Italiano

Il corso di Fisica 2 raccoglie le leggi fondamentali dell’elettromagnetismo. In particolare esso si sviluppa in due parti.
Nella prima parte, esso comprende i concetti di carica elettrica, interazione di Coulomb, campo elettrico, potenziale nel caso statico e circuiti elettrici semplici.
Nella seconda parte, il corso tratta le cariche in moto come sorgenti di campo magnetico, le leggi dell’induzione elettromagnetica, le forze di interazione tra correnti elettriche fino alle equazioni di Maxwell in forma integrale.

Principale:
SERWAY, JEWETT, Principi di Fisica. Edises

Altri testi:
D. Halliday, R.Resnick, J. Walker. Fondamenti di Fisica. Elettromagnetismo, Ottica - Casa Editrice Ambrosiana.
Tipler, Mosca - Corso di Fisica 2 – Elettricità, Magnetismo, Ottica - Zanichelli;

Qualunque altro testo universitario di Fisica generale su Elettromagnetismo.

Acquisizione delle conoscenze di base dei concetti di carica elettrica, interazione elettrostatica, campo elettrico e potenziale, correnti, campi magnetici, leggi dell’induzione ed equazioni di Maxwell.
Capacita` di comprendere i principali fenomeni fisici e saperli interpretare con le leggi fondamentali.
Capacità di risoluzione di esercizi e problemi di di base.

Algebra, Trigonometria, Fondamenti di calcolo integrale (derivate e integrali semplici).
Principali argomenti affrontati durante il corso di Fisica 1.

La somministrazione del corso avverrà attraverso un blocco di lezioni teoriche quantificabile in 6 CFU, un blocco di esercitazioni numeriche pari a 1 CFU ed uno di laboratorio pari ad 1 CFU.

Unica prova scritta e conseguente prova orale alla fine del corso.
Prova scritta:
durata: 3 ore; tipologia: consiste nello svolgimento di 5 esercizi di fisica, ad ogni esercizio viene assegnato un punteggio di 6 punti che concorre alla valutazione finale su un totale di 30 punti. Si accede alla prova orale con un punteggio di almeno 15/30. Obiettivi: mira ad accertare la capacita` di applicare i concetti principali del corso al fine della risoluzione di problemi di base.
Prova orale durata: massimo 1 ora; tipologia: consiste in primo luogo nella discussione dello scritto con particolare attenzione agli esercizi non svolti e/o con errori. In seguito viene chiesto un argomento del corso da descrivere e dettagliare con dimostrazioni e applicazioni a fenomeni. Obiettivi: mira ad accertare il grado di conoscenza e padronanza dei concetti fondamentali e nell'applicazione degli stessi in problemi di Fisica.

La frequenza alle lezioni e alle esercitazioni in aula, anche se non obbligatoria, è fortemente consigliata.

1. Introduzione.
Introduzione all'elettromagnetismo, cenni storici. La carica elettrica quantizzata, conservazione della carica.
2. Proprietà elettriche dei materiali.
Legge di Coulomb, parallelo con la legge di Gravitazione Universale. Classificazione dei materiali per proprietà elettriche. Isolanti, conduttori e semiconduttori. Cenni alle applicazioni dei semiconduttori (esempi: diodo LED, transistor).
3. Campi elettrici.
Il campo elettrico generato da una carica puntiforme. Campo elettrico da una distribuzione di carica. Dipolo elettrico. Campo generato da un anello e da un disco carico uniformemente.
4. Teorema di Gauss e Dipolo elettrico.
Dipolo in un campo elettrico. Momento torcente. Flusso di campo vettoriale. Teorema di Gauss. Applicazioni della legge di Gauss. Legge di Gauss e legge di Coulomb. Conduttore carico isolato, campo generato da: un conduttore piano infinito, due piastre conduttrici, conduttore a simmetria sferica.
5. Energia potenziale e potenziale elettrico.
Gabbia di Faraday. Energia potenziale elettrica. Potenziale elettrico. Differenza di potenziale. Lavoro motore e lavoro resistente. Campo elettrico radiale. Potenziale in un campo elettrico uniforme tra due piastre conduttrici. Campo elettrico di N cariche puntiformi, principio di sovrapposizione. Potenziale di dipolo elettrico. Capacità elettrica. Potenziale dovuto a una carica puntiforme e ad un insieme discreto di cariche puntiformi. Potenziale di dipolo elettrico. Momento torcente ed energia potenziale di un dipolo immerso in un campo. Capacità elettrica di un conduttore carico.
6. Condensatori.
Condensatore a facce piane, condensatore cilindrico, condensatore sferico. Condensatori in serie e parallelo. Energia elettrostatica. Energia immagazzinata in un campo elettrico. Densità di energia. Condensatore in presenza di dielettrico. Esempi di dielettrici polari (acqua) e non polari.
7. Corrente elettrica e resistenza.
Definizione di corrente elettrica. Aspetto microscopico di corrente in un conduttore. Velocità di deriva e densità di corrente. Resistenza elettrica e resistività. Cenni ai materiali semiconduttori e superconduttori.
8. I circuiti elettrici.
Prima e seconda legge di Ohm. Aspetti microscopici. I circuiti elettrici, definizione di rami, nodi e maglie. Metodi di risoluzione dei circuiti elettrici. Prima e seconda legge di Kirchhoff. Applicazioni delle leggi di Kirchhoff. Partitore di tensione e di corrente. Generatore di tensione reale e ideale. Lavoro e potenza elettrica. L'effetto Joule. Carica e scarica di un condensatore.
9. Il campo magnetico ed interazioni con cariche elettriche.
Sorgenti di campo magnetico. La forza di Lorentz. Moto di una particella carica in un campo magnetico. Esperimento di Thomson e misura del rapporto massa su carica. Moto di una particella carica in un campo elettromagnetico. Moto di una particella carica con velocità obliqua rispetto al campo magnetico. Moto elicoidale. L'effetto Hall. Il ciclotrone. Filo percorso da corrente elettrica in un campo magnetico, la legge di Laplace. Spira percorsa da corrente immersa in un campo magnetico.
10. Momento di dipolo magnetico.
Momento torcente ed energia potenziale di un dipolo magnetico in campo. Parallelo con il dipolo elettrico. Momento di un magnete permanente. Il motore elettrico. Principio di equivalenza di Ampère.
11. Campi magnetici generati da correnti.
La legge di Biot-Savart. Campo magnetico generato da un filo rettilineo infinito. Forza esercitata da due fili rettilinei percorsi sa corrente. Legge di Ampère e sue applicazioni. Campo magnetico generato da un arco percorso da corrente. Campo all'interno di una spira circolare. Legge di circuitazione di Ampère. Campo magnetico all'esterno e all'interno di un filo percorso da corrente. Campo magnetico all'interno di un solenoide.
12. Induzione elettromagnetica.
Legge di Faraday-Neumann, legge di Lenz. Esperimenti di induzione, magnete in movimento, filo in movimento su campo magnetico fisso. Calcolo della forza generata in opposizione al movimento, calcolo della potenza generata e della potenza termica dissipata su carico resistivo. Campo elettrico indotto. Legge generalizzata di circuitazione di Faraday. Induttori e induttanze. Definizione di induttanza. Induttanza in un solenoide. Risoluzione del circuito RL.

Italian

The course of Physics 2 collects the fundamental laws of electro-magnetism and it’s divided in two main parts.
In the first part, it includes the main concepts of electrical charge, Coulomb interaction, Electric field and simple circuits.
In the second part, the course regards the charges in motion as source of magnetic field, le laws of electromagnetic induction, le interaction forces between electrical currents up to the synthesis of Maxwell equations in integral form.

SERWAY, JEWETT, Principi di Fisica. Edises

D. Halliday, R.Resnick, J. Walker. Fondamenti di Fisica. Elettromagnetismo, Ottica - Casa Editrice Ambrosiana.
Tipler, Mosca - Corso di Fisica 2 – Elettricità, Magnetismo, Ottica - Zanichelli;

Acquisition of basic knowledge of the concepts of electric charge, electrostatic interaction, electric field and potential, currents, magnetic fields, induction laws and Maxwell equations.
Ability to understand the main physical phenomena and to know how to interpret them with the fundamental laws.
Ability to solve basic exercises and problems.

Algebra, Trigonometry, Fundamentals of integral calculus (derivatives and simple integrals).
Main arguments afforded in the Physics 1 course.

The course will be administered through a block of theoretical lessons that can be quantified in 6 CFU, a block of numerical exercises equal to 1 CFU and a laboratory one corresponding to 1 CFU.

Single written test and subsequent oral test at the end of the course.
Written test: duration 3 hours. It consists in the resolution of 5 physical exercises, each exercise is assigned a score of 6 points which contributes to the final evaluation out of a total of 30 points. The oral test is accessed with a score of at least 15/30. It aims to ascertain the ability to apply the main concepts of the course in order to solve basic problems.
Oral exam: duration maximum 1 hour. It consists first of all in the discussion of the paper with particular attention to the exercises not performed and / or with errors. Afterwards, a topic of the course to be described and detailed with demonstrations and applications to phenomena is requested.
It aims to ascertain the degree of knowledge and mastery of the fundamental concepts and in the application of the same in Physics problems.

The students are strongly encouraged to follow all lectures and engage with the topics and the module leaders.

. Introduction.
Introduction to electromagnetism, historical notes. The quantized electric charge, conservation of the charge.
2. Electrical properties of materials.
Coulomb's law, parallel with the law of Universal Gravitation. Classification of materials for electrical properties. Insulators, conductors and semiconductors. Introduction to semiconductor applications (examples: LED diode, transistor).
3. Electric fields.
The electric field generated by a point charge. Electric field from a charge distribution. Electric dipole. Field generated by a ring and a uniformly loaded disk.
4. Gauss theorem and electric dipole.
Dipole in an electric field. Torque. Vector field flow. Gauss theorem. Applications of the Gauss law. Gauss's law and Coulomb's law. Insulated load conductor, field generated by: an infinite flat conductor, two conductive plates, spherical symmetry conductor.
5. Potential energy and electrical potential.
Faraday cage. Electric potential energy. Electrical potential. Potential difference. Engine work and hard work. Radial electric field. Potential in a uniform electric field between two conductive plates. Electric field of N point charges, superposition principle. Electric dipole potential. Electric capacity. Potential due to a point charge and a discrete set of point charges. Electric dipole potential. Torque and potential energy of a dipole immersed in a field. Electrical capacity of a charged conductor.
6. Capacitors.
Flat face condenser, cylindrical condenser, spherical condenser. Series and parallel capacitors. Electrostatic energy. Energy stored in an electric field. Energy density. Capacitor in the presence of dielectric. Examples of polar (water) and non-polar dielectrics.
7. Electric current and resistance.
Definition of electric current. Microscopic interpretation of current in a conductor. Drift speed and current density. Electrical resistance and resistivity. Brief reference to semiconductor and superconducting materials.
8. The electrical circuits.
First and second Ohm's law. Microscopic aspects. Electrical circuits, definition of branches, knots and meshes. Solving methods of electrical circuits. Kirchhoff's first and second law. Applications of Kirchhoff's laws. Voltage and current divider. Real and ideal voltage generator. Work and electrical power. The Joule effect. Charge and discharge of a capacitor.
9. The magnetic field and interactions with electric charges.
Magnetic field sources. The Lorentz force. Motion of a charged particle in a magnetic field. Thomson experiment and measurement of the mass ratio on charge. Motion of a charged particle in an electromagnetic field. Motion of a charged particle with oblique velocity with respect to the magnetic field. Helical motion. The Hall Effect. The cyclotron. Wire run by electric current in a magnetic field, Laplace's law. Coil with current immersed in a magnetic field.
10. Magnetic dipole moment.
Torque and potential energy of a magnetic dipole in the field. Parallel with the electric dipole. Moment of a permanent magnet. The electric motor. Ampère equivalence principle.
11. Magnetic fields generated by currents.
The law of Biot-Savart. Magnetic field generated by an infinite rectilinear wire. Force exerted by two rectilinear wires running or current. Ampère's law and its applications. Magnetic field generated by a current path arc. Field inside a circular spire. Ampère circuit law. Magnetic field outside and inside a current-carrying wire. Magnetic field inside a solenoid.

12. Electromagnetic induction.
Faraday-Neumann's law, Lenz's law. Induction experiments, moving magnet, moving wire on a fixed magnetic field. Calculation of the force generated in opposition to the movement, calculation of the power generated and of the thermal power dissipated on a resistive load. Induced electric field. Faraday's generalized law. Inductors and inductances. Definition of inductance. Inductance in a solenoid. Resolution of the RL circuit.