Principi di ElettroMagnetismo

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Mirella Fusco
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1 Principi di ElettroMagnetismo Docente: dott. Lorenzo Vitale Esercitazioni: L.V. & dott. Marco Bomben Per i corsi di laurea triennali in Ingegneria Elettronica e Informatica o anche esame a scelta per altri CdL

2 Inizio delle lezioni: 18 febbraio 2008 Fine corso: fine maggio 2008 Propedeutici (di fatto) all elettromagnetismo i corsi di Geometria, Analisi 1 e 2 ed il corso di Fisica Generale. Iniziamo con alcune informazioni di carattere generale su questo corso Settimana 1 Lorenzo Vitale - Principi di Elettromagnetismo 2

3 Testo consigliato P. Mazzoldi, M. Nigro, C. Voci, "ELEMENTI DI FISICA, Elettromagnetismo" EdiSES, II edizione (2005), 18. sintetico (programma 250 pagg) molti esempi buon numero di problemi con soluzione sintetica Settimana 1 Lorenzo Vitale - Principi di Elettromagnetismo 3

4 Testo alternativo R. Resnick, D. Halliday, K.S. Krane, FISICA 2, 5a edizione (o ed. precedenti), CEA Milano, un po meno sintetico (programma 300 pagg), ma anche meno formale buon numero di problemi svolti moltissime domande a risposta multipla, quesiti, esercizi, problemi, problemi al calcolatore (putroppo soluzione solo numeriche e solo esercizi e problemi dispari) Settimana 1 Lorenzo Vitale - Principi di Elettromagnetismo 4

5 Letture complementari S. Focardi, I. Massa, A. Uguzzoni, FISICA GENERALE-ELETTROMAGNETISMO, 1a edizione Casa Editrice Ambrosiana, Milano, D. Halliday, R. Resnick, J. Walker, FONDAMENTI DI FISICA, 6a edizione (o ed. precedenti) Casa Editrice Ambrosiana, Milano, Approfondimenti Spunti per approfondimenti si possono ad esempio trovare in: Feynman, R.P., Leighton, R.B., Sands, M., THE FEYNMAN LECTURES ON PHYSICS (LA FISICA DI FEYNMAN, versione tradotta). Edizione precedente di P. Mazzoldi, M. Nigro, C. Voci, FISICA, vol. 1, ed. II, Edises, L. Lovitch, S. Rosati, FISICA GENERALE - ELETTROMAGNETISMO, Casa Editrice Ambrosiana, Milano, Esercizi risolti: P. Pavan e P. Sartori, ESERCIZI DI FISICA 1 RISOLTI E COMMENTATI, Terza edizione, Ed. CEA, M. Nigro, C. Voci, PROBLEMI DI FISICA GENERALE, ELETTROMAGNETISMO. Settimana 1 Lorenzo Vitale - Principi di Elettromagnetismo 5

6 Programma del corso 1. Forza elettrostatica. Campo elettrostatico E 2. Lavoro forze elettriche. Potenziale elettrostatico. (gradiente e rotore) 3. La legge di Gauss. (divergenza) 4. Conduttori. Dielettrici. Energia elettrostatica. campo E nella materia, costante dielettrica, campo D 5. Corrente elettrica conducibilità, densità di corrente, corrente spostamento Settimana 1 Lorenzo Vitale - Principi di Elettromagnetismo 6

7 6. Campo d induzione magnetica B. Forza magnetica di Lorentz. 7. Sorgenti del campo magnetico. Legge di Ampére. Proprietà magnetiche della materia (permeabilità magnetica, campo magnetico H) 8. Campi elettrici e magnetici variabili nel tempo: Legge di Faraday; Legge di Ampère-Maxwell; Equazioni di Maxwell in forma integrale; Equazioni di Maxwell in forma differenziale Non riusciremo a trattare: 9. Oscillazioni elettriche. Correnti alternate 10. Onde elettromagnetiche Settimana 1 Lorenzo Vitale - Principi di Elettromagnetismo 7

8 Laboratorio: devo ancora decidere Lo scorso anno: e/m (solo elettronici) Settimana 1 Lorenzo Vitale - Principi di Elettromagnetismo 8

9 Modalità d esame ~80% scritto con 7 esercizi. Con 3/7 si supera l esame (18/30). 2 punti per esercizio. Con 7/7 si consegue 26/30. ~±4 due domande orali prese da una lista di ~90 domande (scena muta -100%). 20% del voto finale (max 6/30) assegnati dalle 2 verifiche scritte fine marzo, aprile-maggio e ~6 set di home work. Si supera l esame anche con almeno 3/6 punti nel lavoro svolto durante il corso e 2/7 esercizi. Settimana 1 Lorenzo Vitale - Principi di Elettromagnetismo 9

10 Lo scorso anno: Statistiche d esame 60 studenti hanno superato l esame (46 est. - 7 aut. - 6 inv.) Degli 84 studenti presenti alla prima lezione, alla fine 45 avevano almeno 3/6 punti nel lavoro svolto durante il corso altri 25 studenti solo 1 o 2 punti Voto finale medio 22/30 Settimana 1 Lorenzo Vitale - Principi di Elettromagnetismo 10

11 È consigliabile: frequentare sempre e puntualmente le lezioni (inizio :15, fine :00) prendere appunti procurarsi subito il testo fare tanti esercizi approfittare del ricevimento spegnete sempre i telefonini!!! Settimana 1 Lorenzo Vitale - Principi di Elettromagnetismo 11

12 Prerequisiti = daremo per scontato Calcolo differenziale: df dx f (x, y) x Calcolo vettoriale: f (x)dx r F d r s r r r F... Meccanica (fisica generale) forza, lavoro, momento f (x, y,z)dxdydz Settimana 1 Lorenzo Vitale - Principi di Elettromagnetismo 12

13 Informazioni pratiche sito web del corso per favore usatelo solo per comunicazioni molto sintetiche non domande o esercizi (vedi punto successivo) ricevimento: Martedì dalle ore 9-11 e dopo le lezioni Inoltre per domande rapide sempre, per esercizi o approfondimenti fissiamo un appuntamento Settimana 1 Lorenzo Vitale - Principi di Elettromagnetismo 13

14 Informazioni pratiche Settimana 1 Lorenzo Vitale - Principi di Elettromagnetismo 14

Per gli amanti del web consiglio: http://www.wikipedia.org/ http://hyperphysics.

15 Per gli amanti del web consiglio: Settimana 1 Lorenzo Vitale - Principi di Elettromagnetismo 15

16 Le 4 Forze Fondamentali in Natura 1 Gravitazionale Meccanica di Newton 2 Elettromagnetica EM Unificazione di Maxwell (1864) Oggetto di questo corso 3 Nucleare Debole A corto raggio. Decadimenti particelle 4 Nucleare Forte Attrazione nuclei atomici r F = m 1 m 2 r 2 u ˆ r Settimana 1 Lorenzo Vitale - Principi di Elettromagnetismo 16

17 Le equazioni fondamentali del S E ˆ u n ds = q int 0 Gauss r B u ˆ n ds = 0 Gauss nostro corso: C E ds = d ( r B ) dt Faraday B ds = μ i + d ( E r ) 0 c 0 dt C Ampere Maxwell James Clerk Maxwell Settimana 1 Lorenzo Vitale - Principi di Elettromagnetismo 17

18 Il lungo cammino dell EM Lo studio dei fenomeni elettrici e magnetici parte dall antichità e prosegue fino ai giorni nostri. Queste sono le tappe storiche fondamentali (HRK, Fisica 2) Settimana 1 Lorenzo Vitale - Principi di Elettromagnetismo 18

19 Le 3 Interazioni Fondamentali in Natura 1 Gravitazionale Meccanica di Newton 2 Elettromagnetica EM e Nucleare Debole Unificate nel 1967 da Glashow, Weinberg, Salam (Nobel 1979) e successive verifiche sperimentali, ad es. Rubbia (Nobel 1984) 3 Nucleare Forte Ultimo Nobel 2004 Settimana 1 Lorenzo Vitale - Principi di Elettromagnetismo 19

20 Fenomenologia: Carica e Interazioni Elettriche Fenomeni legati alla forza elettrica erano noti sin dall antichità (VII sec. A.C.). Dopo aver strofinato certi materiali (isolanti), questi acquistano la proprietà di attirare corpuscoli leggeri, altri materiali (conduttori) no. Uno studio sistematico dei materiali isolanti porta a separarli in due categorie: tipo + come il vetro e tipo - come l ambra (in greco Electron), bachelite o altri materiali plastici. Il modello più semplice che possiamo ipotizzare è che la separazione degli isolanti in due categorie sia determinata dal tipo di carica che sono in grado di trattenere. Settimana 1 Lorenzo Vitale - Principi di Elettromagnetismo 20

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