LICEO STATALE A.VOLTA COLLE DI VAL D ELSA PROGRAMMA DI FISICA SVOLTO NELLA CLASSE VA ANNO SCOLASTICO 2014/2015

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1 LICEO STATALE A.VOLTA COLLE DI VAL D ELSA PROGRAMMA DI FISICA SVOLTO NELLA CLASSE VA ANNO SCOLASTICO 2014/2015 Insegnante: LUCIA CERVELLI Testo in uso: Claudio Romeni FISICA E REALTA Zanichelli Su alcuni argomenti l insegnante ha fornito anche dispense. ONDE MECCANICHE Caratteristiche. Onde trasversali e longitudinali. Rappresentazione spaziale dell onda:lunghezza d onda,periodo,frequenza e ampiezza. Equazione di un onda. Fronti d onda. Riflessione e sue leggi. Riflessione di un onda che viaggia lungo una corda (materiale omogeneo o materiali diversi). Rifrazione. Leggi della Rifrazione ( dimostrazione nel caso di un onda che passa da zona con acqua più alta a zona con acqua più bassa).principio di Huygens. Diffrazione. Il principio di sovrapposizione. Interferenza su una corda. Condizioni di interferenza spaziale per sorgenti in fase. ONDE SONORE Il suono: caratteristiche e velocità. Eco. Altezza. Intensità della sorgente e intensità della sorgente. Il livello di intensità sonora (il decibel). Effetto Doppler: sorgente ferma e osservatore in moto,sorgente in moto e osservatore fermo, sorgente e osservatore in moto relativo l uno rispetto all altro. LA CARICA ELETTRICA, FORZE E CAMPI Corpi elettrizzati e loro interazioni. Elettrizzazione per strofinio. Il modello microscopico. Conduttori ed isolanti. Il modello microscopico. Elettrizzazione per contatto. Induzione elettrostatica. Interpretazione dei fenomeni di elettrizzazione. La carica elettrica. Principio della conservazione della carica elettrica. Analisi quantitativa della forza di interazione elettrica. Legge di Coulomb. La costante dielettrica. La forza di Coulomb nella materia. Analogie e differenze tra forza elettrica e forza gravitazionale. La polarizzazione degli isolanti. Esercizi. CAMPO ELETTROSTATICO Il concetto di campo elettrico. Il vettore campo elettrico. Il calcolo della forza. Il campo elettrostatico di una carica puntiforme. Rappresentazione del Campo. Le linee di campo. Campo elettrico generato da due cariche puntiformi. Sovrapposizione (campo elettrico di più cariche puntiformi). Flusso del Campo elettrico. Il vettore superficie (la normale alla superficie) e l arbitrarietà della sua scelta. Teorema di Gauss (dim. nel caso di superficie sferica). Applicazioni: distribuzione delle cariche

2 sulla superficie di un conduttore in equilibrio elettrostatico- campo elettrico di una lastra carica (campo elettrico di una distribuzione piana infinita di carica)- campo elettrico di un condensatore (campo uniforme)- campo elettrico creato da un conduttore sferico carico in equilibrio elettrostatico. Campo elettrico di una distribuzione di carica con simmetria sferica(sfera carica). IL POTENZIALE ELETTRICO Energia potenziale elettrica. Lavoro del campo elettrostatico ( uniforme e puntiforme. Nel caso del campo puntiforme l espressione del lavoro è stata effettuata con calcolo integrale). Conservatività del campo elettrostatico. Calcolo dell energia potenziale elettrica ( campo uniforme e puntiforme ). Calcolo dell energia potenziale nel caso di più cariche puntiformi. Circuitazione del campo elettrostatico: definizione della circuitazione e significato della circuitazione del campo elettrostatico. Analogie e differenze tra Campo Elettrico e Campo Gravitazionale. Potenziale elettrico. Definizione di potenziale elettrico. Unità di misura. Potenziale di una carica puntiforme. Sovrapposizione. Differenza di potenziale. Potenziale e moto delle cariche. Le superfici equipotenziali. Dimostrazione della perpendicolarità tra linee di campo e superfici equipotenziali. La deduzione del Campo elettrico dal potenziale. Conservazione dell energia. FENOMENI DI ELETTROSTATICA Distribuzione della carica nei conduttori in equilibrio elettrostatico: localizzazione della carica, valore della densità superficiale di carica. Campo elettrico e potenziale in un conduttore in equilibrio elettrostatico: campo elettrico interno, sulla superficie e il potenziale; una applicazione del T. di Gauss. Teorema di Coulomb (dim). Potere dispersivo delle punte. Capacità e sua unità di misura. Capacità di un conduttore sferico isolato(dim). Condensatori. Capacità di un condensatore. Capacità di un condensatore piano. Effetto di un dielettrico sulla capacità di un condensatore piano. Collegamenti di condensatori. Condensatori in parallelo e in serie. Svolgimento di semplici problemi. Lavoro di carica di un condensatore. Energia immagazzinata nel campo elettrico del condensatore. La densità di energia immagazzinata nel condensatore. Interpretazione atomica della polarizzazione dei dielettrici. LA CORRENTE ELETTRICA CONTINUA Elettroni di conduzione. Intensità della corrente elettrica. Il verso della corrente. Corrente continua. Circuito elettrico elementare. I generatori ideali di tensione. Resistenza elettrica. La I legge di Ohm. Forza elettromotrice. Generatori di corrente e collegamenti di generatori. Circuiti elettrici. La I legge di Ohm applicata ad un circuito chiuso ( Legge di Pouillet). Forza elettromotrice e differenza di potenziale: il generatore reale di tensione. I principi di Kirchhoff della maglia e del nodo. Collegamenti di resistenze. Svolgimento di semplici problemi. La trasformazione

3 dell energia elettrica: potenza erogata e potenza dissipata. Potenza dissipata nei collegamenti in serie e nei collegamenti in parallelo. Risoluzione di semplici circuiti elettrici.effetto Joule. Il Kilowattora. Strumenti di misura (cenni). LA CORRENTE ELETTRICA NEI METALLI I conduttori metallici spiegazione microscopica dell effetto Joule, la velocità di deriva degli elettroni (senza dim.). La II legge di Ohm. La resistività di un conduttore. La resistività e la temperatura del conduttore. La superconduttività. Estrazione degli elettroni da un metallo: il potenziale di estrazione. Effetto termoionico. Diodo, triodo ed oscillografo a raggi catodici. Semiconduttori. Semiconduttori di tipo n e di tipo p. Giunzione polarizzata direttamente o bloccata. Transistor. Diodi e triodi a semiconduttori. La carica e la scarica di un condensatore in un circuito RC (calcolo integrale). LA CONDUZIONE ELETTRICA NEI LIQUIDI E NEI GAS Conducibilità nelle soluzioni elettrolitiche. Dissociazione elettrolitica ed interpretazione della conducibilità delle soluzioni elettrolitiche. Elettrolisi: reazioni chimiche provocate dall elettrolisi (NaCl fuso e sciolto in acqua). Leggi dell elettrolisi e loro interpretazione. Conseguenze. Definizione del Coulomb Internazionale. Conduzione nei gas a pressione normale (conduzione forzata e conduzione spontanea) e nel vuoto spinto. I raggi catodici e le loro proprietà. FENOMENI MAGNETICI FONDAMENTALI E CAMPO MAGNETICO I magneti e loro interazioni. Magneti naturali ed artificiali. Le forze tra poli magnetici. Le linee del campo magnetico. Primo confronto tra Campo Magnetico ed Elettrico. Il campo magnetico terrestre (cenni). La direzione ed il verso del campo. Forze tra magneti e correnti: il campo magnetico generato da un filo percorso da corrente: l esperienza di Oersted. L esperienza di Faraday sul filo rettilineo percorso da corrente immerso nel campo magnetico: la direzione ed il verso della forza. Forze tra correnti : l esperienza di Ampère dei fili rettilinei paralleli percorsi da corrente, la costante di permeabilità magnetica nel vuoto, la definizione dell Ampère internazionale e la conseguente definizione del Coulomb. L intensità del campo magnetico e la sua unità di misura. La forza magnetica su un filo rettilineo percorso da corrente: la legge di Laplace. Il campo magnetico di un filo percorso da corrente: la legge di Biot-Savart e la sua dimostrazione. Il campo magnetico di una spira e di un solenoide. Il motore elettrico: la spira percorsa da corrente immersa in un campo magnetico, la corrente cambia verso, il momento della forza magnetica su una spira, il momento magnetico della spira, il momento torcente.

4 IL CAMPO MAGNETICO La forza magnetica sulle cariche in movimento ( forza di Lorentz) e relativa dimostrazione. Confronto tra forze elettriche e forze magnetiche. Selettore di velocità. Moto delle cariche in un campo elettrico e in un campo magnetico.il moto in un campo magnetico uniforme: velocità parallela al campo e moto rettilineo, velocità perpendicolare al campo e moto circolare con calcolo del raggio della traiettoria e il periodo del moto, velocità obliqua e moto elicoidale. Il flusso del campo magnetico e sua unità di misura. Arbitrarietà della scelta del vettore superficie( la normale alla superficie). Il flusso attraverso una superficie piana. Il teorema di Gauss per il magnetismo (con dim. nel caso del campo magnetico creato da un filo rettilineo percorso da corrente). La circuitazione del campo magnetico. Teorema di Ampère sulla circuitazione del campo magnetico e significato fisico del risultato. (La dimostrazione è stata effettuata nel caso di un filo rettilineo percorso da corrente). Origine del campo magnetico. Ipotesi di Ampère. Le proprietà magnetiche dei materiali: Diamagnetismo, Paramagnetismo e Ferromagnetismo (i domini di Weiss). La costante di permeabilità magnetica nella materia. Effetti prodotti da un campo magnetico sulla materia. Ciclo di isteresi magnetica. Magnetizzazione permanente. La temperatura di Curie. L INDUZIONE ELETTROMAGNETICA Confronto tra il campo magnetico ed il campo elettrostatico. Le correnti indotte. Esperienze di Faraday sulle correnti indotte. Analisi dei vari casi di correnti indotte. Analisi quantitativa dell induzione elettromagnetica. Calcolo della Forza elettromotrice indotta nel caso di una spira estratta da un campo magnetico uniforme. La legge di Faraday-Neumann. La forza elettromotrice indotta istantanea. La legge di Lenz e sua interpretazione. Correnti di Foucault. Autoinduzione: induttanza di un circuito e sua unità di misura. Induttanza di un solenoide. Extracorrente di chiusura e di apertura di un circuito (calcolo integrale). Bilancio energetico in un circuito RL( potenza erogata = potenza dissipata). Energia intrinseca della corrente (energia del campo magnetico). Densità di energia immagazzinata in un campo magnetico. La mutua induzione ed il coefficiente di mutua induzione. CIRCUITI IN CORRENTE ALTERNATA Produzione di corrente alternata con campi magnetici. L alternatore. Calcolo della forza elettromotrice alternata. Circuito in corrente alternata puramente resistivo Tensione ed intensità di corrente efficace (con dim.). Analisi sintetica (senza dimostrazioni) dei circuiti puramente induttivi e capacitivi. La reattanza induttiva e capacitiva. Analisi sintetica del circuito RLC ( non sono state dimostrate le formule). La relazione tra i valori efficaci. L impedenza. La condizione di risonanza. L angolo di sfasamento. Potenza erogata e dissipata: la formula di Galileo Ferraris (con dim.). Trasformatore. La trasformazione delle correnti e il trasporto dell energia elettrica. Le linee ad alta tensione.

5 EQUAZIONI DI MAXWELL ED ONDE ELETTROMAGNETICHE La legge di Faraday-Neumann ed il campo elettrico indotto. La circuitazione del campo elettrico indotto. Calcolo della circuitazione del campo elettrico indotto e interpretazione fisica del suo valore. Il paradosso di Ampère. Il termine mancante: la Corrente di spostamento e suo calcolo. Equazioni di Maxwell ed il campo elettromagnetico. Produzione di onde elettromagnetiche. Antenna emittente. Velocità delle onde elettromagnetiche e la velocità della luce. Ricezione delle onde elettromagnetiche. Lo spettro elettromagnetico. Intensità di irraggiamento e e la densità di energia media trasportata da un onda elettromagnetica. Indice di rifrazione. Riflessione e rifrazione della luce COLLE DI VAL D ELSA 10 GIUGNO 2015 GLI ALUNNI L INSEGNANTE F.to LUCIA CERVELLI