Ingegneria Energetica

Introduzione e operatori (4h) Sistemi di coordinate di uso frequente. Coordinate cartesiane. Coordinate polari sferiche. Coordinate cilindriche. Gradiente di un campo scalare. Rotore di un campo vettoriale. Divergenza di un campo vettoriale. Campi solenoidali. Laplaciano di un campo scalare. Potenziale vettore del campo magnetico. Equazione dei potenziali vettore e scalare. Potenziale vettore del campo magnetico Forza elettrostatica. Campo elettrostatico (6h) Cariche elettriche. Isolanti e conduttori. Elettroscopio a foglie. Struttura elettrica della materia. Induzione elettrostatica. Misura delle cariche elettriche. Legge di Coulomb. Forma vettoriale della legge di Coulomb. Campo elettrostatico. Campo elettrostatico prodotto da una distribuzione continua di cariche. Linee di forza del campo elettrostatico. Lavoro elettrico. Potenziale elettrostatico (6h) Lavoro della forza elettrica. Tensione, potenziale. Calcolo del potenziale elettrostatico. Energia potenziale elettrostatica- Moto di una carica nel campo elettrostatico. Conservazione dell’energia, Campo elettrostatico come gradiente del potenziale elettrostatico. Superfici equipotenziali. Rotore di un campo vettoriale. Teorema di Stokes. Applicazione al campo elettrostatico, Dipolo elettrico. Potenziale di un sistema di cariche nell’approssimazione di dipolo. Forza su un dipolo elettrico. Dipolo elettrico in campo elettrico non uniforme. Interazione tra dipoli. Legge di Gauss: (6h) Flusso del campo elettrostatico. Legge di Gauss. Dimostrazione della legge di Gauss. Alcune applicazioni e conseguenze della legge di Gauss. Campo elettrostatico nell’intorno di uno strato superficiale di carica. Legge di Gauss in forma differenziale. Divergenza di un campo vettoriale. Campi vettoriali solenoidali. Equazioni di Maxwell per l’elettrostatica. Equazioni di Poisson e Laplace. Conduttori. Energia elettrostatica (6h) Conduttori in equilibrio. Capacità di un conduttore isolato. Conduttore cavo. Schermo elettrostatico. Conduttori cavi con all’interno cariche elettriche. Sistema di conduttori. Condensatori. Collegamento di condensatori. Condensatori in parallelo. Condensatori in serie. Energia del campo elettrostatico. Energia potenziale elettrostatica di un sistema di cariche. Forza tra le armature di un condensatore. Pressione elettrostatica. Metodo delle cariche immagini Dielettrici (6h) Costante dielettrica. Polarizzazione dei dielettrici. Campo elettrostatico prodotto da un dielettrico polarizzato. Campo elettrostatico all’interno di un dielettrico polarizzato. Equazioni generali dell’elettrostatica in presenza di dielettrici. Vettore induzione dielettrica. Dipendenza della polarizzazione dal campo elettrostatico. Dielettrici isotropi e anisotropi. Discontinuità dei campi sulla superficie di separazione tra due dielettrici. Definizione operativa del campo elettrostatico e dell’induzione dielettrica. Campi elettrostatici all’interno di cavità in un dielettrico polarizzato. Energia elettrostatica nei dielettrici Corrente elettrica (6h) Conduzione elettrica. Corrente elettrica. Legge di conservazione della carica. Regime di corrente stazionario. Modello classico della conduzione elettrica. Legge di Ohm. Legge di Ohm per i conduttori metallici. Resistenza elettrica. Effetto Joule. Effetti termici. Potenza. Effetto Joule. Materiali superconduttori. Resistori in serie e in parallelo. Resistori in serie. Resistori in parallelo. Forza elettromotrice. Campo elettromotore di un generatore. Carica e scarica di un condensatore attraverso un resistore. Carica di un condensatore. Scarica di un condensatore. Leggi di Kirchhoff per le reti elettriche. Calcolo della resistenza di conduttori tridimensionali Campo magnetico. Forza magnetica (6h) Primi fatti sperimentali sull’interazione magnetica. Elettricità e magnetismo. Linee del campo magnetico. Legge di Gauss per il campo magnetico. Campo elettrostatico e campo magnetico. Forza magnetica su una carica in moto. Moto di una particella carica in campo magnetico. Moto in un campo magnetico uniforme. Moto in un campo magnetico uniforme. Forza magnetica su un conduttore percorso da corrente Momenti meccanici su circuiti piani. Principio di equivalenza di ampere. Espressioni di forza, momento e lavoro tramite il flusso magnetico. Effetto Hall. Esempi di moti di particelle cariche in campo magnetico uniforme. Spettrometri di massa. Selettore di velocità. Spettrometro di Brainbridge. Ciclotrone Sorgenti del campo magnetico. Legge di Ampere (6h) Campo magnetico prodotto da una corrente. Campo magnetico prodotto da una carica in moto. Calcoli di campi magnetici prodotti da circuiti particolari. Filo rettilineo indefinito. Legge di Biot-Savart. Spira circolare. Interazione mutua dipolo magnetico-dipolo magnetico. Solenoide rettilineo. Azioni elettrodinamiche tra circuiti percorsi da corrente. Legge di ampere. Proprietà del campo magnetostatico nel vuoto. Discontinuità del campo magnetico. Relatività dei campi elettrici e magnetici Proprietà magnetiche della materia (6h) Osservazioni sperimentali. Magnetizzazione della materia. Permeabilità magnetica e suscettività magnetica. Sostanze diamagnetiche. Sostanze paramagnetiche. Sostanze ferromagnetiche. Correnti amperiane e magnetizzazione. Equazioni generali della magnetostatica. Il campo H. Sostanze ferromagnetiche. Ciclo d’isteresi. Discontinuità dei campi sulla superficie di separazione tra due mezzi magnetizzati. Campi all’interno di una cavità. Confronto tra le leggi dell’elettrostatica e della magnetostatica in mezzi omogenei indefiniti. Mezzi lineari omogenei. Circuiti magnetici. Elettromagneti. Magneti permanenti. Campi elettrici e magnetici variabili nel tempo (6h) Introduzione. Forza elettromotrice di un campo elettrico. Flusso del campo magnetico. Legge di Faraday dell’induzione elettromagnetica. Legge di Lenz. Origine fisica della forza elettromotrice indotta. Moto traslatori odi un conduttore in un campo magnetico. Campi elettrici indotti da variazioni temporali di campo magnetico. Applicazioni della legge di Faraday. Attrito elettromagnetico. Generatori. Generatore di corrente sinusoidale. Correnti di Foucault. Legge di Felici. Misure di campo magnetico. Autoinduzione. Energia magnetica. Energia magnetica in presenza di materiali magnetici. Induzione mutua. Energia magnetica di circuiti accoppiati. Corrente di spostamento. Legge di Ampere-Maxwell. Equazioni di Maxwell Oscillazioni elettriche. Correnti alternate (6h) Oscillazioni smorzate in un circuito RLC. Circuito LC in serie. Circuito RLC in serie. Oscillazioni permanenti in un circuito RLC. Risonanza. Circuito in corrente alternata. Impedenza. Resistore R. Induttore L. Condensatore C. Collegamento in serie. Serie RL. Serie RC. Serie RC. Serie RLC. Impedenza. Elementi in parallelo. Ammettenza. Trasformatore ideale Onde elettromagnetiche (6h) Onde elettromagnetiche piane. Pacchetti d’onde. Propagazione di un’onda elettromagnetica in un dielettrico trasparente. Polarizzazione delle onde elettromagnetiche piane. Energia di un’onda elettromagnetica piana. Vettore di Poynting. Quantità di moto di un’onda elettromagnetica piana. Pressione di radiazione. Onde elettromagnetiche piane, sferiche, cilindriche. Radiazione elettromagnetica prodotta da un dipolo elettrico oscillante. Dipolo magnetico oscillante. Cenni sull’irraggiamento di una carica accelerata. Radiazione degli atomi. Diffusione della luce. Diffusione della luce. Spettro delle onde elettromagnetiche Riflessione e rifrazione della luce (4h) Introduzione. Teorema di Kirchhoff. Principio di Huygens-Fresnel (solo formulazione). Leggi della riflessione e della rifrazione. Riflessione e rifrazione della luce. Intensità delle onde elettromagnetiche riflesse e rifratte. Formule di Fresnel. Intensità riflessa e rifratta per onde polarizzate nel piano di incidenza (impostazione). Intensità riflessa e rifratta per onde polarizzate ortogonalmente al piano di incidenza (impostazione). Incidenza normale alla superficie di separazione (impostazione). Intensità riflessa e rifratta. Caso generale (accenni). Angolo di Brewster. Polarizzazione per riflessione Ottica geometrica (4h) Leggi della riflessione e della trasmissione. Definizioni e convenzioni. Specchi. Specchio sferico convesso. Specchio piano. Ingrandimento longitudinale degli specchi. Diottri. Diottro piano. Lenti. Enti semplici sottili. Ingrandimento longitudinale di una lente. Principio di Fermat Interferenza (4h) Somma di onde. Fenomeni di interferenza. Sorgenti coerenti e incoerenti. Metodo dei vettori rotanti, fasori. Interferenza prodotta da due sorgenti di onde sferiche. Interferenza da sorgenti incoerenti. Interferenza di due onde luminose. Esperimento di Young. Esperimento di Young. Interferenza prodotta da N sorgenti di onde coerenti. Interferenza della luce su lamine sottili (ACCENNI) Diffrazione (2h) Fenomeni di diffrazione di Fraunhofer e di Fresnel. Diffrazione di Fresnel. Diffrazione di Fraunhofer. Diffrazione da una fenditura rettilinea. Diffrazione da un foro circolare e da parte di un disco opaco (ACCENNI). Reticolo di diffrazione

Utile: Equazioni differenziali Importante: Calcolo vettoriale Indispensabile: Conoscenze basilari di analisi matematica, derivate, integrali, studio di funzioni, geometria, trigonometria Corso di Fisica 1, in particolare la meccanica

“Fisica, Elettromagnetismo e onde" di P.Mazzoldi, M.Nigro, C.Voci, EdiSes, III edizione

Le lezioni includeranno didattica frontale ed esercitazioni. La didattica frontale permetterà di acquisire le conoscenze di metodologia scientifica e i concetti ed il formalismo dell'elettromagnetismo, onde e ottica. Le esercitazioni permettono di applicare i concetti appresi alla risoluzione di semplici problemi di elettromagnetismo, onde e ottica.

Frequenza non obbligatoria ma fortemente consigliata

Prova scritta obbligatoria, prova orale facoltativa. Prova 1: Modalità: scritta Obiettivo: Verificare la capacità dello studente di apprendimento dei concetti di base del coro con applicazioni semplici. Collocazione temporale: Fine del corso Durata: 3 ore Tipologia: domande a risposta aperta Misurazione finale: 30esimi Prova 2: Modalità: orale Obiettivo: Verificare la conoscenza dello studente riguardo al programma del corso Collocazione temporale: Fine del corso, dopo la correzione della prima prova, se lo studente lo desidera o se il voto è compreso tra 15 e 17. Durata: 30m-1ora Tipologia: Domande aperte Misurazione finale: 30esimi

- “Fisica 2” di C. Mencuccini, V. Silvestrini, Liguori Editore (MS).

Le lezioni includeranno didattica frontale ed esercitazioni. La didattica frontale permetterà di acquisire le conoscenze di metodologia scientifica e i concetti ed il formalismo dell'elettromagnetismo, onde e ottica. Le esercitazioni permettono di applicare i concetti appresi alla risoluzione di semplici problemi di elettromagnetismo, onde e ottica.