LICEO SCIENTIFICO STATALE G. MARCONI FOGGIA PROGRAMMA DI Fisica Classe IVB Anno Scolastico 2014-2015 Insegnante: Prof.ssa La Salandra Incoronata
TERMODINAMICA: LE LEGGIDEI GAS IDEALI E LA LORO INTERPRETAZIONE SECONDO I PRINCIPI DELLA MECCANICA. Richiamo dei concetti fondamentali di termologia Effetti della variazione di temperatura di un gas. La legge di Volta Gay Lussac. Legge di Charles. Le scale della temperatura: Celsius e Farehneit; Scala assoluta delle temperature; Equazione di stato dei gas perfetti; La costante universale dei gas; Espressione dell energia cinetica media di traslazione in funzione della temperatura assoluta: Espressione dell energia cinetica media totale di n moli di un gas; Interpretazione molecolare della temperatura; La formula di Clausius. Temperatura ed energia interna. PRIMO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA E SUE APPLICAZIONI. Definizione di calore specifico; Unità di misura della capacità termica; Unità di misura del calore specifico; Definizione di caloria; Equivalenza lavoro-calore: esperienza di Joule; Definizione di capacità termica molare; Funzioni di stato di un sistema; Equilibrio termodinamico; Definizione di trasformazione termodinamica; Definizione di trasformazione reversibile; Definizione di trasformazione aperta; Definizione di trasformazione ciclica; Definizione di energia interna di un sistema; Primo principio della termodinamica; Lavoro compiuto da un gas in una espansione a volume costante; Lavoro compiuto da un gas in una espansione isotermica; Calcolo di un lavoro compiuto da un gas in un ciclo; Definizione di capacità termica a pressione costante; Definizione di capacità termica a volume costante; Gli aspetti fondamentali delle macchine termiche; Dimostrazione che, per un gas perfetto C P = C V + nr o relazione di Mayer; 2
. IL SECONDO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA Scienza e tecnica nello sviluppo della Termodinamica. Le macchine termiche; Il problema del rendimento di una macchina termica. IL concetto di macchina termica secondo Carnot: La necessità di due sorgenti di calore Enunciato di Kelvin-Planck del secondo principio della termodinamica; Le macchine frigorigene e l'enunciato di Clausius del secondo principio della termodinamica; Equivalenza degli enunciati di Kelvin-Planck e di Clausius; Aspetto pratico del secondo principio della termodinamica; Descrizione del ciclo di Stirling. Il rendimento del ciclo di Stirling. Rendimento e ciclo di Carnot; Teorema di Carnot; Enunciato che il rendimento di una macchina termica ideale reversibile che funziona fra due sorgenti a diversa temperatura è determinato unicamente dalla temperatura a cui si trovano le sorgenti stesse: T C 1 T IL ciclo frigorifero. La degradazione dell energia e l entropia. Variazione di entropia in un ciclo termodinamico. L interpretazione meccanico- probabilistica dell irreversibilità e dell entropia. (cenni). F C 3
VIBRAZIONI E ONDE: Oscillazioni; Moto circolare uniforme; Moto armonico semplice, una massa attaccata alla molla; Condizione per il moto armonico semplice; Spostamento, velocità e accelerazione nel moto armonico semplice; Frequenza e periodo per una massa attaccata ad una molla; Il moto armonico semplice e il moto circolare; Energia nel moto armonico semplice; Dimostrazione che per i piccoli spostamenti il moto del pendolo è armonico semplice; Calcolo del periodo del pendolo. Formula per calcolare il valore dell accelerazione di gravità utilizzando un pendolo semplice. LE ONDE MECCANICHE Il concetto generale di onda. Parametri caratteristici di un onda armonica. Onda su di una corda elastica La descrizione fisico- matematica di un onda. Onde trasversali e onde longitudinali. Velocità delle onde. Velocità dell onda e tensione della corda I l principio di sovrapposizione. Le condizioni di interferenza dedotte matematicamente. Onde stazionarie nelle corde elastiche. Onde superficiali e principio di sovrapposizione. Propagazione di onde superficiali: il Principio di Huygens. Riflessione di una sequenza di onde a fronte rettilineo. Rifrazione di una sequenza di onde a fronte rettilineo. Effetti di diffrazione delle onde. Il suono: la velocità del suono; l effetto doppler. LA LUCE Fenomeni ottici e modello ondulatorio della luce. Fenomeni ottici e raggi di luce. Interpretazione dei fenomeni di propagazione rettilinea, di riflessione e di rifrazione della luce: indice di rifrazione e velocità della luce. Angolo di luce e riflessione totale. Dispersione della luce e policromatismo Interferenza della luce prodotta da una doppia fenditura. Diffrazione da una fenditura. Dalla doppia fenditura al reticolo di diffrazione. Il colore della luce. Le onde luminose sono trasversali 4
ELETTROSTATICA Cariche elettriche e loro interazione: il campo elettrico. Teoria sui vettori I principi della dinamica Forza gravitazionale Carica elettrica La legge di Coulomb La costante di Coulomb Unità fondamentale di carica elettrica Esercizi sulla carica elettrica e la legge di Coulomb Confronto tra forza elettrostatica e forza gravitazionale Definizione relativa e formale del campo elettrico Unità di misura del campo elettrico Linee di forza Regole per tracciare le linee di forza Elettrizzazione per induzione (o per influenza) Elettrizzazione per strofinio Le cariche elettriche si distribuiscono sulla superficie dei conduttori metallici Costante di Coulomb e costante dielettrica del vuoto Unità di misura della costante dielettrica Definizione di campo elettrico uniforme Definizione di flusso del vettore campo elettrico attraverso una superficie S. Teorema di Gauss (Enunciato) Giustificazione del teorema di Gauss nel caso particolare di una singola carica Q posta nel centro di una sfera ideale di raggio R Azione di un campo elettrico uniforme su cariche elettriche. Particella di massa m e carica q in equilibrio in un campo elettrico. Particella di massa m e carica q inizialmente in quiete in un campo elettrico uniforme e nel vuoto. Legge oraria per una carica in un campo elettrico inizialmente in quiete. Particella lanciata con velocità iniziale in un campo elettrico uniforme e nel vuoto. Traiettoria di una carica in un campo elettrico uniforme ( moto parabolico). 5
ENERGIA POTENZIALE E POTENZIALE ELETTRICO. Energia potenziale elettrica. Determinazione dell espressione del lavoro delle forze del campo elettrico generato da una carica puntiforme (Campo radiale). Enunciato del teorema della media. Valore medio della forza di Coulomb. Il campo elettrico è conservativo. Calcolo dell espressione analitica dell energia potenziale elettrica posseduta da una carica posizionata in un punto di un campo elettrico radiale (uniforme) Definizione di potenziale elettrico. Espressione del potenziale per un campo elettrico uniforme Espressione del potenziale elettrico relativo ad un punto di un campo elettrico generato da una carica puntiforme posta nell origine. Unità di misura del potenziale. Superfici equipotenziali. L energia elettrostatica e il modello nucleare dell atomo. Calcolo dell energia meccanica totale posseduta dall elettrone nell atomo di idrogeno secondo il modello di Bohr. FOGGIA 25-05-2015 Gli studenti : ------------------------------------ Prof.ssa L INSEGNANTE ----------------------------------------- ---------------------------------------- 6