Corso di fisica applicata con elementi di fisica tecnica A.A. 2016/2017

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Susanna Masi
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1 Corso di fisica applicata con elementi di fisica tecnica A.A. 2016/2017 Programma svolto

2 Lezione 1 Carica elettrica, legge di Coulomb, campo elettrico, potenziale elettrico Breve storia dell elettricità Proprietà delle cariche elettriche, struttura atomica, protoni ed elettroni Isolanti e conduttori Messa a terra, carica per induzione La legge di Coulomb (forza fra cariche elettriche) Il campo elettrico (definizione, verso e direzione, proprietà) Campo elettrico generato da una distribuzione continua di cariche Densità di carica (lineare, superficiale, volumetrica) Il potenziale elettrico Esercizi - L atomo di idrogeno Pendoli carichi Il campo elettrico di un dipolo

3 Lezione 2 Circuiti elettrici La corrente elettrica (definizione, direzione) Campo elettrico generato da un piano carico infinito Capacità elettrica (definizione, unità di misura) Il condensatore a piatti piani paralleli Circuiti con condensatori (in serie, in parallelo) Condensatori con dielettrico (aumento della capacità inserendo un dielettrico, costante dielettrica relativa) Resistenza e legge di Ohm (definizione e cenni sul fenomeno fisico) Resistività, dipendenza della resistenza e della resistività dalla temperatura Relazioni fra potenza, resistenza, differenza di potenziale e corrente (legge di Joule) Cenni sui materiali superconduttori Circuiti con resistori (in serie e in parallelo) La forza elettromotrice Esercizi - Il condensatore a piatti piani e paralleli Lampadine in parallelo

4 Lezione 3 Campi magnetici e forza di Lorentz Breve storia del magnetismo Il campo magnetico (definizione sperimentale) La forza di Lorentz (definizione, intensità, direzione e verso) Il prodotto vettoriale (definizione e regole di base) Forza di Lorentz esercitata su un filo elettrico Campo magnetico generato da una corrente elettrica (definizione per un elemento infinitesimo di filo elettrico, generalizzazione a casi semplici filo lineare, spira circolare) Cenni sulle proprietà magnetiche della materia

5 Lezione 4 Onde elettromagnetiche L esperimento di Hertz descrizione e risultati Equazioni di Maxwell nella loro forma più semplice Relazione fra velocità della luce, lunghezza d onda e frequenza Relazione fra velocità della luce, costante dielettrica del vuoto e permeabilità magnetica del vuoto Direzione verso dei vettori E e B rispetto alla direzione di propagazione di un onda elettromagnetica Rapporto fra le ampiezze di E e B Energia trasportata da un onda elettromagnetica il vettore di Poynting Intensità media di un onda elettromagnetica Lo spettro elettromagnetico Esercizi - Scaldare in un forno a microonde Flusso di potenza su un tetto

6 Lezione 5 Calore e energia termica Calore e temperatura. Breve storia del concetto di calore. Relazione fra temperatura e velocità delle molecole di un gas. Mole e massa molare, il numero di Avogadro. Energia interna in un gas perfetto. Entalpia. Calore specifico, definizione, calore specifico a pressione e volume costante, loro relazione reciproca in un gas perfetto Trasferimento di energia termica, principio di conservazione dell energia, conservazione dell energia in condizioni stazionarie. Portata di massa e portata volumetrica. Esempio di applicazione a un termosifone. Profilo di velocità in una condotta Flusso stazionario con variazione di temperatura Bilancio energetico superficiale Esercizi - Riscaldamento di una sfera di rame Scaldare un bollitore Dispersione di calore in una condotta

7 Lezione 6 Meccanismi di trasporto del calore Trasporto per conduzione la legge di Fourier (definizione empirica, formula) La conducibilità termica (conducibilità termica di vari materiali, nei gas, nei liquidi, nei solidi) Capacità termica e diffusività termica. Trasporto per convezione, cenni sul meccanismo fisico alla base della convezione (naturale, forzata) La legge del trasporto convettivo, il coefficiente di trasporto convettivo. La resistenza termica. Analogia con la legge di Ohm. Trasporto di calore attraverso un vetro. Trasporto per irraggiamento. Il corpo nero, le leggi di Planck e di Stefan Boltzmann L emissività, la riflettività, il coefficiente di assorbimento. Legge di Kirchhoff Scambio radiativo con l ambiente Esercizi Trasporto di calore attraverso un vetro Trasporto di calore attraverso un muro con mattoni forati (svolto alla lavagna, non presente nelle slide)

8 Lezione 7 Applicazioni nella conservazione degli alimenti Cenni sui sistemi tradizionali di conservazione e sui loro limiti Tecnologie emergenti Il riscaldamento ohmico. Trasferimento di potenza per effetto Joule. Meccanismi di sterilizzazione. Vantaggi rispetto ai metodi tradizionali Fattori critici e applicazioni Luce pulsata. Descrizione del trattamento di alimenti mediante luce pulsata Interazione degli alimenti con luce pulsata. Legge di Lambert-Beer. Aumento di temperatura Effetto della luce pulsata sugli alimenti Campi elettri pulsati. Storia e principio di funzionamento. Esempio di funzionamento Riscaldamento dovuto al campo elettrico Tipi di impulsi Meccanismo di sterilizzazione

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