Scheda programma d'esame
FISICA II
ALESSANDRO STRUMIA
Anno accademico2021/22
CdSMATEMATICA
Codice242BB
CFU9
PeriodoPrimo semestre
LinguaItaliano

ModuliSettoreTipoOreDocente/i
FISICA IIFIS/02LEZIONI81
ALESSANDRO STRUMIA unimap
Obiettivi di apprendimento
Learning outcomes
Conoscenze

Il corso si prefigge di fornire allo studente le basi dell'elettrodinamica classica con l'introduzione delle equazioni di Maxwell, nel vuoto e in presenza di materia, e della forza di Lorentz. La materia ha interesse dal punto di vista della matematica, della fisica e delle applicazioni tecnologiche.

Si scoprirà che le forze elettromagnetica tengono assieme la materia, che le equazioni di Maxwell contengono soluzioni dette onde elettromagnetiche (che spiegano la luce), e la simmetria relativistica e di gauge. Verranno discusse le proprietà delle onde elettromagnetiche, nel vuoto e nella materia, il loro irraggiamento, e fenomeni di interferenza e diffrazione (che determinano la risoluzione dell'occhio e di telescopi).

Lo studente dovrà essere in grado di svolgere esercizi, ottenendo risultati anche numerici, ed introducendo approssimazioni appropriate. 

Knowledge

The course aims to provide the student with the basics of classical electrodynamics with the introduction of Maxwell's equations, in vacuum and in the presence of matter, and the Lorentz force. The subject is of interest from the point of view of mathematics, physics and technological applications.

It will be discovered that electromagnetic forces hold matter together, that Maxwell's equations contain solutions called electromagnetic waves (which explain light), and relativistic and gauge symmetry. The properties of electromagnetic waves, in vacuum and in matter, their irradiation, and interference and diffraction phenomena (which determine the resolution of the eye and telescopes) will be discussed.

The student must be able to carry out exercises, also obtaining numerical results, and introducing appropriate approximations.

Modalità di verifica delle conoscenze

Si spera di poter tornare a tenere 2 prove in itinere, oltre ai quiz online.

 

Capacità

Capacità di descrivere fenomeni di elettromagnetismo classico e darne una formulazione quantitativa

Prerequisiti (conoscenze iniziali)

Principalmente Fisica 1 (meccanica classica) ed Analisi 2 (funzioni di più variabili e loro derivate). I teoremi di Gauss e di Stokes saranno richiamati nel corso.

Prerequisites

The slides are written in Italian. So see the info in Italian.

Prerequisiti per studi successivi

Fisica 3 procederà su argomenti accennati a Fisica 2, come la relatività e la meccanica quantistica

Indicazioni metodologiche

Lezioni frontali, la cui frequenza è consigliata. Si discuterà come l'approccio tipico in fisica risulta appropriato, pur essendo meno rigoroso di quello tipico in matematica.

 

Programma (contenuti dell'insegnamento)
  • Elettrostatica: legge di Coulomb. Campo elettrico, legge di Gauss, teorema di Stokes, potenziale elettrostatico, prima e seconda equazione di Maxwell nel caso statico. Equazioni di Poisson e Laplace.  Campo elettrico di varie distribuzioni di carica tipiche. Sviluppo in monopolo/dipolo/etc. Energia del campo elettrico e di una distribuzione di carica. I conduttori. Metodi di soluzione dei problemi di elettrostatica dei conduttori. Campo elettrico nella materia, dielettrici, polarizzazione (accenno). Correnti stazionarie: legge di Ohm, effetto Joule, resistenze, correnti, capacità, condensatori.

    Magnetismo: legge di Biot-Savart, legge di Ampere, forza di Lorentz. Campo magnetico di varie configurazioni tipiche di circuiti. Dipolo magnetico, sviluppo in multipoli. Energia del campo magnetico e di un sistema di circuiti, induttanza e mutua induttanza. Campo magnetico nella materia (accenno). Circuiti tipici RL, RC, RLC. Legge di Faraday. Forza elettromotrice indotta, generatori di corrente. Corrente di spostamento. Terza e quarta equazione di Maxwell.

    Elettrodinamica: onde elettromagnetiche nel vuoto, polarizzazione, onde nella materia (cenni), riflessione e rifrazione, interferenza, diffrazione (cenni), potenziale scalare e vettore, simmetria relativistica (cenni) e di gauge, irraggiamento.

Syllabus

Electrostatics: Coulomb's law. Electric field, Gauss's law, Stokes theorem, electrostatic potential, first and second Maxwell equations in the static case. Poisson and Laplace equations. Electric field of various typical charge distributions. Dipoles, expansion in multipoles. Energy of the electric field and of a charge distribution. Conductors. Solving electrostatic problems with conductors. Electric field in matter, dielectrics, polarization (hint). Stationary currents: Ohm's law, Joule effect, resistances, currents, capacitance, capacitors.

Magnetism: Biot-Savart law, Ampere's law, Lorentz force. Magnetic field of various typical circuit configurations. Magnetic dipole, multipole development. Magnetic field energy and a system of circuits, inductance and mutual inductance. Magnetic field in matter (hint). Typical circuits RL, RC, RLC. Faraday's law. Induced electromotive force, current generators. Displacement current. Third and fourth Maxwell equations.

Electrodynamics: electromagnetic waves, polarization, reflection and refraction, scalar potential and vector, relativistic and gauge symmetry (hint), radiation.

Bibliografia e materiale didattico

Utilizzeremo:

• Le slides sul sito elearning del corso.

• La raccolta di esercizi sul sito elearning del corso.

Le slides sintetiche verranno utilizzate come base della discussione più espansa a lezione. È quindi utile avere anche un testo, scegliendo uno qualunque fra quelli avanzati (useremo unità di misura MKS, quindi è meglio scegliere un testo che utilizza le stesse unità). Una lista di testi possibili (si veda sulle slides del corso per maggiori dettagli) è:

Griffiths, Introduction to Electrodynamics 

• Mencuccini, Silvestrini, Fisica II (Elettromagnetismo-Ottica) 

• Lovitch, Rosati, Fisica Generale 2 

• Halliday, Resnick, Krane, Fisica 2

• Mazzoldi, Nigro, Voci, Elettrostatica e ottica geometrica

• Fitzpatrick, gratis online

• Tong, gratis online 

 

Bibliography

Some books above exist also in english

Indicazioni per non frequentanti

Si prevede di registrare tutte le lezioni (eccetto gli esercizi svolti da studenti che preferiscono non essere registrati), mettendole on line su Microsoft Teams

Modalità d'esame

Se non sorgono problemi dovuti al covid, si terranno 2 compitini (il 1o di esercizi su campi elettrici, il 2o su campi magnetici ed onde) ed un quiz on-line di tipo nozionistico.  Poi, nelle sessioni di esame, vi saranno 5 compiti ciascuno dei quali includerà esercizi su tutto il corso, ed un quiz on-line nozionistico. Orali solo in caso di dubbi, o su richiesta.

Qualora non fosse possibile la modalità in presenza, useremo test online come condizione di accesso agli orali.

Altri riferimenti web

La pagina web 2020/21 era https://elearning.dm.unipi.it/enrol/index.php?id=213.  La pagina per l'anno 2021/22 verrà aperta in seguito sullo stesso sito dal CdL.

Ultimo aggiornamento 28/07/2021 13:22