Corso di Fisica Sperimentale II per il corso di laurea in Chimica - CTF (6 CFU)

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Amedeo Andreoli
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1 Corso di Fisica Sperimentale II per il corso di laurea in Chimica - CTF (6 CFU) Docente: Daniele Chiriu Ricevimento: Mar e Mer 14:30-16:30 daniele.chiriu@dsf.unica.it Stanza MC5 Dipartimento di Fisica ( ) Cittadella Universitaria di Monserrato Testi consigliati: FISICA per Scienze ed Ingegneria (vol. II), Serway - Jewett, Edises V edizione Qualunque testo di Fisica generale di livello universitario people.unica.it/danielechiriu

2 Conoscenze richieste Si daranno per conosciute le nozioni impartite nei corsi di base del primo anno. In particolare verranno utilizzate le nozioni di analisi vettoriale, calcolo integrale e derivate applicate ai fenomeni studiati.

3 Programma Elettrostatica Carica elettrica e cenni sulla struttura della materia. Cariche puntiformi e distribuzioni di carica continua. Forza di Coulomb, Campo elettrico, potenziale elettrico, flusso del campo elettrico e legge di Gauss. Elettricità Proprietà elettriche della materia: Conduttori ed isolanti, capacità elettrica, campo elettrico nei conduttori e nei dielettrici. Energia associata al campo elettrico. Resistenza elettrica, conduzione nei metalli e legge di Ohm. Proprietà magnetiche ed Elettromagnetismo Campo magnetico, forza di Lorentz e dinamica delle cariche elettriche sotto l azione di campi elettromagnetici. Circuitazione del campo magnetico, legge di Ampere, solenoide. Energia associata al campo magnetico ed energia del campo elettromagnetico. Legge di Faraday e fenomeni di induzione magnetica, Induttanza ed autoinduttanza. Cenni su proprietà magnetiche della materia. Equazioni di Maxwell. Correnti alternate. Luce ed ottica La riflessione della luce. Specchi. Costruzione delle immagini. La rifrazione della luce. Lenti. Costruzione delle immagini con specchi e lenti. Ottica fisica: interferenza e diffrazione.

4 Esame L'esame finale comprende uno scritto e un orale. Lo scritto comprende: a)n 3 problemi simbolici o numerici relativi agli argomenti principali b) quesiti teorici sui medesimi argomenti. (Ogni esercizio vale 10 punti) L'orale riguarda tutti gli argomenti trattati nelle lezioni. Il voto finale è una media pesata della valutazione di scritto e orale. Concordemente con il consiglio CDS l esame potrà essere diviso in due parti (solo scritto) dedicate a chi frequenta le lezioni 8 nov (I parte) 16 oppure 3 gen (II Parte)

6 Elettrostatica

Vetrose: in grado di accumulare cariche positive William Gilbert 1544-1603 Charles François

7 AMBRA: Elektron, resina capace di elettrizzarsi per strofinio Sostanze Resinose: in grado di accumulare cariche negative (ambra, gomma dura, ceralacca, sostanze resinose) Sostanze Vetrose: in grado di accumulare cariche positive William Gilbert Charles François de Cisternay du Fay, Individuazione cariche positive e negative Benjamin Franklin

9 Antistatico: Che impedisce l accumulo di cariche elettriche sulla superficie di materiali dielettrici sottoposti durante la loro preparazione ad azioni di sfregamento contro superfici metalliche (per es., durante trafilature, calandrature, estrusioni); tale elettricità può portare a diversi inconvenienti (incendi ed esplosioni a causa di scintille; repulsione verso prodotti carichi dello stesso segno, ciò che rende per es. difficile l avvolgimento di filati ecc.). Si può ottenere la dispersione delle cariche statiche aumentando la conducibilità elettrica dell ambiente circostante o del materiale, mediante dispositivi ionizzatori oppure unendo sostanze adatte, dette agenti a., al materiale. Questi si suddividono in durevoli e non durevoli. I primi debbono durare possibilmente per tutta la vita del manufatto: per le fibre si usano composti capaci di formare attorno al filamento una struttura polimerica reticolata (per es., del tipo delle resine scambiatrici di ioni) così da non poter essere asportata dalle soluzioni detergenti; il nero fumo, negli pneumatici, esplica, oltre a un azione rinforzante, anche un azione a. per la sua elevata conduttività favorendo la dissipazione delle cariche elettriche che si generano nell attrito fra pneumatici e superficie stradale. Gli agenti a. non durevoli si usano per facilitare lavorazioni (per es., filatura, torcitura, stiro di fibre) e possono anche essere allontanati a lavorazione ultimata; s impiegano per questo scopo cloruro di litio, trietanolammina/">trietanolammina, ammidi, derivati del poliossietilene ecc. Treccani online

10 induzione elettrostatica cariche elettriche conduttori ed isolanti elettroscopio

11 La legge di Coulomb F k q q 1 r F k q1q r r

12 F k q q 1 r q = cariche puntiformi nel sistema (C.G.S.) es q = 1 statcoulomb, r = 1 cm, F = 1 dyne nel Sistema Internazionale l unità di misura della carica è il Coulomb, è una unità derivata k Nm / C 0 = costante dielettrica 4 0 (o permittività) del vuoto C / 4 k Nm F q 1 r q

13 e = 1.6x10-19 C carica dell elettrone la carica si conserva F F i principio di sovrapposizione la carica è quantizzata legge di Coulomb per un mezzo dielettrico omogeneo in presenza di un dielettrico omogeneo in tutte le leggi dell elettrostatica a 0 si sostituisce = 0 r F 1 4 q q 1 0 r 4 1 r q 1 r q

14 Costante dielettrica assoluta del vuoto o = 8, [F/m] Mezzo dielettrico Costante dielettrica relativa Rigidità dielettrica [kv/mm] Aria secca (alla pressione di 1 [bar]) 1, Acqua pura 81,07 15 Olio minerale,,5 7,5 16 Olio per trasformatori, Bachelite 5,5 8,5 10 Carta comune 6 Carta paraffinata, Carta da condensatori 5 5,5 30 Gomma,, Mica Polietilene,3 50 Porcellana Vetro Ossido di titanio Titanati di Ba-Sr

15 Alcuni esercizi Tre particelle cariche sono poste lungo una linea retta, separate da una distanza d. Le cariche q 1 e q sono tenute ferme. La carica q 3, libera di muoversi, viene a trovarsi in equilibrio rispetto all azione delle forze elettriche. Si determini q 1 in funzione di q d d q1 q q3

16 Si trovino le componenti (a) orizzontale e (b) verticale della forza elettrica risultante, agente sulla carica in basso a sinistra del quadrato in figura. Si assuma q= 1,13 mc e a=15, cm 1=+q a =-q a a 4=+q a 3=-q

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