Obiettivi Formativi

Questo corso si propone di: 1) Presentare allo studente concetti di elettromagnetismo classico di base (Elettrostatica, Magnetostatica, Elettrodinamica ed Ottica) ; 2) fornire gli strumenti necessari alla risoluzione dei problemi di elettromagnetismo ed ottica mediante l'uso di metodi di calcolo appropriati (calcolo vettoriale, differenziale) 3) rafforzare la comprensione dei concetti e dei principi mediante un ampio spettro di applicazioni, comprese quelle relative alle moderne tecnologie; 4) Mostrare come sia possibile studiare tutti i fenomeni elettromagnetici in termini delle Equazioni di Maxwell;

Learning Goals

The aim of the course is: 1) to provide students with the basic laws and methods of classic electromagnetism (electrostatic, magnetostatic, electrodynamic and optics) 2) to develop their skills in the application of these laws to specific electromagnetism and optical problems 3) to enhance the understanding of the concepts and principles through a broad spectrum of applications , including those relating to technology ; 4) to show how it is possible to study all electromagnetic phenomena in terms of Maxwell's equations

Metodi didattici

Il corso si svolge nel secondo semestre ed è strutturato in lezioni frontali (4 CFU) ed esercitazioni (2 CFU)

Teaching Methods

The course takes place in the second half of the semster and is structured into lectures ( 4 CFU ) and tutorials ( 2 CFU )

Prerequisiti

Conoscenza di base della matematica, fisica classica e calcolo vettoriale

Prerequisites

Knowledge of fundamentals of mathematics, classical physics and vector calculus

Verifiche dell'apprendimento

Prove scritte intermedie e prova finale scritta e orale.

Assessment

Written tests during the course and final written and oral exam.

Programma del Corso

I. Elementi di Calcolo Vettoriale Scalari,Vettori e Tensori - Campi scalari e superfici di livello - Campi vettoriali e linee di flusso - Integrali di linea, di superficie e di volume - Flusso e Circuitazione - Gradiente e superfici equipotenziali - Divergenza e sorgenti dei campi vettoriali - Teorema di Gauss - Gradiente, Laplaciano e Flusso del gradiente del campo 1/r - Rotore - Teorema di Stokes - Operatori II. Il Campo Elettrostatico nel Vuoto La carica elettrica - Il Principio di Conservazione della Carica Elettrica- Legge di Coulomb -Il campo elettrico - Il potenziale elettrostatico e l'Equazione di Poisson - Linee di flusso e superfici equipotenziali del campo elettrico - Legge di Gauss - Le equazioni fondamentali del campo elettrostatico - Potenziale e campo di uno strato e di un doppio strato - Potenziale e campo di una sfera - Potenziale all'interno di un doppio strato - Il dipolo elettrico – Conduttori- Potenziale dovuto a un conduttore carico- Capacità - Condensatori - Energia di un condensatore - Collegamento di condensatori in serie ed in parallelo – Condensatori con dielettrici III.Corrente elettrica e resistenza L'intensità di corrente elettrica e la densità di corrente - Il principio di conservazione della carica e l'equazione di continuità - La corrente stazionaria - La legge di Ohm e la resistenza elettrica - Forza elettromotrice- Resistori in serie e in parallelo- Leggi di Kirchhoff, Circuiti RC IV Il Campo Magnetico Linee di flusso del campo magnetico - Forza esercitata da un campo magnetico su un circuito percorso da corrente – Effetto Hall- legge di Biot-Savart- Forza magnetica tra conduttori paralleli- Legge di Ampere- Magnetismo nella materia V. Legge di Faraday e Induttanza L'induzione elettromagnetica - La legge di Faraday-Neumann e la legge di Lenz - Induzione mutua e autoinduzione – Generatori e motori - Correnti parassite –Circuiti RL- Oscillazioni in un circuito LC- Il circuito RLC- Circuiti in corrente alternata VI Onde elettromagnetiche Le equazioni di Maxwell - Equazioni delle onde - Le onde piane - Conservazione della energia e vettore di Poynting VII. Luce e Ottica La natura della luce- La velocità di propagazione della luce – Ottica geometrica- Costante dielettrica ed indice di rifrazione - Leggi della Riflessione e Rifrazione – Principio di Huyghens - La dispersione della luce e sue applicazioni- Riflessione interna totale- Formazione delle immagini da specchi e lenti sottili VIII Ottica Ondulatoria Esperimento di Young della doppia fenditura- Interferenza- Diffrazione da fenditure sottili -Polarizzazione della luce IX Fisica Moderna Principi di relatività- Equazioni di trasformazione di Lorentz- Fotoni e onde di materia- Corpo nero- Effetto Fotoelettrico- Elettroni come Onde di Materia- Principio di Indeterminazione di Heisenberg

Course Syllabus

I. Vector Calculus Scalar , vectors and tensors - scalar fields and level surfaces - Vector fields and flow lines - Line integrals, surface and volume - flow and circuitry - Gradient and equipotential surfaces - Divergence - Gauss theorem - Gradient , Laplacian and flow field gradient 1 / r - Rotor - Stokes theorem – Operators II. The Electrostatic Field in Vacuum The electric charge - The Principle of Conservation of electric charge- Coulomb's law -The electric field - The electrostatic potential and the Poisson equation - Flow lines and equipotential surfaces of the electric field - Gauss Law - The fundamental equations of the electrostatic field - potential and field of a layer and a double layer - potential and field of a sphere - potential inside a double layer - The electric dipole - conductors- potential due to a conductor load- capacity - Capacitors - Energy of a capacitor - Connection of capacitors in series and parallel - capacitors with dielectrics III. Electric current and resistance The electric current intensity and the current density - The principle of conservation of charge and the continuity equation - The stationary current - Ohm's law and the electric resistance – f.e.m - Resistors in series and in parallelogram IV The Magnetic Field Flow lines of the magnetic field - Force exerted by a magnetic field on a circuit current flows – Hall effect - Biot-Savart’s law - magnetic force between parallel conductors- Ampere’s Law- Magnetism in matter V. Faraday's Law and Inductance Electromagnetic induction - The Faraday- Neumann and Lenz's law - Mutual induction and self-induction - Generators and motors - RL circuits - oscillations in a circuit LC- RLC circuits - Alternating current circuits VI Electromagnetic waves Maxwell's equations - Equations of the waves - Conservation of energy and Poynting vector VII . Light and Optics The nature of light- speed of light propagation – Geometrical optics- Dielectric constant and refractive index - Laws of Reflection and Refraction - Huygens principle - Light scattering and its applications- Total reflection - Image formation by mirrors and thin lenses VIII Wave Optics Young's experiment of double slit - Interference- Diffraction -Polarization IX Modern Physics Principles of relativity- Lorentz transformations- Photons and waves-Black Body- Photoelectric Effect- Heisenberg uncertainty principle