ECTS - University of Pisa
Il corso si prefigge di fornire allo studente le basi dell'elettromagnetismo con l'introduzione delle equazioni di Maxwell, nel vuoto e in presenza di materia, e della forza di Lorentz. Saranno illustrati numerosi fenomeni interpretabili usando l'elettromagnetismo classico. Verranno richiamati gli ordini di grandezza relativi alle grandezze fisiche presenti. La trattazione relativistica della elettrodinamica sarà anche introdotta con le trasformazioni relativistiche di campi e dei potenziali elettrici e magnetici. Le proprietà delle onde elettromagnetiche, e non solo, saranno discusse insieme alla loro produzione attraverso la radiazione di dipolo e di quadrupolo, così come la loro propagazione nella materia. I fenoneni di interferenza e diffrazione saranno infine presentati. Lo studente durante e alla fine del corso dovra' essere in grado di svolgere esercizi scritti con la valutazione dei risultati numerici ottenuti e, in caso, anche delle approssimazioni effettuate.
After completing the course successfully a student will possess a basic knowledge of electromagnetism in vacuum and in presence of matter using Maxwell's equations and the Lorentz force. Many physical phenomena to be interpreted in terms of electromagnetism will be illustrated. Orders of magnitude of physical quantities involved will be recalled. The studnet will be introduced to the theory of special relativity applied to electrodynamics and to the electromagnetic radiation phenomena. Properties of waves, electromagnetic and other, are presented, as well as their propagation in matter. Finally, interference and diffraction are discussed. The student will be able to solve physics problems of interest, discussing numerical results and approximations.
Esame scritto 3h e orale 1h. Lo scritto prevede una parte con risposte a scelta chiusa. Ci sono prove in itinere valide per l'esonero dalla prova scritta.
The student is required to know and understand the basic principles of electromagnetism and must prove her/his ability of organizing thought and solving problems in a 3 hours written exam and in an (about 1 hour long) oral exam. The written exam can cointain quizzes.
Methods:
Further information:
Final written exam (or 3 written exams during the course) 50% Final oral exam 50%
Capacità di descrivere fenomeni di elettromagnetismo e darne una formulazione quantitativa
Skills to describe electromagnetism phenomena and give a quantitative description.
Attraverso l'analisi e risoluzione di problemi.
Through problem analysis and solving.
La materia prevede l'apprendimento individuale, nelle esercitazioni si stimolerà il lavoro di gruppo.
The subject is meant for individual training. In exercise sessions group work is stimulated.
Esposizione della schematizzazione della situazione fisica, dei fenomeni rilevanti, delle approssimazioni effettuate, discussione della soluzione trovata.
Presentation of the outline of the physical situation, relevant phenomena, approximations, discussion of the solution.
Propedeuticità: Fisica 1
E' fortemente consigliato avere superato Analisi 1 in vista di un uso sistematico di derivate, integrali e equazioni differenziali.
Formal requirements: Fisica 1 exam passed.
In view of a systematic use of derivation, integration and differential equations, it is strongly advised to have the exam of Fisica 1 passed.
Lezioni frontali
Frequenza consigliata
Attività di apprendimento:
Metodi d'insegnamento
Delivery: face to face
Attendance: definitely advised
Learning activities:
Teaching methods:
-Introduzione alle forze elementari e intensita' relative
-Gli operatori differenziali gradiente, divergenza, rotore. Elementi base del calcolo di integrali di linea, di superficie e di volume. Teorema di Gauss e di Stokes
-Campo elettrico di Coulomb. potenziale e campi elettrici generati da distribuzioni di cariche. divergenza del campo elettrico.
-Campi elettrici generati da dipoli e quadrupoli.
-Elettrostatica dei conduttori, metodo immagini.
-Elettrostatica nei dielettrici: campo di induzione elettrica D e polarizzazione elettrica P.
-Energia associata ai campi elettrici.
-Coefficienti di capacita' e di induzione elettrica.
-Correnti elettriche, equazione di continuita', resistivita' e resistenze elettriche.
-Generatore di forze elettromotrici. Leggi di Kirchhoff.
-Campi magnetii stazionari nel vuoto generati da distribuzioni di corrente.
- Forze su circuiti percorsi da correnti in campo magnetico.
-Forza di Lorentz.
-Moto di carica elettrica in campo magnetico e elettrico uniformi e costanti.
-Forze e momenti delle forze tra circuiti percorsi da correnti.
-Calcolo del campo di induzione magnetica generato da distributioni di correnti.
-Divergenza e rotore del campo magnetico in condizioni stazionarie.
-Dipolo magnetico e campo da esso generato
-Il potenziale vettore.
-Proprieta' magnetice della materia : diamagnetismo e paramagnetismo, Magnetizzazione M, suscettivita' magnetica e vettore intensita' del campo magnetico H. Fenomeno del ferromagnetismo e ciclo di isteresi.
-Induzione magnetica equazione di Maxwell relativa. Mutua indzione e autoinduzione.
-Energia associata ai campi magnetici.
-Correnti di spostamento e relativa equazione di Maxwell.
-Conservazione dell'energia elettromagnetica e vettore di Poynting.
-Equazione delle onde elettromagnetiche e sua soluzione in semplici casi.
-Onde elettromagnetiche stazionarie.
-Onde elettromagnetiche nei dielettrici, nei conduttori, nei plasma.
-Energia, impulso e momento angolare associati a un'onda elettromagnetica.
-Pressione di radiazione.
-Sviluppo in serie di Fourier di un pacchetto d'onda. Velocita' di fase e di gruppo.
-Trattazione relativistica dei potenziali elettromagnetici. Tensore del campo elettromagnetico e trasformazioni relativistiche dei campi.
-Radiazione di dipolo da un sistema di cariche in moto.
-Radiazione di quadrupolo.
-Radiazione da una singola carica in moto anche relativistico.
-Sezione d'urto Thomson.
-Riflessione e rifrazione di onde elettromagnetiche. Leggi di Snell e di Fresnel. Birifrangenza.
-Interferenza tra onde elettromagnetiche: esperimento di Young e di Michelson e Morley.
-Diffrazione di Fraunhofer.
-Il reticolo di diffrazione.
-Diffrazione di Fresnel.
Differential and integral operators. Electrostatics in vacuum and in media. Maxwell equations of electrostatics. Electric currents and magnetostatics in vacuum and in media and related Maxwell equations. Lorentz force. Time variable electric and magnetic fields and related Maxwell equation. Theory of waves. Retarded potentials, and electromagnetic waves. Near fields and radiation fields. Electric and magnetic dipole radiation. Poynting theorem. Electromagnetism and special relativity: 4-current, 4-potential and the electromagnetic field tensor. Electromagnetism in media: dielectric function, reflection and refraction, birefringence. Optics: interference and diffraction.
"Fisica 2" Nigro, Mazzoldi e Voci, EdiSES, Napoli.
"Fisica elettromagnetismo e ottica" Mencuccini e Silvestrini, editrice Ambrosiana" e esercizi relativi
"Classical electrodynamics" J.D Jackson, ed J. Weeler and sons.
"Introduction to electrodynamics" D.J. Griffiths , ed. Bejing World, Pub Corp. and related problems.
The Feynman Lectures on Physics Vol.2
"Fisica 2" Nigro, Mazzoldi e Voci, EdiSES, Napoli.
"Fisica elettromagnetismo e ottica" Mencuccini e Silvestrini, editrice Ambrosiana" e esercizi relativi
"Classical electrodynamics" J.D Jackson, ed J. Weeler and sons.
"Introduction to electrodynamics" D.J. Griffiths , ed. Bejing World, Pub Corp. and related problems.
The Feynman Lectures on Physics Vol.2
Non sono previste variazioni in termini di programma
No change in course program
Esame scritto (3h) e orale (1h). Prove in itinere
Written (3h) and oral (1h) examination. Periodic tests.
