Ingegneria per l'Ambiente e il Territorio

1. Campi elettrici e magnetici nel vuoto Carica elettrica, fenomenologia e legge di Coulomb. Concetto di campo elettrico. Calcolo di E per configurazioni semplici. Forza elettrica agente su cariche e dipoli. Flusso del campo elettrico attraverso una superficie chiusa. Teorema (o legge) di Gauss (prima equazione di Maxwell) e sua forma locale. Calcolo del campo elettrico in configurazioni notevoli. Energia potenziale, potenziale elettrico. Terza equazione di Maxwell in forma integrale e locale. Capacità di un conduttore isolato e di due conduttori in induzione completa. Densità di energia associata ad un campo elettrico. Corrente continua i e densità di corrente J. Equazione di conservazione della carica. Resistenza e resistività. Legge di Ohm. Forza fra fili percorsi da corrente. Forza di Lorentz su una carica in moto e definizione di campo magnetico. Campo generato da un filo percorso da corrente (legge di Biot- Savart). Legge di Laplace e di Ampère- Laplace. Flusso di B attraverso una superficie (seconda equazione di Maxwell) e divergenza di B. Circuitazione di B (legge di Ampère) e quarta equazione di Maxwell in forma integrale e locale. Uso delle simmetrie per il calcolo del campo magnetico (filo, toroide e solenoide). Forze su una carica in moto, su un filo percorso da corrente e momento delle forze su una spira percorsa da corrente (motore elettrico). Forza elettromotrice indotta in una spira che si muove in un campo magnetico statico. Corrente di spostamento e modifica della quarta equazione di Maxwell in presenza di campi elettrici variabili nel tempo. Induzione elettromagnetica. Legge di Faraday e legge di Lenz. Modifica della terza equazione di Maxwell in presenza di un campo magnetico variabile. Correnti indotte. Autoinduzione e mutua induzione. Induttanza. Densità di energia associata ad un campo magnetico. Equazioni di Maxwell e onde elettromagnetiche. Onde piane e onde sferiche, vettore di Poynting. Principio di Huygens-Fresnel. Interferenza da doppia fenditura e da reticolo di diffrazione. Definizione ed uso del concetto di fasore. Diffrazione di Fraunhofer da singola fenditura. Diffrazione da reticolo con fenditure di larghezza non trascurabile. 2. Circuiti e dispositivi elettrici Condensatori e resistenze. Collegamento in serie ed in parallelo. Effetto Joule. Forza elettromotrice. Leggi di Kirchoff. Trasformazione triangolo-stella. Regimi transitori nei circuiti RC ed RL. Alternatore. Leggi generali per lo studio di circuiti in corrente alternata. Concetto di impedenza. Calcolo delle correnti e delle impedenze con il metodo dei fasori. Generalizzazione del concetto di collegamento in serie o in parallelo. Aspetti energetici del passaggio di corrente alternata nei circuiti, grandezze efficaci. Esempi di dispositivi funzionanti con corrente elettrica: motore elettrico, alternatore e trasformatore. 3. Campi elettromagnetici nella materia Materiali conduttori ed isolanti. Conseguenze del teorema di Gauss per materiali conduttori: gabbia di Faraday e parafulmine. Resistività di un conduttore dal punto di vista microscopico. Teoria di Drude per la conduzione nei metalli. Resistenza di fili non omogenei. Costante dielettrica. Cenni di teoria microscopica per la polarizzazione dei dielettrici (polarizzazione per deformazione o per orientamento). Campi P, E e D, suscettività e costante dielettrica relativa. Equazioni di Maxwell per i campi E e D. Capacità di condensatori riempiti totalmente o parzialmente di dielettrico. Campi magnetici in presenza di materia: classificazione dei materiali (diamagneti, paramagneti, ferromagneti) e cause microscopiche della differenza fra i vari tipi di materiale. Campi M, B ed H, suscettività e permeabilità magnetica per materiali dia- e paramagnetici. Ciclo di isteresi per materiali ferromagnetici. Relazioni fra campi all’ interfaccia fra mezzi diversi: equazioni di continuità all'interfaccia per i campi E, D, H e B. Onde elettromagnetiche nella materia (materiali debolmente magnetici). Oscillatore forzato e conseguenze sulla permittività dielettrica (dipendenza dalla frequenza e natura complessa). Indice di rifrazione. Significato della parte reale ed immaginaria dell’indice di rifrazione. Assorbimento delle onde elettromagnetiche e onde smorzate. Onde in presenza di discontinuità. Caso di incidenza normale. Leggi di Snell per la riflessione e rifrazione nel passaggio fra mezzi con indice di rifrazione diverso. Equazione delle lenti sottili. Polarizzazione della radiazione ed angolo di Brewster. Lamine sottili e strati antiriflettenti. Ulteriori informazioni sono disponibili sul sito del corso: https://sites.google.com/uniroma1.it/fisica2-sarti/home

Per affrontare efficacemente il corso di Fisica 2 e raggiungere i risultati di apprendimento attesi, gli studenti devono possedere le seguenti conoscenze e competenze preliminari: - Prerequisiti di Matematica: Analisi matematica: calcolo differenziale e integrale in una e più variabili, derivate parziali e gradiente di funzioni scalari, integrali di linea, superficie e volume, equazioni differenziali ordinarie del primo e secondo ordine Algebra lineare e geometria: calcolo vettoriale (prodotto scalare, vettoriale, misto), operazioni con vettori in coordinate cartesiane Analisi complessa (elementi base): numeri complessi e rappresentazione in forma esponenziale, operazioni algebriche con numeri complessi - Prerequisiti di Fisica (Meccanica classica, Fisica 1): cinematica e dinamica del punto materiale e dei sistemi, principi di conservazione dell’energia e concetto di energia potenziale, moti oscillatori - Competenze Metodologiche Risoluzione di problemi: capacità di impostare e risolvere problemi fisici quantitativi, abilità nell'utilizzo delle unità di misura e analisi dimensionale Rappresentazione grafica: interpretazione e costruzione di grafici di funzioni, rappresentazione vettoriale di grandezze fisiche Conoscenze di Base Raccomandate Elementi di chimica: struttura atomica e proprietà degli elementi, legami chimici e struttura della materia E' necessario aver seguito i corsi di Fisica 1, Geometria, Analisi 1 ed analisi 2.

P. Mazzoldi - M. Nigro - C. Voci Elementi di Fisica Vol. 2 - Elettromagnetismo e Onde casa editrice EDISeS oppure S. Focardi, I. Massa, A. Uguzzoni FISICA GENERALE - Elettromagnetismo FISICA GENERALE - Onde e Ottica Casa Editrice Ambrosiana Ulteriore materiale e informazioni in generale sono disponibili sul sito del corso: https://sites.google.com/uniroma1.it/fisica2-sarti/home

In presenza

Struttura della Valutazione Prova scritta: Risoluzione di problemi numerici sui principali argomenti del programma (esercizi di calcolo di campi elettrici per configurazioni geometriche specifiche, analisi del moto di oggetti in presenza di campi magnetici, analisi quantitativa di circuiti in corrente continua e alternata, problemi di ottica geometrica e fisica (riflessione, rifrazione, interferenza, diffrazione) Durata: 4 ore Valutazione: fino a 30 punti Prova orale: Discussione degli argomenti teorici fondamentali del corso, con verifica delle capacità di connettere argomenti di diverse sezioni del corso e della capacità acquisita di esprimersi in un linguaggio scientificamente corretto Durata: 15 minuti di dicussione e 60 minuti di scrittura per studente Valutazione: fino a 30 punti Valutazione delle attività di gruppo: Gli argomenti sviluppati durante il lavoro di gruppo saranno valutati sulla base di qualità dell'approfondimento, capacità di sintesi e chiarezza espositiva, contributo alla discussione in classe e partecipazione attiva Valutazione: fino a 12 punti Criteri di Valutazione Conoscenza e comprensione (40%): Padronanza dei concetti teorici fondamentali Comprensione delle leggi fisiche e loro interconnessioni Conoscenza delle proprietà dei materiali e dei dispositivi elettrotecnici Capacità applicative (40%): Abilità nella risoluzione di problemi quantitativi Corretto utilizzo di metodi matematici e fisici Capacità di scegliere l'approccio risolutivo più appropriato Abilità comunicative e autonomia di giudizio (20%): Chiarezza espositiva e uso corretto del linguaggio scientifico Capacità di argomentazione critica Qualità del lavoro di gruppo e delle presentazioni Criteri di Sufficienza Per il superamento dell'esame è richiesto: Voto minimo di 15/30 in ciascuna prova (scritta e orale) Dimostrazione di una comprensione sufficiente dei principi fisici fondamentali Capacità di risolvere problemi di base su tutti gli argomenti principali del programma Partecipazione attiva alle attività didattiche e completamento del lavoro di gruppo Voto finale: Media ponderata di prova scritta ed orale, a cui viene aggiunto il voto delle attività di gruppo. Ulteriori informazioni sono disponibili sul sito del corso: https://sites.google.com/uniroma1.it/fisica2-sarti/home

Il corso di Fisica 2 adotta un approccio didattico integrato che combina lezioni frontali, discussioni partecipative e attività collaborative: - Lezioni frontali e materiale didattico Le lezioni si basano su materiale didattico strutturato messo a disposizione degli studenti, comprensivo di: Slide di presentazione degli argomenti teorici Documenti di approfondimento per lo studio autonomo e l'analisi critica dei contenuti Materiale integrativo per l'approfondimento di aspetti specifici - Discussioni in classe Una parte significativa del tempo di lezione è dedicata alla discussione partecipativa del materiale didattico, con l'obiettivo di: Stimolare il confronto critico sui contenuti teorici Favorire l'elaborazione attiva delle conoscenze da parte degli studenti Chiarire aspetti complessi attraverso il dialogo docente-studenti Collegare i principi teorici alle applicazioni pratiche e tecnologiche - Attività di gruppo Gli studenti vengono organizzati in gruppi di lavoro per lo sviluppo di argomenti specifici del programma. Questa metodologia consente di: Promuovere l'apprendimento collaborativo e il confronto tra pari Sviluppare competenze di ricerca, analisi e sintesi Favorire l'autonomia di studio e la capacità di approfondimento Stimolare le abilità comunicative attraverso la presentazione dei risultati del lavoro di gruppo Incoraggiare la discussione critica e il problem-solving collaborativo L'alternanza tra lezioni frontali, discussioni guidate e lavori di gruppo è pensata al fine di: Consolidare le basi teoriche attraverso spiegazioni strutturate Sviluppare capacità di analisi critica mediante la discussione partecipativa Applicare le conoscenze acquisite attraverso l'elaborazione autonoma di contenuti specifici Favorire un apprendimento attivo e consapevole che prepara gli studenti alle sfide professionali dell'ingegneria