Nicola Cavallo  

 

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Fisica Sperimentale II

A.A. 2000-2001

per il Corso di Laurea in Scienze Geologiche

Programma del Corso di Fisica Sperimentale II

Facoltà di Scienze MM. FF. NN. - Corso di Laurea in Scienze Geologiche
Anno Accademico 2000-2001
Docente: Prof. Nicola Cavallo
Tipo: Corso fondamentale per entrambe gli indirizzi del Corso di laurea
Impegno [ore]: lezione: 70, esercitazione: 30

Scopo del Corso

Il corso si propone di fornire agli studenti i fondamenti della teoria dell'elettrostatica, del magnetismo e dell'ottica. Nell'ambito della prima parte prendendo come riferimento l'evoluzione storica si deducono le leggi fondamentali di Coulomb e di Gauss. In seguito si affrontano gli argomenti fondamentali del magnetismo descrivendo le leggi di Biot e Savart e di Ampere e si converge così alla formulazione e alla discussione delle leggi di Maxwell.

Nell'ambito della terza parte, si affronta l'argomento dell'ottica trattando sia gli aspetti classici (ottica geometrica) che quelli ondulatori (ottica interferenziale e diffrattiva. Si conclude il corso con una panoramica sulle applicazioni strumentali.

Prerequisiti

Per poter agevolmente seguire il corso si richiede una conoscenza dei principali concetti dell'Analisi Matematica I, dell'analisi Matematica II e una adeguata conoscenza dell'intero programma di Fisica Sperimentale I.

Propedeuticità

Fisica Sperimentale I é propedeutico a Fisica Sperimentale II

Programma del Corso

Parte I: Elettricità
La legge di Coulomb e il campo elettrico: carica elettrica e materia. Isolanti e conduttori. Legge di Coulomb. Campo elettrico. Calcolo del campo elettrico. Linee di forza del campo elettrico. Particella carica in un campo elettrico uniforme.
La legge di Gauss: Concetto di flusso. Legge di Gauss. Deduzione della legge di Gauss dalla legge di Coulomb. Uso della legge di Gauss per la determinazione di E. Proprietà elettrostatiche di un conduttore.
Il potenziale elettrico: Energia potenziale elettrica. Potenziale elettrico. Differenza di potenziale. Relazione tra campo e potenziale elettrico. Superfici equipotenziali. Proprietà elettrostatiche di un conduttore.
Capacità e dielettrici: Condensatori e capacità. Condensatori in serie e parallelo. Energia elettrostatica. Proprietà elettrostatiche dei dielettrici. Descrizione molecolare dei dielettrici.
Corrente e resistenza: Flusso della carica. Resistenza e legge di Ohm. Modello di Drude per i metalli. Conduzione nei semiconduttori. Resistenze in serie e parallelo. Amperometri e voltmetri.
Circuiti in corrente continua: Forza elettromotrice e resistenza interna di una batteria. Energia elettrica e potenza. Leggi di Kirchhoff. Circuiti RC

Parte II: Magnetismo
Il campo magnetico: Campo magnetico. Forza agente su un conduttore percorso da corrente. Momento agente su una spira percorsa da corrente. Moto delle cariche elettriche in presenza di E e B.
Campo magnetico e correnti: Legge di Biot e Savart. Legge di Ampere. Applicazioni della legge di Ampere. Forza agente tra conduttori percorsi da corrente. Flusso magnetico e legge di Gauss per i campi magnetici. Corrente di spostamento e modifica della legge di Ampere.
L'induzione elettromagnetica: Legge di induzione elettromagnetica. Forza elettromotrice di movimento. Generatori e alternatori. Campi elettrici indotti.
Autoinduzione e mutua induzione: Forza elettromotrice autoindotta e induttanza. Circuiti LR. Energia nei circuiti LR. Mutua induttanza. Trasformatori.
Campi magnetici nella materia: Correnti atomiche e magnetizzazione. Diamagnetismo, paramagnetismo e ferromagnetismo. Intensità del campo magnetico. Campo magnetico terrestre.
Circuiti in corrente alternata: Oscillazioni nei circuiti LC. Circuiti RLC serie. Circuiti puramente resistivi, capacitivi e induttivi. Circuiti RLC serie con forza elettromotrice alternata. Potenze in un circuiti RLC con forza elettromotrice alternata.
Le equazioni di Maxwell e le onde elettromagnetiche: Equazioni di Maxwell. Equazione d'onda per E e B. Onde elettromagnetiche. Intensità delle onde elettromagnetiche. Pressione di radiazione. Emissione di onde elettromagnetiche. Spettro elettromagnetico.

Parte III: Ottica
Ottica geometrica: Ottica geometrica. Formazione delle immagini per riflessione e rifrazione. Lenti e strumenti ottici.
Interferenza: L'esperimento della doppia fenditura di Young. Distribuzione di intensità nella figura di interferenza della doppia fenditura. Reticoli e spettri. Raggi X e reticoli cristallini. Interferenza prodotta da pellicole sottili. L'interferenza di Michelson.
Diffrazione e polarizzazione: Diffrazione. La figura di diffrazione prodotta da una singola fenditura. La distribuzione di intensità nelle figure di diffrazione. Limite di risoluzione. Polarizzazione. Misura della polarizzazione. Metodi per polarizzare la luce.

Esercitazioni

Il corso di Fisica Sperimentale II é corredato, da una serie di esercitazioni in aula, per un totale di non meno di 30 ore, impegnando 2 ore settimanali integrate nella parte di lezioni teoriche. Esse vertono sulla risoluzione di problemi di elettromagnetismo e ottica.

Frequenza al corso

La frequenza al corso non é obbligatoria ma é di importanza essenziale sia per l'apprendimento dei concetti fondamentali della teoria che per acquisire la necessaria manualità nella risoluzione degli esercizi.

Esame

L'esame consta (a) di una prova scritta, riguardante la risoluzione di problemi inerenti gli argomenti di elettromagnetismo e ottica trattati nel corso delle lezioni, e (b) una verifica, mediante prova orale, delle conoscenze teoriche del programma

Testi consigliati

Il libro di testo che verrà seguito per la maggior parte degli argomenti del corso delle lezioni é:

W.E Gettys, F.J.Keller e M.J.Skove, Fisica classica e moderna, vol. II, McGraw-Hill

Lo studente può anche avvalersi di uno dei seguenti testi di supporto (non necessari ma indubbiamente utili per la preparazione individuale):

Elettricità e magnetismo

M.Alonso e E.J. Finn, Fisica II, Masson

D.Halliday e R.Resnick, Fisica Generale II, Ambrosiana

P.Mazzoldi, M.Nigro e C.Voci, Fisica II, EdiSES

C.Mencuccini e V.Silvestrini, Fisica II, Zanichelli

Ottica

Meyer Arendt, Introduzione all'ottica moderna e classica, Zanichelli

Complementi di matematica

M.Spiegel, Analisi Vettoriale, ETAS Libri Milano

Ricevimento degli studenti

Mercoledì, ore 14:00-16:00 (Macchia Romana 1° piano, stanza n.94b)