Insegnamento FISICA GENERALE 2

Nome del corso di laurea	Ingegneria industriale
Codice insegnamento	70081206
Curriculum	Comune a tutti i curricula
Docente responsabile	Francesco Bonacci
Docenti	Francesco Bonacci
Ore	54 Ore - Francesco Bonacci
CFU	6
Regolamento	Coorte 2024
Erogato	Erogato nel 2024/25
Erogato altro regolamento
Attività	Base
Ambito	Fisica e chimica
Settore	FIS/01
Anno	1
Periodo	Secondo Semestre
Tipo insegnamento	Obbligatorio (Required)
Tipo attività	Attività formativa monodisciplinare
Lingua insegnamento	Italiano
Contenuti	Introduzione all'elettromagnetismo. 1. Proprietà elettriche e magnetiche dei materiali 2. Elettrostatica e magnetostatica 3. Campi elettrici e magnetici variabili nel tempo 4. Circuiti elettrici 5. Equazioni di Maxwell ed introduzione alle onde elettromagnetiche
Testi di riferimento	P. Mazzoldi, M. Nigro, C. Voci - Elementi di fisica - Elettromagnetismo e Onde - P. Mazzoldi, M. Nigro, C. Voci Fisica per scienze e ingegneria vol.2 di Raymond A. Serway, John W. Jewett
Obiettivi formativi	L'obiettivo del corso è quello di fornire allo studente la capacità di analizzare e comprendere i principali fenomeni fisici legati alle proprietà elettriche e magnetiche della materia.
Prerequisiti	Gli argomenti trattati nel corso richiedono la conoscenza di strumenti e concetti matematici di base come i numeri complessi, l’integrazione e derivazione di funzioni e sviluppo di semplici calcoli differenziali, calcolo vettoriale.
Metodi didattici	II corso prevede sie lezioni frontali in aula che esercitazioni volte alla verifica e allo sviluppo della comprensione degli argomenti trattati.
Altre informazioni	Ulteriori informazioni disponibili sulla pagina Unistudium del corso (www.unistudium.unipg.it)
Modalità di verifica dell'apprendimento	L'esame consisterà in una prova scritta comprendente esercizi pratici e domande di carattere teorico.
Programma esteso	1. Introduzione. Le quattro forze fondamentali in natura. Introduzione all'elettromagnetismo, cenni storici. Struttura elettrica della materia. Il principio di conservazione della carica elettrica. Proprietà elettriche dei materiali. 2. Campi elettrici. Legge di Coulomb. Classificazione dei materiali per proprietà elettriche: isolanti, conduttori. Induzione elettrostatica. Il campo elettrico generato da una carica puntiforme. Campo elettrico di N cariche puntiformi, principio di sovrapposizione. Campo elettrico da una distribuzione di carica. Rappresentazioni grafiche del campo, linee di forza. Campo generato da un filo, da un anello e da un disco carico. 3. Lavoro della forza elettrica ed energia potenziale elettrostatica. Potenziale elettrico. Energia potenziale e potenziale dovuto a una carica puntiforme e ad un insieme discreto di cariche puntiformi. Differenza di potenziale. Il potenziale elettrico in un campo uniforme. Conservazione dell’energia meccanica. Moto di una particella in un campo elettrico. Calcolo del campo elettrico dato il potenziale. Dipolo elettrico. Superfici equipotenziali. Momento su un dipolo elettrico. 4. Legge di Gauss. Flusso del campo elettrico. Superfici Gaussiane. Teorema di Gauss. La legge di Gauss e la legge di Coulomb. Applicazioni della legge di Gauss per distribuzioni simmetriche di cariche. Conduttori in equilibrio. Teorema di Coulomb. Conduttore carico isolato. Conduttore cavo: schermo elettrostatico. Potere disperdente delle punte. 5. Condensatori. Capacità di un condensatore. Condensatore a facce piane, condensatore cilindrico, condensatore sferico. Condensatori in serie e parallelo. Energia immagazzinata in un condensatore. Densità di energia del campo elettrico. 6. Dielettrici. Condensatore in presenza di dielettrico. Costante dielettrica. Capacità in presenza di dielettrico. Rigidità dielettrica. Polarizzazione per orientamento. 7. Corrente elettrica e resistenza. Definizione di corrente elettrica. Aspetto microscopico di corrente in un conduttore. Velocità di deriva e densità di corrente. Resistenza elettrica e resistività. Prima e seconda legge di Ohm. Lavoro e potenza elettrica. L'effetto Joule. Cenni ai materiali superconduttori. 8. I circuiti elettrici. Generatori ideali e reali. Resistori in serie e in parallelo. Partitori di corrente e tensione. Definizione di rami, nodi e maglie. Metodi di risoluzione dei circuiti elettrici. Prima e seconda legge di Kirchhoff. Applicazioni delle leggi di Kirchhoff. Carica e scarica di un condensatore. 9. Proprietà magnetiche della materia. Poli magnetici. Il campo magnetico. Sorgenti di campo magnetico. Campo magnetico terrestre. Linee di campo magnetico. La forza di Lorentz. Moto di una particella carica in un campo magnetico: velocità perpendicolare e obliqua rispetto al campo magnetico. Moto elicoidale. Campi elettrici e magnetici incrociati. Selettore di velocità. Esperimento di Thomson e misura del rapporto massa su carica. L'effetto Hall. 10. Forza magnetica su conduttori percorsi da corrente. Legge di Laplace. Spira percorsa da corrente in un campo magnetico. Momento di dipolo magnetico. Momento torcente ed energia di un dipolo magnetico in un campo. Il motore elettrico. Principio di equivalenza di Ampère. 11. Sorgenti di campi magnetici. Campi magnetici generati da correnti. La legge di Biot-Savart. Campo magnetico generato da un filo rettilineo infinito. Campo magnetico generato da un arco percorso da corrente. Campo sull'asse di una spira circolare. Campo magnetico generato da un solenoide. Forza esercitata da due fili rettilinei percorsi sa corrente. 12. Legge di circuitazione di Ampère. Campo magnetico all'esterno e all'interno di un filo percorso da corrente. Campo magnetico all'interno di un solenoide e di una toroide. 13. Proprietà magnetiche della materia. Modello classico a spira dei dipoli magnetici nella materia. Momento magnetico orbitale e di spin dell'elettrone. Magnetone di Bohr. Classificazione dei materiali: diamagnetismo, paramagnetismo, ferromagnetismo. Permeabilità e suscettività magnetiche. Campo magnetizzante e magnetizzazione. Ciclo di isteresi per i materiali ferromagnetici. 14. Induzione elettromagnetica. Legge di Faraday-Neumann, legge di Lenz. Esperimenti di induzione, spira in movimento in un campo magnetico fisso. Calcolo della forza generata in opposizione al movimento, calcolo della potenza generata e della potenza termica dissipata su carico resistivo. Campo elettrico indotto. Origine del campo elettrico indotto. Legge generalizzata di circuitazione di Faraday. Induttori e induttanze. Definizione di induttanza. Induttanza in un solenoide. Induzione mutua. Risoluzione del circuito RL. Energia magnetica immagazzinata in un induttore. Densità di energia magnetica 15. Circuiti in corrente alternata. Generatori di tensione alternata. Resistori, condensatori e induttori in corrente alternata. Fasori. Circuiti RLC in serie e risonanza. 16. Equazioni di Maxwell. Corrente di spostamento. Equazioni di Maxwell. Equazioni di Maxwell in assenza di cariche libere e correnti di conduzione. 17. Accenni ai fenomeni ondulatori. Onde piane armoniche. Onde piane trasversali e longitudinali. Sovrapposizione ed interferenza tra onde. Onde stazionarie. Onde elettromagnetiche. Energia trasportata da un’onda elettromagnetica. Spettro elettromagnetico.