Elettrostatica Risoluzione dei due problemi assegnati in classe il giorno
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- Elisa Savino
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1 Coordinate termodinamiche. Equilibrio termico e principio zero. Isoterme. Sistemi termometrici e coordinate termometriche. Scale di temperatura. Diagramma di stato di una sostanza pura e punti fissi. Termometro a gas a volume costante. La temperatura del termometro a gas perfetto. Lerner: paragrafi La carica elettrica. Generalità. Principio di conservazione della carica. Quantizzazione della carica. Definizione del coulomb e dell ampere. Lerner: paragrafi Legge di Coulomb. Principio di sovrapposizione. Campo elettrico. Campo elettrico generato da: una retta uniformemente carica, un piano uniformemente carico. Sul libro di testo: parr Problemi: (più due problemi assegnati in classe) Leggi dei gas perfetti: legge di Gay Lussac, di Boyle, di Avogadro. Equazione di stato dei gas perfetti. Lavoro di espansione di un gas. Calorimetria: la caloria, capacità termica e calore specifico. Calori latenti. Sul libro di testo. Par Problemi: (un problema assegnato in classe) Risoluzione dei due problemi assegnati in classe il giorno Flusso di un campo fluidodinamico, portata di un condotto. Flusso di un campo vettoriale attraverso una superficie qualsiasi. Superfici gaussiane. Angolo solido intercettato da una superficie. Flusso di un campo elettrostatico e teorema di Gauss. Sul libro di testo: capitolo 24 Equivalente meccanico della caloria, trasformazioni lavoro-calore calore-lavoro. Primo principio della termodinamica. Trasformazioni di un gas ideale: esperienza di Joule e dipendenza dell energia interna di un gas perfetto dalla temperatura. Trasformazioni isoterme, isocore, isobare. Calori specifici a volume costante e a pressione costante. Sul libro di testo Par Problemi due problemi assegnati in classe Sistemi di riferimento: cartesiano, polare cilindrico, polare sferico. Campi elettrici generati da distribuzioni di carica con particolari simmetrie: simmetria piana. Campo generato da una superficie uniformemente carica, campo generato da una distribuzione spaziale uniforme fra due piani paralleli. Scaricare dispense sul sito: Distribuzioni simmetriche, file pdf in dispense, link utili ed altro materiale Problemi
2 Campo elettrico generato da distribuzioni con particolari simmetrie: simmetria sferica, simmetria cilindrica. Circuitazione del campo elettrico, il campo elettrico come campo irrotazionale. Il potenziale elettrico. Sul libro: paragrafi , Problemi: , sul sito hep.fi.infn.it/lagomarsino scaricare le simulazioni del compito e svolgere elettrostatica1 ed elettrostatica2 Cicli termodinamici, motori e rendimento: rendimento del ciclo di Stirling. Trasformazioni adiabatiche reversibili: equazione di una adiabatica reversibile. Sul libro: par Problemi: (ricordare che il calore latente di evaporazione dell acqua a 100 C è 539.4cal/g), Scaricare dispense, link utili ed altro materiale, file pdf ciclo di Stirling Potenziale del campo generato da una carica puntiforme. Lavoro compiuto dal campo elettrico, energia potenziale e potenziale elettrico. Superfici equipotenziali. Campo generato da conduttori carichi. Teorema di Coulomb. Sul libro: Condensatori. Relazione fra tensione e carica, capacità di un condensatore. Condensatore ad armature piane e parallele, condensatore sferico. Connessione di condensatori. Connessione in serie, connessione in parallelo. Leggi di Kirchhoff per i condensatori. Sul libro: capitolo 26 Problemi: Ciclo di Otto, ciclo Diesel. Secondo principio della termodinamica, formulazione di Kelvin e di Clausius, equivalenza delle due formulazioni. Sul libro: capitolo Problemi: Lavoro di carica di un condensatore. Di un condensatore carico, di un accumulatore. Moto di un sistema soggetto a forze meccaniche ed elettriche. Energia del campo elettrostatico, densità volumetrica dell energia elettrostatica. Sul libro: paragrafo Campo elettrico nei materiali isolanti. Momento di dipolo di una distribuzione. Densità di polarizzazione di un dielettrico. Suscettività dielettrica. Densità di polarizzazione e carica di superficie. Vettore spostamento elettrico. Costante dielettrica assoluta e relativa di un mezzo. Sul libro: capitolo 26
3 Problemi: Trasformazioni reversibili e irreversibili. Irreversibilità di trasformazioni con attrito, con differenze di temperature finite, con squilibri meccanici. Sul libro: paragrafo Correnti elettriche Modello di Drude della conduzione nei solidi. Conducibilità elettrica e tempo libero medio degli elettroni. Leggi di Ohm. Scarica di un condensatore. Generatori di forza elettromotrice. Legge di Joule. Sul libro: paragrafi Problemi: Macchine reversibili e irreversibili, primo e secondo teorema di Carnot. Ciclo di Carnot. Sul libro: cap Problemi: uno dettato in classe, vedere quelli su web Correnti elettriche Reti lineari. Configurazione serie e parallelo. Partitore di tensione. Partitore di corrente. Leggi di Kirchhoff. Teorema di Thevenin. Misure voltamperometriche. Sul libro: paragrafo 27.7 Problemi: Elettromagnetismo Esercitazione: reti lineari, condensatori. Esercitazione: rendimento di macchine termiche Compitino (vedi web per testo e correzione) Forza prodotta da un campo magnetico su cariche libere in moto. Legge di Lorenz. Moto di una carica libera in un campo magnetico uniforme, frequenza di ciclotrone. Esperienza di Thomson per la misura di e/m. Sul libro: paragrafi Disuguaglianza di Clausius. Sul libro: non c è, si possono trovare questi argomenti su E.Fermi Bollati-Boringhieri: Capitolo 4 paragrafi M.W.Zemansky Calore e Zanichelli: Capitolo 9 paragrafi 1,2,4,5,8, Effetto Hall. Sonde di Hall e misura dei campi magnetici. Forza su un conduttore percorso da corrente in campo magnetico. Legge di Laplace. Momento delle forze magnetiche su una spira in campo uniforme. Applicazione: motore elettrico in corrente continua.
4 Sul libro: paragrafi Problemi: generati da correnti elettriche. Esperienza di Oersted. Legge di Biot-Savart e unità di misura della corrente elettrica nel S.I. Campo magnetico generato da un elemento di corrente. Campo generato da una spira circolare sul suo asse. Campo sull asse di un solenoide infinito. Deduzione del campo magnetico generato da un filo rettilineo. Sul libro: paragrafi Problemi: Simmetrie e campi elettromagnetici stazionari. Vettori polari e vettori assiali, campo elettrico come vettore polare, campo magnetico come vettore poloidale. Simmetria assiale, simmetria toroidale. Campi elettrici e magnetici stazionari in simmetria assiale e toroidale. Questi argomenti si trovano sulle dispense reperibili sul sito hep.fi.infn.it/lagomarsino alla voce didattica/dispense e materiale vario. La funzione entropia. Entropia di un gas perfetto. Principio dell aumento dell entropia nei sistemi isolati. Sul libro: non c è, valgono gli stessi riferimenti della lezione del 4/ Le equazioni del flusso e della circuitazione del campo magnetico. Flusso del campo magnetico generato da un circuito qualsiasi, Teorema di Gauss per il campo magnetico. Circuitazione del campo generato da un filo rettilineo percorso da corrente, legge di Ampere. Calcolo di un campo magnetico per sorgenti con simmetria assiale o toroidale: campo generato da un solenoide infinito, da un filo di sezione finita, da un avvolgimento toroidale, da una superficie percorsa da corrente. Sul libro: paragrafi Problemi: nella materia. Momenti magnetici atomici e densità di magnetizzazione M. Campo generato da un magnete a sbarra infinito con densità di magnetizzazione M. Definizione del campo magnetico H. Suscettività magnetica e permeabilità magnetica, materiali ferromagnetici, paramagnetici, diamagnetici. Cenni all origine microscopica del paramagnetismo, diamagnetismo, ferromagnetismo. Ciclo di isteresi di un materiale ferromagnetico. Teoria cinetica dei gas. Modello di un gas perfetto. Deduzione dell energia cinetica media delle molecole di un gas in funzione della temperatura assoluta. La costante di Boltzmann. Sul libro: paragrafi Circuiti magnetici. Resistenza magnetica. Calcolo del flusso magnetico nei rami di un circuito magnetico. (per questa parte riferirsi agli appunti).
5 Campo elettrico in un sistema di riferimento inerziale in moto in un campo magnetico uniforme. Circuitazione del campo elettromotore in un circuito in moto. Legge di induzione di Faraday. Rotazione di una spira in un campo magnetico uniforme, l alternatore. Sul libro: paragrafi 30.1, 30.2, 30.3, Coefficiente di mutua induzione di due circuiti. Coefficiente di autoinduzione. Calcolo di coefficienti di mutua e di autoinduzione. Circuito RL: extracorrente di apertura e di chiusura di un circuito RL. Sul libro: paragrafi , Legge di Lenz e conservazione dell energia. Circuiti LC e oscillazioni elettromagnetiche. Densità di energia del campo magnetico. Circuiti RLC e oscillazioni smorzate. Sul libro: paragrafi 30.4, 32.4, 31.3, Numeri complessi Numeri complessi, rappresentazione di Eulero. Coniugato di un numero complesso. Modulo e fase di un numero complesso. Somma e differenza, prodotto e rapporto di due numeri complessi. ( Correnti alternate Rappresentazione complessa delle grandezze alternate. Tensione e corrente alternata nei circuiti a componenti passivi: l impedenza complessa di un componente passivo, resistenze, condensatori, induttanze. Legge di Ohm generalizzata, circuiti in corrente alternata. ( Correnti alternate Filtri a componenti passivi. Filtri RC, RL, RLC. Filtri passa-basso, passa-alto. Filtri risonanti. Il trasformatore. La potenza nei circuiti in c.a.: il fattore di potenza. Sul libro: paragrafo 33.3, 33.4, 33.5 (per i filtri riferirsi agli appunti) Campi elettromagnetici e onde elettromagnetiche Paradosso di Ampere e termine di Maxwell. Le equazioni di Maxwell. Propagazione di onde elettromagnetiche. La velocità della luce. Sul libro: paragrafo 30.6, 34.2, 34.3 (per le onde elettromagnetiche riferirsi agli appunti).
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