- Physics II - Turno 1
- Summary
Course Syllabus
Obiettivi
Conoscere e saper trattare i fondamenti dell'elettromagnetismo e dell'ottica fisica: fenomenologia e leggi
fondamentali, soluzione di problemi.
Contenuti sintetici
1. Analisi vettoriale, 2. Elettrostatica nel vuoto, 3. Corrente elettrica stazionaria, 4. Magnetostatica nel vuoto, 5. Induzione elettromagnetica, 6. Elettrostatica nei mezzi materiali, 7. Magnetostatica nei mezzi materiali, 8. Onde elettromagnetiche, 9. Ottica.
Programma esteso
1. Analisi vettoriale:
Campi e Linee di forza, Operatori differenziali e integrali, Teorema della divergenza e del rotore.
2. Elettrostatica nel vuoto:
Legge di Coulomb, Campo elettrico, Potenziale elettrico ed energia potenziale, Teorema di Gauss,
Conduttori ed isolanti, Induzione elettrostatica, Problema generale dell’elettrostatica, Capacità,
Condensatori in serie e parallelo, Energia elettrostatica.
3. La corrente elettrica stazionaria:
Intensità e Densità di corrente, Conducibilità elettrica, Resistività e legge di Ohm, Tempo di rilassamento,
Forze elettromotrici e generatori, Collegamenti tra resistori, Legge di Joule, Circuiti elettrici in CC, Reti
resistive.
4. Magnetostatica nel vuoto:
Induzione magnetica, Forza agente su una carica in moto, Forza agente su un circuito percorso da corrente,
Seconda formula di Laplace, Legge di Biot e Savart, Prima formula di Laplace, Forza agente tra due circuiti
percorsi da corrente, Legge della circuitazione di Ampére, Flusso magnetico. Potenziale vettore magnetico.
5. Induzione elettromagnetica:
Legge di Faraday-Neumann-Lenz, Auto- e mutua-induzione, Energia
del campo elettromagnetico. Corrente elettrica alternata, Circuiti elettrici in CC e CA.
6. Elettrostatica nei mezzi materiali:
Sviluppo in multipoli, Forza ed energia potenziale di un dipolo, Polarizzazione elettrica, Teorema di Gauss
nei dielettrici, Suscettività e permettività dielettrica.
7. Magnetostatica nei mezzi materiali:
Magnetizzazione, Legge di Ampére nei materiali magnetizzati, Suscettività e permittività magnetica,
Materiali dia-, para- e ferromagnetici.
8. Onde elettromagnetiche:
Equazioni di Maxwell, Equazione delle onde elettromagnetiche nel vuoto e in un mezzo debolmente
conduttore, Teorema di Poynting, Quantità di moto, energia e intensità dei campi e delle onde
elettromagnetiche, Onde piane e onde sferiche, Potenziale del campo elettromagnetico, Potenziale di
Lienard-Wiecheart, Radiazione di una carica accelerata e di dipolo, Condizioni al contorno per i campi.
9. Ottica:
Riflessione e rifrazione, Legge dell'iconale, Principio di Fermat, Polarizzazione, Interferenza, Velocità di
fase e di gruppo, Principio di Huygens-Fresnel, Diffrazione, Dispersione, Modello atomico dei mezzi
dispersivi, Mezzi anisotropi.
Prerequisiti
I contenuti dei corsi di matematica e fisica del primo anno.
Modalità didattica
lezione frontale (10 cfu), esercitazione (4 cfu) e tutoraggi (numero di ore variabile) tutto erogato in lingua italiana
Materiale didattico
Caldirola-Fontanesi-Sindoni, “Elettromagnetismo”, Masson (fuori commercio)
Mazzoldi-Nigro-Voci, “Fisica Generale (vol.2)”, Edises
A. Bettini, “Elettromagnetismo”, Zanichelli
A. Bettini, “Le onde e la luce”, Zanichelli
Altre risorse sul sito e-learning
Periodo di erogazione dell'insegnamento
Semestre I+II
Modalità di verifica del profitto e valutazione
L’esame del corso è strutturato in tre parti: una prima prova scritta (con problemi da svolgere) sulla prima parte del corso; una seconda prova scritta (con problemi da svolgere) sulla seconda parte del corso; una prova orale finale su tutto il programma del corso, che consiste in un colloquio sugli argomenti svolti a lezione. Ogni prova scritta produce un giudizio (Insufficiente/Scarso/Sufficiente/Discreto/Buono). Non sono ammessi alla prova orale gli studenti che abbiano entrambi gli scritti insufficienti. Il voto finale al termine dell'esame (18-30/30) esprime una valutazione globale della preparazione dello studente sulla base dei risultati conseguiti nelle due prove scritte e in quella orale. In caso di esito negativo dell'esame lo studente deve ripetere anche le prove scritte.
Orario di ricevimento
Su appuntamento per email
Aims
Teaching of electromagnetism and physical optics: phenomenology, fundamental laws, problem
solving.
Contents
1. Vector analysis, 2. Electrostatics in vacuum, 3. Stationary electric current, 4. Magnetostatics in vacuum, 5. Electromagnetic induction, 6. Electrostatics in materials, 7. Magnetostatics in materials, 8. Electromagnetic waves and fields, 9. Optics.
Detailed program
1. Vector analysis:
field lines, differential and integral operators, divergence and curl theorems.
2. Electrostatics in vacuum:
Coulomb’s law, electric field, electric potential and potential energy, Gauss’ theorem, conductors and
insulators, electrostatic induction, electrostatic equations, capacitance, capacitor, electrostatic energy.
3. Stationary electric current:
current intensity and current density, electric conductivity, resistivity and Ohm’s law, relaxation time,
electromotive force, connections between resistors, Joule’s law, electric circuits in CC.
4. Magnetostatics in vacuum:
magnetic induction, force on a moving charge, force on a current loop, magnetic dipole moment, Laplace’s
second formula, Biot-Savart’s law, Laplace’s first formula, force between currents, Ampére’s law,
magnetic flux.
5. Electromagnetic induction:
Faraday-Neumann-Lenz’s law, Self- and mutual-inductance, energy of the electromagnetic field. Alternate
currents, Circuits in CC and CA.
6. Electrostatics in materials:
multipole expansion, force and potential energy of a dipole, electrical polarization, Gauss’ theorem in
dielectrics, dielectric susceptivity and permittivity.
7. Magnetostatics in materials:
magnetization, Ampére’s law with magnetized materials, magnetic susceptibility and permittivity, dia-,
para- and ferro-magnetic materials.
8. Electromagnetic waves and fields:
Maxwell’s equations, Poynting’s theorem, momentum, energy and intensity of electromagnetic waves,
radiation from an accelerated charge, dipole radiation, boundary conditions for electromagnetic fields.
9. Optics:
reflection and refraction, Eiconal law, Fermat’s principle, polarization, interference, phase and group
velocity, Huygens-Fresnel’s principle, diffraction, dispersion, atomic model of dispersion, anisotropic
media.
Prerequisites
First year physics and maths courses.
Teaching form
lessons (10 credits), classes (4 credits) and tutors, all in Italian language
Textbook and teaching resource
Caldirola-Fontanesi-Sindoni, “Elettromagnetismo”, Masson (fuori commercio)
Mazzoldi-Nigro-Voci, “Fisica Generale (vol.2)”, Edises
A. Bettini, “Elettromagnetismo”, Zanichelli
A. Bettini, “Le onde e la luce”, Zanichelli
In English: Hallyday-Resnick-Krane, “Physics (vol.2)”, J Wiley & Sons
Other resources on e-learning website
Semester
First and second semester
Assessment method
The examination is divided in three parts: a written examination in two parts (concerning in problem solving for the first and the second part of the program) and an oral examination (an interview on the topics covering all the program). Each written examination will be evaluated in 5 ranking levels (from insufficient to good). Students with both written examinations ranked insufficient will not be admitted to the oral examination. The final score (18-30/30) will return a global evaluation of the students (taking into account the two written examinations and the oral examination). In case of final score below 18/30, the student will have to repeat also the written examinations.
Office hours
By appointment via email
Key information
Staff
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Giuseppe Gorini
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Tommaso Tabarelli de Fatis
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Daniela Di Martino
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Claudio Gotti
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Alberto Mariani
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Davide Napoletano