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

Conoscenza delle leggi fondamentali della fisica (cinematica, principi della dinamica, concetto di energia); Conoscenza degli strumenti matematici di base (algebra vettoriale; derivate ed integrali; equazioni differenziali) e loro estensione in tre dimensioni (integrali di superficie e di volume, derivate parziali). 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

Sono previste due prove, una scritta ed una orale, da svolgersi all'interno dello stesso anno accademico, non necessariamente all'interno della stessa sessione di esame. Entrambe le prove sono a risposta aperta. La prova scritta serve a valutare la capacità dello/a studente/ssa di risolvere problemi relativi agli argomenti trattati durante il corso; la prova orale serve a valutare il livello di comprensione di concetti e procedure che sono alla base del modo in cui vengono modellizzati i fenomeni fisici affrontati durante il corso. Sono anche previste prove in itinere (parzialmente a risposta chiusa, parzialmente a risposta aperta) che forniscono un punteggio che si somma alla valutazione della prova scritta. Scopo di queste prove è di valutare il grado di comprensione durante lo svolgimento del corso. Il voto finale corrisponde alla media aritmetica fra voto della prova scritta (aumentato del voto ottenuto nelle prove in itinere) e della prova orale. Ulteriori informazioni sono disponibili sul sito del corso: https://sites.google.com/uniroma1.it/fisica2-sarti/home

Lezioni frontali in presenza con esercitazioni