita forza

35 Il campo elettrico e le linee di forza! Oss. Per sistemi di cariche si ha che:! Vicino ad ogni carica la forza del campo E è circa pari a quello generato dalla singola carica (dipendenza dal quadrato della distanza)! A grande distanza dalle cariche l effetto delle singole cariche diventa trascurabile lasciando il posto ad una sola carica puntiforme di carica pari alla somma delle cariche

36 Tracciare una Linee di forza! Le linee di forza del campo elettrico hanno sempre origine sulle cariche positive e termine sulle cariche negative! Metodi grafici! Le linee di forza che partono e terminano su una carica puntiforme si disegnano equispaziate! Il numero delle linee è proporzionale al modulo della carica! La densità delle linee e proporzionale al modulo del campo! A grande distanza da un sistema di cariche per cui q i 0 le i linee di forza del campo sono radiali come se provenissero da una carica puntiforme! N.B. le linee di forza non si intersecano mai!

37 Moto di una carica in un campo elettrico! Se una carica q è immersa in un campo E essa è soggetta ad una forza: F = qe! Se la Forza elettrica è la sola presente..!.. la particella subisce una accelerazione a = F m = q E m Noto E è possibile misurare il rapporto q/m misurando a!!

38 Esercizio