ECTS - University of Pisa
Operazioni tra grandezze vettoriali, principali sistemi di riferimento, operatori differenziali, cinematica, elettrostatica, magnetostatica.
Vector calculus, principal reference systems, differential operators, kinematics, electrostatics, magnetostatics.
Le lezioni sono tenute in presenza. Per il calendario delle lezioni vedi l'orario sul sito ufficiale della Scuola di Ingegneria.
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Equazioni di Maxwell in forma differenziale nel dominio del tempo. Equazione di continuità della corrente elettrica. Equazioni di Maxwell in forma integrale: legge della induzione elettromagnetica di Faraday-Lentz, legge della circuitazione di Ampere generalizzata mediante l’introduzione della corrente di spostamento, leggi di Gauss per le cariche elettriche e magnetiche. Teorema di dualità.
Relazioni costitutive di un mezzo: linearità, omogeneità, isotropia/anisotropia, dispersività, causalità. Fenomeni della conduzione, polarizzazione, magnetizzazione. Analisi dei mezzi dielettrici, magnetici e conduttori nel dominio del tempo.
Onde piane: distribuzione del campo elettromagnetico associato ad un’onda piana uniforme nel dominio del tempo. Onde sferiche ed onde localmente piane. Onde piane monocromatiche e polarizzazione. Vettore di Poynting e teorema di Poynting nel dominio del tempo.
Analisi di campi elettromagnetici nel dominio della frequenza. Campi fasoriali, piano di polarizzazione. Equazioni di Maxwell nel dominio della frequenza. Onde piane nel dominio della frequenza: costante di fase e lunghezza d’onda. Relazioni costitutive nel dominio della frequenza, modelli per l’analisi della dispersività nel tempo. Analisi della propagazione in un plasma: caratteristiche del plasma ionosferico. Onde piane in mezzi dissipativi: costante dielettrica equivalente, costante di attenuazione. Teorema di Poynting nel dominio della frequenza.
Analisi della propagazione in mezzi dispersivi: diagramma di dispersione o di Brillouin, velocità di fase e velocità di gruppo.
Condizioni di continuità per i campi e le induzioni all’interfaccia fra due mezzi diversi. Onde piane all’interfaccia fra mezzi con caratteristiche elettriche diverse: fenomeni della riflessione e della rifrazione Profondità di penetrazione del campo in un buon conduttore, effetto pelle. Impedenza superficiale, modello PEC (Perfect Electric Conductor).
Onde piane incidenti obliquamente sull’interfaccia fra due mezzi diversi. Leggi della riflessione e della rifrazione. Coefficienti di riflessione di Fresnel. Fenomeno della riflessione totale, angolo critico. Angolo di Brewster. Elementi di Ottica Geometrica (Geometrical Optics - GO) e della Teoria Geometrica della Diffrazione (Geometrical Theory of Diffraction - GTD). Esempio applicativo: omunicazioni per riflessione ionosferica.
Differential form of Maxwell equations in time domain. Electric current continuity equation. Integral form of Mawell equations: electromagnetic induction law by Faraday-Lentz, Ampére's circuital law genralized by introducing the displacement current, Gauss' laws for electric and magnetic charges. Duality theorem.
Constitutive equations of a medium: linearity, homogeneity, isotropy/anisotropy, dispersivity, causality. Conduction, polarization, and magnetization phenomena. Time domain analysis of dielectrics, magnetic materials, and conductors.
Plane waves: electromagnetic fields associated to a uniform plane wave in time domain. Spherical waves and locally plane waves. Sinusoidal waves and wave polarization. Poynting vector and time-domain Poynting's theorem.
Electromagnetic field analysis in frequency domain. Phasor electromagnetic fields, polarization plane. Maxwell's equations in frequency domain. Frequency-domain plane waves: phase constant and wavelenght. Constitutive relations in frequency domain: models for the analysis of time-dispersive media. Analysis of propagation in a plasma: characteristics of ionospheric plasma. Plane waves in lossy media: equivalent dielectric constant, attenuation constant. Frequency-domain Poynting's theorem.
Analysis of propagationin dispersive media: dipersion (Brillouin) diagram, phase and group velocity.
Continuity conditions for electromagnetic fields at the interface between two different media. Plane waves at the interface between media with different elctromagnetic characteristics: reflection and refraction phenomena. Field penetration depth in a good conductor, skin effect. Surface impedance, boundary conditions at the exterior surface of a PEC (Perfect Electric Conductor).
Plane waves at the interface between two different media: oblique incidence case. Relfection and refraction laws. Fresnel reflection coefficients. Total reflection phenomenon: critical angle. Brewster's angle. Fundamentals of Geometrical Optics (GO) and Geometrical Theory of Diffraction (GTD). Application example: communications through ionosferic reflection.
L'esame prevede solo una prova orale.
Oral exam.
E' disponibile una pagina del corso sul sito e-learning della Scuola di Ingegneria, al seguente indirizzo:
https://elearn.ing.unipi.it/course/view.php?id=2113
Page of the course on the e-learning platform of the School of Engineering at the following address:
https://elearn.ing.unipi.it/course/view.php?id=2113
