ECTS - University of Pisa
| Modules | Area | Type | Hours | Teacher(s) | |
| FISICA GENERALE II | FIS/01 | LEZIONI | 60 |
|
Il corso si propone di fornire le conoscenze di base dell'elettromagnetismo classico nel vuoto e nei materiali: elettrostatica, correnti elettriche, magnetostatica, induzione elettromagnetica, con l'obiettivo di comprendere appieno le equazioni di Maxwell in forma integrale.
The course aims to provide the basic knowledge of classical electromagnetism in vacuum and materials: electrostatics, electric currents, magnetostatics, electromagnetic induction, with the integration of specific applications of Maxwell's equations in integral form.
Nell'esame scritto (3 ore) lo studente deve dimostrare la propria capacità di analizzare e risolvere problemi (tipicamente 3) relativi agli argomenti trattati nel corso. Durante l'esame orale lo studente deve dimostrare la sua comprensione delle leggi fondamentali dell'elettromagnetismo classico ed essere in grado di applicarle all'analisi e alla risoluzione dei problemi correlati.
Metodo:
La prova scritta è un prerequisito obbligatorio per poter sostenere la prova orale. La prova scritta è superata con un voto maggiore o uguale a 18/30.
In the written exam (3 hours) the student must demonstrate his/her ability to analyze and solve problems (typically 3) related to the topics covered in the course. During the oral exam the student must demonstrate his/her understanding of the fundamental laws of classical electromagnetism and be able to apply them to the analysis and resolution of related problems.
Methods:
Final written exam (3 hours)
Final oral exam
The written test is a mandatory prerequisite to be able to take the oral test. The written test is passed with a mark greater than or equal to 18/30.
Lo studente che completa con successo il corso avrà una buona conoscenza dei principi di base dell'elettromagnetismo nel vuoto e nei materiali e padronanza del metodo di analisi e risoluzione dei problemi.
The student who successfully completes the course will have a good knowledge of the basic principles of electromagnetism in vacuum and in materials and mastery of the method of analysis and problem solving.
Nell'esame scritto (3 ore) lo studente deve dimostrare la propria capacità di analizzare e risolvere problemi (tipicamente 3) relativi agli argomenti trattati nel corso. Durante l'esame orale lo studente deve dimostrare la sua comprensione delle leggi fondamentali dell'elettromagnetismo classico ed essere in grado di applicarle all'analisi e alla risoluzione dei problemi correlati.
In the written exam (3 hours) the student must demonstrate his/her ability to analyze and solve problems (typically 3) related to the topics covered in the course. During the oral exam the student must demonstrate his/her understanding of the fundamental laws of classical electromagnetism and be able to apply them to the analysis and resolution of related problems.
Le conoscenze iniziali sono fornite agli studenti nei corsi di base di matematica e di Fisica I
The prerequisite of this course are given to students during basic math courses and Physics I
Lezioni frontali, esercitazioni in aula, studio individuale
Frequenza: non obbligatoria ma fortemente consigliata.
Delivery: face to face
Learning activities:
Attendance: Advised
Teaching methods:
PROGRAMMA DI FISICA GENERALE II (6 CFU)
INGEGNERIA MECCANICA
A.A. 2020/2021– Docente Giuliana Rizzo -
Testi di riferimento:
Si premette che un qualunque testo universitario di Fisica II (elettromagnetismo) contiene la maggior parte degli argomenti che sono stati trattati nel corso.
G.CANTATORE-L.VITALE, Gettys Fisica 2 Elettromagnetismo - Onde (4a ed., McGraw-Hill)
Un ottimo testo per approfondimenti: La fisica di Feynman vol.2 Elettromagnetismo e materiali - Zanichelli
Alcuni argomenti trattati a lezione (campi elettrici e magnetici nei materiali) sono approfonditi nel testo:
I.E. IRODOV “Le basi dell’elettromagnetismo” – Edizioni ETS: Cap 3 e 7.
La carica elettrica e il campo elettrostatico: Capitolo 1 - Gettys
- la carica elettrica e la legge di Coulomb (unita' di misura della carica)
- il campo elettrico (definizione operativa, concetto di carica di prova, unita' di misura)
- il campo elettrico di un sistema di cariche puntiformi
- il campo elettrico di un dipolo elettrico e andamento a grandi distanze
- il campo elettrico di una distribuzione continua (densita' volumica, superficiale e di linea)
- le linee di campo (linee di carica puntiforme e di dipolo)
- calcoli di campi elettrici: la bacchetta carica, l'anello, il disco
- moto di una carica puntiforme in campo uniforme
La Legge di Gauss: Capitolo 2- Gettys
- il flusso del campo
- la legge di Gauss
- calcolo di campi generati da distribuzioni ad alta simmetria (simmetria, sferica, cilindrica, piana)
Il potenziale elettrico: Capitolo 3- Gettys
- richiami su definizioni di forze conservative e di energia potenziale
- Forza elettrostatica conservativa
- la conservativita' del campo elettrostatico e la sua circuitazione
- Definizione di energia potenziale elettrostatica e di potenziale elettrostatico.
- come ricavare E dal potenziale
- lavoro fatto dal campo E e differenza di potenziale (definizione operativa e unita' di misura)
- differenza di potenziale in un campo uniforme
- potenziale di una carica puntiforme
- potenziale di un sistema di cariche puntiformi
- potenziale di una distribuzione continua
- calcolo di potenziali di distribuzioni continue (2 metodi): potenziale di una bacchetta, anello, disco, sfera
- energia di configurazione di distribuzioni di cariche discrete e continue.
Proprieta’ dei conduttori in equilibrio elettrostatico: Capitolo 4- Gettys
- valore del campo interno e della densita' di carica superficiale
- valore e orientazione del campo sulla superficie
- potenziale del conduttore
- campo all'interno di una cavita' (schermo elettrostatico)
- potere delle punte
Capacita’ e dielettrici: Capitolo 4- Gettys
- la capacita' (definizione e unita' di misura)
- calcoli di capacita': il condensatore piano, il condensatore cilindrico, il condensatore sferico)
- condensatori in serie e in parallelo
- energia del condensatore e densita' di energia del campo elettrico
- condensatori riempiti con dielettrici e la costante dielettrica relativa
- il campo elettrico in dielettrici isotropi e omogenei e le cariche di polarizzazione.
- il teorema di Gauss per il campo E nei materiali.
- il vettore P polarizzazione per unita’ di volume ed il teorema di Gauss per il campo P
- il vettore D, il teorema di Gauss per il campo D.
- Condizioni al contorno per i campi E e D (componenti parallele e perpendicolari) all’interfaccia tra due dielettrici.
La corrente elettrica e circuiti in continua : Capitolo 5-6- Gettys
- i generatori di tensione continua e la batteria
- la corrente elettrica e la sua unita' di misura
- corrente prodotta da un sistema di cariche in movimento
- la densita' di corrente e la conducibilita' elettrica
- la legge di Ohm e la resistenza elettrica R (unita' di misura di R)
- la resistivita' elettrica
- la legge di Joule
- la conservazione della carica
- Resistori in serie ed in parallelo
- Circuito RC
Il Campo Magnetostatico: Capitolo 7- Gettys
- la forza magnetica e il campo magnetostatico (definizione operativa e unita' di misura)
- forza su un filo percorso da corrente
- Momento meccanico su una spira percorsa da corrente e momento di dipolo magnetico della spira
- moto di una carica in un campo magnetico uniforme
- cenni su applicazioni: lo spettrometro di massa e l’effetto Hall
Le Sorgenti del Campo Magnetico: Capitolo 8 e 11 - Gettys
- la legge di Biot e Savart
- calcoli di campi magnetici:
campo di un filo indefinito, campo sull'asse di una spira
- forza fra due fili paralleli
- la legge di Ampere
- calcolo del campo magnetico in condizioni di alta simmetria:
filo indefinito, piastra, toro, solenoide
- il flusso del campo magnetico e la legge di Gauss per il magnetismo
- cenni sul magnetismo nella materia e correnti di magnetizzazione.
- teorema di Ampere per il campo B nei materiali
- il vettore H , il teorema di Ampere per il vettore H.
- Condizioni al contorno per i campi H e B all’interfaccia tra due materiali.
Campi variabili nel tempo Cap 9 - Gettys
- Induzione e legge di Faraday
- forza elettromotrice dinamica
- la legge di Lenz
- la circuitazione del campo elettrico
- fem indotte e campi elettrici indotti
- cenni su generatori, motori
Autoinduzione e mutua induzione Cap 10 - Gettys
- autoinduttanza e mutua induttanza
- calcoli di autoinduttanze e mutue induttanze: solenoide, solenoidi accoppiati,spire accoppiate, linea bifilare
- energia di un sistema di spire e densita' di energia del campo magnetico
- il circuito RL
Legge di Ampere Maxwell ed equazioni di Maxwell
- la corrente di spostamento Cap 8 par 7 - Gettys
- le equazioni di Maxwell Cap 14 par 1, 2- Gettys
The course aims to describe the laws of classical electromagnetism in vacuum and in materials: electrostatics, electric currents, magnetostatics, electromagnetic induction, with the goal of a full understanding of Maxwell's equations in integral form.
GENERAL PHYSICS II PROGRAM (6 ECTS)
MECHANICAL ENGINEERING A.A. 2020/2021
- Teacher Giuliana Rizzo –
Reference books:
It is premised that any university text of Physics II (electromagnetism) contains most of the topics that have been covered in the course.
G.CANTATORE-L.VITALE, Gettys Physics 2 Electromagnetism - Waves (4th ed., McGraw-Hill)
An excellent text for further study: Feynman's physics vol.2 Electromagnetism and materials - Zanichelli
Some topics covered in class (electric and magnetic fields in materials) are deepened in the text:
I.E. IRODOV "The basics of electromagnetism" - ETS Editions: Chapters 3 and 7.
Electric charge and the electrostatic field: Chapter 1 - Gettys
- electric charge and Coulomb's law (unit of charge)
- the electric field (operational definition, concept of test charge, unit of measurement)
- the electric field of a system of point charges
- the electric field of an electric dipole and long distance trend
- the electric field of a continuous distribution (volume, surface and line density)
- the field lines (point charge and dipole lines)
- calculations of electric fields: the charged rod, the ring, the disk
- motion of a point charge in a uniform field
Gauss's Law: Chapter 2- Gettys
- the flux of a vector field
- Gauss's law
- calculation of fields generated by highly symmetrical distributions (symmetry, spherical, cylindrical, flat)
The electric potential: Chapter 3- Gettys
- references to definitions of conservative forces and potential energy
- Conservative electrostatic force
- the conservativeness of the electrostatic field and its circulation
- Definition of electrostatic potential energy and electrostatic potential.
- how to derive E from the potential
- work done by field E and potential difference (operational definition and unit of measurement)
- potential difference in a uniform field
- potential of a point charge
- potential of a system of point charges
- potential of a continuous distribution
- computation of potentials of continuous distributions (2 methods): potential of a rod, ring, disk, sphere
- configuration energy of discrete and continuous charge distributions.
Properties of conductors in electrostatic equilibrium: Chapter 4- Gettys
- value of the internal electric field and of the surface charge density
- value and orientation of the electric field on the surface
- potential of a conductor
- field inside a cavity (electrostatic shield)
- power of the tips
Capacities and dielectrics: Chapter 4- Gettys
- the capacity (definition and unit of measurement)
- capacity calculations: the flat capacitor, the cylindrical capacitor, the spherical capacitor)
- capacitors in series and in parallel
- energy of the capacitor and energy density of the electric field
- capacitors filled with dielectrics and the relative dielectric constant
- the electric field in isotropic and homogeneous dielectrics and the polarization charges.
- Gauss's theorem for the E field in materials.
- the polarization vector P per unit of volume and Gauss's theorem for the field P
- vector D, Gauss's theorem for field D.
- Boundary conditions for fields E and D (parallel and perpendicular components) at the interface between two dielectrics.
Electric current and continuous circuits: Chapter 5-6- Gettys
- the direct voltage generators and the battery
- the electric current and its unit of measurement
- current produced by a system of moving charges
- current density and electrical conductivity
- Ohm's law and electrical resistance R (unit of measurement of R)
- the electrical resistivity
- Joule's law
- the conservation of the charge and the continuity equation
- Resistors in series and in parallel
- RC circuit
The Magnetostatic Field: Chapter 7- Gettys
- the magnetic force and the magnetostatic field (operational definition and unit of measurement)
- force on a current-carrying wire
- Mechanical torque on one current loop and the magnetic moment of the loop
- motion of a charge in a uniform magnetic field
- notes on applications: the mass spectrometer and the Hall effect
The Sources of the Magnetic Field: Chapter 8 and 11 - Gettys
- the law of Biot and Savart
- magnetic field calculations: field of long straight wire, field on the axis of a coil
- force between two parallel wires
- Ampere's law
- calculation of the magnetic field in conditions of high symmetry: indefinite wire, plate, torus, solenoid
- the flux of the magnetic field and Gauss's law for magnetism
- notes on magnetism in matter and magnetization currents.
- Ampere's theorem for field B in materials
- vector H, Ampere's theorem for vector H.
- Boundary conditions for fields H and B at the interface between two materials.
Time-varying fields Chap 9 - Gettys
- Induction and Faraday's law
- dynamic electromotive force
- Lenz's law - the circulation of the electric field
- induced emf and induced electric fields
- notes on generators, motors
Self-induction and mutual induction Cap 10 - Gettys
- self-inductance and mutual inductance
- self-inductance and mutual inductance calculations: solenoid, coupled solenoids, coupled coils, two-wire line - energy of a system of coils and energy density of the magnetic field
- the RL circuit
Ampere Maxwell's law and Maxwell's equations
- the displacement current Cap 8 par 7 - Gettys
- Maxwell's equations Cap 14 par 1, 2- Gettys
Testi di riferimento:
Si premette che un qualunque testo universitario di Fisica II (elettromagnetismo) contiene la maggior parte degli argomenti che sono stati trattati nel corso.
G.CANTATORE-L.VITALE, Gettys Fisica 2 Elettromagnetismo - Onde (4a ed., McGraw-Hill)
Un ottimo testo per approfondimenti: La fisica di Feynman vol.2 Elettromagnetismo e materiali - Zanichelli
Alcuni argomenti trattati a lezione (campi elettrici e magnetici nei materiali) sono approfonditi nel testo:
I.E. IRODOV “Le basi dell’elettromagnetismo” – Edizioni ETS: Cap 3 e 7.
Materiale didattico Testi d'esame degli anni precedenti con soluzioni e appunti delle lezioni sono disponibili su:
https://elearn.ing.unipi.it/course/view.php?id=2086
Reference Books: It is premised that any university text of Physics II (electromagnetism) contains most of the topics that have been covered in the course.
G.CANTATORE-L.VITALE, Gettys Physics 2 Electromagnetism - Waves (4th ed., McGraw-Hill)
An excellent text for further study: Feynman's physics vol.2 Electromagnetism and materials - Zanichelli
Some topics covered in class (electric and magnetic fields in materials) are deepened in the text:
I.E. IRODOV "The basics of electromagnetism" - ETS Editions: Chapters 3 and 7.
Teaching material Exam texts from previous years with solutions and lecture notes are available on: https://elearn.ing.unipi.it/course/view.php?id=2086
Metodo:
La prova scritta è un prerequisito obbligatorio per poter sostenere la prova orale. La prova scritta è superata con un voto maggiore o uguale a 18/30.
Final written exam (3 hours)
Final oral exam
The written test is a mandatory prerequisite to be able to take the oral test. The written test is passed with a mark greater than or equal to 18/30.
