Scheda programma d'esame
GENERAL PHYSICS II
GIOVANNI BATIGNANI
Academic year2020/21
CourseELECTRONIC ENGINEERING
Code056BB
Credits6
PeriodSemester 1
LanguageItalian

ModulesAreaTypeHoursTeacher(s)
FISICA GENERALE IIFIS/01LEZIONI60
GIOVANNI BATIGNANI unimap
FABRIZIO CEI unimap
Obiettivi di apprendimento
Learning outcomes
Conoscenze

Le basi complete dell’elettromagnetismo classico:

  • Campi elettrostatici e magnetostatici
  • Materiali elettrici e magnetici
  • Correnti elettriche
  • Induzione elttromagnetica
  • Equazioni di Maxwell
  • Onde elettromagnetiche
  • Energia del campo elettromagnetico
Knowledge

Full definitions of classic elettromagnetism:

  • Electrostatics and magnetostatics
  • Dielectric and magnetic materials
  • Electric currents
  • Faraday's induction
  • Maxwell's equations
  • Electromagntic waves
  • Electromagnetic energy
Modalità di verifica delle conoscenze
  • Enunciare e spiegare  gli argomenti trattati nelle lezioni ed esercitazioni
  • Saper rispondere alle domande contenute nella "checkilist" reperibile nella pagina web del corso
  • Risolvere in modo autonomo problemi basati sulle conoscenze introdotte nel corso
Assessment criteria of knowledge
  • State and demonstrate the arguments introduced in the lectures
  • Answer the "Checklist" questions
  • Solve in an autonomous way problems based on the course contents
Capacità
  • Capacita' di risolvere problemi impostando analisi sia qualitative che quantitative
  • Capacita' di spiegare gli argomenti oggetto del corso, illustrandoli con esempi ed applicazioni.

 

Skills
  • Problem solving with qualitatve and quantitative  considerations
  • Explaining the arguments of the course and make pertinent expamples.
Modalità di verifica delle capacità

Nello svolgimento del corso le capacità sono verificate dal docente tramite domande, discussioni e verifica delle risoluzioni degli esercizi svolti nelle esercitazioni: tali verifiche non sono oggetto di valutazione del singolo studente e non hanno impatto sul voto finale, assegnato solo in base alle prove finali.

 

Assessment criteria of skills

During the lectures students are required to anwer questions and solve exercises; these discussions are not relevant - in any case - for the final evaluation. 

Comportamenti

E' richiesta una partecipazione il più possibile attiva degli studenti durante le lezioni ed in particolare di :

  • ripassare i prerequisiti del corso prima di partecipare alle lezioni o esercitazioni 
  • effettuare durante le esercitazioni  una serie di esercizi i cui passi sono indicati   dal docente in modo dettagliato
  • essere disponibili per le verifiche di cui al punto successivo
Behaviors

An active participation is required. We recommend to

  • study the prerequites before the lectures
  • solve the assigned class problems
  • cohoperate for the below described steps
Modalità di verifica dei comportamenti

Interazione del docente con la classe, tramite domande, discussioni e verifica delle risoluzioni degli esercizi svolti durante le esercitazioni. Tali verifiche non sono oggetto di valutazione e non hanno impatto sul giudizio finale del singolo studente.

Assessment criteria of behaviors

Interaction and discussions of problems with the teachers; these discussions are not relevant - in any case - for the final evaluation. 

Prerequisiti (conoscenze iniziali)

Contenuto dei corsi di ANALISI MATEMATICA (in particolare concetti e teoremi inerenti gradiente, divergenza e rotore, soluzione di equazioni differenziali lineari a coefficienti costanti del I e II ordine)  e di FISICA GENERALE I (meccanica classica, elettrostatica e magnetostatica nel vuoto in forma integrale, correnti continue): forma integrale della legge di Gauss e della circuitazione del campo elettrostatico; campo elettrico all’interno ed all’esterno di un conduttore, cariche elettriche e forze agenti sulla superficie di un conduttore; cavità conduttrici e lo schermo elettrostatico; capacità e condensatori; correnti elettriche; leggi di Ohm e legge di Joule; transienti nei circuiti capacitivi; le leggi fondamentali del campo magnetostatico in forma integrale (legge di Ampere).

Prerequisites

 ANALISI MATEMATICA course (in particlar  concepts and theorems dealing with  gradient, divergence and curl operators, solution of  I and II order differential equations  )  and  FISICA GENERALE I  course (classical mechanics, electrostatic and magnetistatic in vacuum, steady state currentse): Gauss' law and circuitation theorem; electric field on conductors and electrostatic shieldings ; capacità e condensatori; Ohm and  Joule laws; RC circuits; fundaments of magnetostatics and Ampere's law.

Programma (contenuti dell'insegnamento)
  • CAMPO ELETTROSTATICO   Ricapitolazione dei prerequisiti. Forma locale della legge di Gauss e della circuitazione del campo elettrostatico. Equazione di Poisson per il potenziale elettrico. Il problema generale dell’elettrostatica. Soluzione dell’equazione di Poisson in simmetria piana, cilindrica, sferica, oppure tramite il metodo del rilassamento. Dipolo elettrico.
  • I DIELETTRICI Generalità sui materiali dielettrici, meccanismi di polarizzazione. Cariche di polarizzazione. Il vettore polarizzazione P , relazione fra P ed E, divergenza di P. Cariche di polarizzazione nell’interno ed alla superficie dei corpi dielettrici. Il vettore D, il teorema di Gauss per il vettore D. Relazioni fra D ed E, la costante dielettrica, condizioni al contorno per E e per D. Energia del campo elettrostatico in presenza di dielettrici.
  • CORRENTI CONTINUE  Ricapitolazione dei prerequisiti. Equazione di continuità.
  • IL CAMPO MAGNETICO Ricapitolazione dei prerequisiti. Le leggi fondamentali del campo magnetico in forma locale.
  • IL MAGNETISMO NELLA MATERIA Il campo B macroscopico in presenza di corpi magnetizzabili, meccanismi di magnetizzazione. Correnti di magnetizzazione, vettore magnetizzazione M. Circuitazione di M, correnti di magnetizzazione nell’interno ed alla superficie dei corpi. Il vettore H, circuitazione di H. Relazioni fra M e H, fra B e H. Permeabilità magnetica, condizioni al contorno per B e per H.
  • FERROMAGNETISMO Magnetizzazione spontanea. La curva primaria di magnetizzazione: relazione fra M e H e fra B e H. Dipendenza da H della permeabilità dei corpi ferromagnetici. Isteresi, induzione residua e magnetizzazione residua.
  • L’INDUZIONE ELETTROMAGNETICA Legge di Faraday-Lenz. Origine della induzione e.m. Conservazione del flusso nei superconduttori. Autoinduzione e induzione mutua. Circuiti LR ed LC: considerazioni energetiche, densita’ di energia magnetica.
  • LE EQUAZIONI DI MAXWELL Corrente di spostamento. Equazioni di Maxwell e loro proprietà. Equazioni di collegamento fra E e D e fra B ed H.
  • ONDE E.M. Equazione delle onde, onde e.m. Onda e.m. piana, onda monocromatica, Velocità di propagazione, polarizzazione, frequenza, lunghezza d’onda. Riflessione normale e ad angolo su una parete conduttrice. Onde stazionarie.
  • L’ENERGIA DEL CAMPO ELETTROMAGNETICO   Lavoro sulle cariche, energia e densità di energia del campo, vettore di Poynting. Flusso del vettore di Poynting e dissipazione Joule nei conduttori. Flusso di energia nelle onde e.m. , quantità di moto del campo e.m..
Syllabus

Contents

Electrostatic field.    Local expression of Gauss’ and Poisson’s laws. The problem of electrostatic. Poisson’s equation solution in case of plane, cilyndrical or spheric symmetries. Numerical solutions. Electric dipoles.

Dielectrics, polarization mechanism and polarization vector P. Polarization surface and volume charges. Laws for P. Vector (D) electrical induction. Dielectric constant, boundary conditions for D and E. condizioni al contorno per E e per D. Electrostatic energy density. Eletrical currents and continuity equation. Fundametal laws for magnetostatuc in vacuum. Magnetization, magnetization mechanism, magnetic currents. Laws for magnetostaic field in material. Magnetic permeability, diamagnetism, ferromagnetism. Magnetic constant.

Electromagnetic induction: Faraday’s and Lenz’s laws. Mutual induction and self-induction.  Solenoids. Displacement current and Ampere-Maxwell’s law. Maxwell equations. LR ed LC circuits, energy evaluation.

E.M. waves and wave equation. Plane waves, propagation velocity, polaritation. Reflection and rifraction of waves.

E.M field work and power, Poynting’s vector, Joule dissipation. Energy density of e.m. fields.

 

Bibliografia e materiale didattico

Si premette che un qualunque testo universitario di Fisica II (elettromagnetismo) contiene la maggior parte degli argomenti che sono stati trattati nel corso. Per i due seguenti testi:

- G.CANTATORE - L.VITALE, Gettys Fisica 2 (4a ed., McGraw-Hill, 2011)

- E. IRODOV, Le basi dell’elettromagnetismo, ETS, Pisa (ISBN 88-467--0481-9)

nella pagina web del corso sono disponibili le corrispondenze fra capitoli/paragrafi ed argomenti del programma.

Bibliography

IRODOV, Le basi dell’elettromagnetismo, ETS, Pisa (ISBN 88-467--0481-9)

G.CANTATORE-L.VITALE, Gettys Fisica 2 (4a ed., McGraw-Hill, 2011)

Indicazioni per non frequentanti

Si consiglia di :

  • di leggere e studiare il testo  "G.CANTATORE - L.VITALE, Gettys Fisica 2 (4a ed., McGraw-Hill, 2011)"  verificando nella pagina web del corso la corrispondenza fra capitoli/paragrafi ed argomenti del programma;

  • rispondere alle domande contenute nella "checklist" reperibile nella pagina web del corso;

  • risolvere le prove scritte assegnate in precedenza reperibili nella pagina web del corso.

 

Non-attending students info

We recommend to:

  • study the book  "G.CANTATORE - L.VITALE, Gettys Fisica 2 (4a ed., McGraw-Hill, 2011)" ;

  • answer the questions and solve the problems in the "checklist"on the web page if the course;

Modalità d'esame

Prova scritta ( 3 ore) da superare con voto minimo 18/30 e prova orale. La prova scritta consiste in  2 esercizi con 4 sotto-domande ciascuno.  Nella prova scritta si chiede di risolvere problemi strutturati in piu' domande di diverso livello di difficoltà.

Nella prova orale si potra' chiedere di:

  • rispondere a domande contenute nella "checklist" reperibile nella pagina web del corso;
  • enunciare e spiegare argomenti trattati nelle lezioni ed esercitazioni;
  • discutere la prova scritta effettuata o altre prove scritte assegnate in precedenza;
  • risolvere problemi basati sugli argomenti oggetto del corso

Alcune informazioni da ricordare sono:

  • E’ obbligatorio iscriversi, via web, alle prove di esame scritte ed orali; per le sole prove scritte saranno ammessi studenti non iscritti solo compatibilmente con le risorse disponibili (disponibilità posti in aula, disponibilità di copie dei testi, ....).
  • La partecipazione ad una prova scritta è esplicita rinuncia della prova scritta precedente; ma non vi e' limite al numero di prove scritte che possono essere sostenute.
  • Gli studenti con OFA (debiti formativi) hanno restrizioni sulla possibilità di sostenere gli esami.
  • E' obbligatorio portare agli esami scritti un valido documento di identita' con fotografia (per esempio: libretto universitario, tesserino plastificato dell’università, carta d’identità, ....), e di portare all'esame orale il libretto-tessera universitario
  • Durante gli scritti non è consentito consultare libri, quaderni o altro materiale, ad eccezione di quanto indicato nella pagina web del corso
  • La prova orale deve essere effettuata nello stesso appello della prova scritta oppure in uno dei due appelli immediatamente successivi.  In caso di fallimento della prova orale la prova scritta deve essere ripetuta.
Assessment methods

A 3 hours written classwork (minimum mark: 18/30) followed by an oral examination.

Updated: 10/09/2020 15:30