B027662 - FISICA II B

italiano

Magnetismo e Elettricità. Forza magnetiche: Forza di Lorentz, legge di Laplace. Momenti meccanici su circuiti. Effetto Hall. Legge di Ampere-Laplace e di Biot-Savart. Materiali magnetici. Leggi di Faraday e di Ampère-Maxwell. Eq di Maxwell, forma differenziale e integrale. Autoinduzione - Circuiti RL

Onde elettromagnetiche. Ottica geometrica: Leggi dell'ottica geometrica, Diottri e lenti sottili. Ottica ondulatoria: Interferenza fra 2 o più sorgenti - Reticolo di diffrazione.

Mazzoldi, Nigro, Voci - Elementi di fisica - Elettromagnetismo e Onde

Acquisire le conoscenze di campi elettrici e magnetici variabili nel tempo.

Fisica II A

Numero di ore relative alle attività in aula: 32
Numero di ore relative ad attività di esercitazione: 12
Numero di ore relative ad attività di laboratorio: 12

Esame orale e scritto e relazione di laboratorio

Magnetismo e Elettricità, forze magnetiche su cariche in movimento: su cariche libere e sui conduttori.
Forza di Lorentz: Moto di una carica in campo B uniforme e sua dipendenza dalla direzione. Accenni al moto di una carica in campo magnetico non-uniforme; effetti di confinamento magnetico. Principio di funzionamento dello spettrometro di massa.
Forza magnetica su un conduttore con corrente stazionaria: 2° legge di Laplace. Sua espressione in caso di campo B uniforme, filo rettilineo e circuiti piani. Esempio: calcolo delle forze su una spira semicircolare piana.
Momenti meccanici su circuiti: espressione generale. Calcolo per una spira piana in campo B uniforme. Definizione di Momento Magnetico e principio di equivalenza di Ampere, dipolo magnetico. Momento meccanico, potenziale e lavoro per un dipolo magnetico immerso in campo B. Accenni alle forze magnetiche sul dipolo magnetico con campo B non uniforme.
Esempio: calcolo della dinamica di un dipolo magnetico in campo B.
Effetti del campo B nei conduttori: Effetto Hall. Definizione del campo di Hall. moto dei portatori di carica e campo elettromotore.
Altri esempi sullo spettrometro di massa. Circuito percorso da corrente con un lato mobile immerso in campo B uniforme: velocità del lato in funzione del tempo. Corrente in una spira di momento magnetico noto immersa in un campo non ortogonale al piano della spira. Momento meccanico e angolo fra campo e momento magnetico.
Definizione delle sorgenti di campo B in condizione stazionarie. Prima legge di Laplace: sua espressione e significato vettoriale, introduzione della permeabilità magnetica. Legge di Ampere-Laplace per un circuito generico. Campo B generato da cariche in moto. Applicazione della legge di Ampere-Laplace per il calcolo di B generato da un filo rettilineo, derivazione della legge di Biot-Savart. Calcolo del campo B generato da una spira piana circolare, espressione sull'asse e nello spazio. Connessione con la definizione di dipolo magnetico. Solenoide rettilineo: calcolo del campo B interno secondo varie approssimazioni.
Forze tra circuiti: forze attrattive e repulsive tra fili rettilinei percorsi da corrente; definizione di intensità di corrente in Ampere.
Dimostrazione della legge di Ampere per la circuitazione del campo B, forma integrale e locale. Significato fisico delle constante dielettrica e permeabilità magnetica del vuoto, velocità della luce. Legge di Gauss per il campo B, flusso e divergenza del campo magnetico. Equazioni di Maxwell per l'elettromagnetismo statico-stazionario nel vuoto.
Materiali Magnetici; effetti di forza sui materiali e classificazione delle tipologie di materiale: diamagnetici, paramagnetici e ferromagnetici. Definizione della permeabilità magnetica relativa ed assoluta, della suscettività magnetica. Introduzione al vettore magnetizzazione M, al vettore H e loro relazione con il vettore B.
Forze su una spira circolare percorsa da corrente e posta in prossimità di un magnete. Spira di massa m vincolata a ruotare intorno ad un suo lato e immersa in campo uniforme B: corrente necessaria per avere una certa rotazione e raggiungere posizione di equilibrio, lavoro delle forze magnetiche durante la rotazione. Campo B nel centro del triangolo equilatero formato da 3 fili percorsi dalla stessa corrente, forza per unità di lunghezza su uno dei fili. Applicazioni della legge della circuitazione di Ampere.
Modelli microscopici di magnetizzazione: momenti magnetici orbitali e di spin e loro uso per il diamagnetismo e il paramagnetismo; modello dei domini di Weiss per il ferromagnetismo. Dipendenza dal campo H e dalla temperatura di M nei vari materiali, leggi di Curie; ciclo di isteresi nei ferromagneti. Correnti Amperiane e correnti di magnetizzazione: legge di Ampere nei materiali magnetici. Eq. di Maxwell per campi statici nei mezzi materiali e condizioni al contorno per i campi.
Esempi: calcolo del campo magnetico in un solenoide toroidale. Spira quadrata immersa nel campo generato da un filo indefinito percorso da corrente: forza agente sulla spira, lavoro compiuto per ottenere un certo spostamento della spira. Calcolo del campo generato da una sottile lastra metallica percorsa da corrente e momento meccanico agente su un piccolo magnete posto ad una certa distanza dalla lastra. Energia necessaria a far ruotare i dipoli atomici di un gas paramagnetico immerso in campo B uniforme e confronto con l'energia cinetica a temperatura ambiente. Solenoide percorso da corrente con sottile nucleo cilindrico di materiale ferromagnetico: campi nelle varie regioni dello spazio, magnetizzazione del nucleo. Filo percorso da corrente con guaina metallica cilindrica esterna: calcolo di H, B e M nelle varie regioni dello spazio.
Campi variabili nel Tempo: esperimenti sulle correnti indotte dal campo B in conduttori. Legge di Faraday e di Lenz; espressione integrale e locale della legge.
Anello toroidale di materiale ferromagnetico con un avvolgimento percorso da corrente: corrente necessaria per ottenere una certa magnetizzazione del materiale. Caso con 3 avvolgimenti di cui due percorsi da correnti alternate e l'altro aperto: massima ddp ai capi del terzo avvolgimento. Principio di funzionamento del motore elettrico. Spira quadrata ruotante attorno all'asse mediano immersa in campo di spira circolare di raggio molto maggiore del lato della spira quadrata: applicazione della legge di Felici
Correnti indotte e forza di Lorentz: calcolo delle f.e.m indotta su un circuito di forma variabile in campo B fisso e di forma fissa e campo B variabile nel tempo. Moto di un conduttore in presenza di attrito elettromagnetico. Carica totale per le correnti indotte: Leggi di Felici.
Fenomeno dell'autoinduzione: definizione della costante di induttanza L e della f.e.m indotta per effetti induttivi. Equazione per un circuito RL serie, calcolo della corrente per il regime stazionario e transiente, apertura e chiusura del circuito.
Spira quadrata ruotante attorno all'asse mediano immersa in campo di spira circolare di raggio molto maggiore del lato della spira quadrata: calcolo della frequenza angolare dalla conoscenza della potenza media dissipata. Momento delle forze esterne necessarie a mantenere la rotazione. Sbarretta conduttrice di massa m su guide metalliche inclinate collegate ad un generatore e immersa in campo B uniforme: valore della f.e.m per mantenere la sbarretta in equilibrio, velocità di regime se il generatore viene cortocircuitato e potenza dissipata. Ruota di Barlow.
Energia di campo magnetico: caso dei circuiti RL e definizione di densità di energia, anche in presenza di materiali magnetici.
Equazione di Ampere-Maxwell: inapplicabilità della legge di Ampere al caso di correnti variabili, esempio del circuito RC. Derivazione del termine di corrente di spostamento dalla legge di conservazione della carica, riformulazione del rotore di campo B e della sua circuitazione.
Equazioni di Maxwell complete, in forma integrale e locale.

Ottica: equazione delle onde, relazione di dispersione, indice di rifrazione e polarizzazione. Intensità media del campo elettro-magnetico. Sovrapposizione di onde luminose e interferenza fra due o più sorgenti. Studio del profilo di intensità dato dall'interferenza di N sorgenti coerenti. Principio di Huygens Fresnel e funzionamento di un reticolo di diffrazione: dispersione angolare, potere risolvente e free-spectral-range. Misura dello spettro di una sorgente con uno spettrometro a reticolo di diffrazione. Ottica geometrica - Principio di Fermat e leggi dell'ottica geometrica: propagazione in un mezzo uniforme, riflessione e rifrazione. Legge di Snell e condizione per la riflessione totale. Diottro sferico: formazione dell'immagine. Lenti sottili: equazione dei costruttori di lenti, fuoco primario e fuoco secondario. Costruzione geometrica dell'immagine formata da una lente sottile. Ingrandimento. Sistema di due lenti accoppiate.