Obiettivi Formativi

Fornire conoscenze su: fenomenologia dell’elettromagnetismo a partire da cariche, magneti, elettrostatica, magnetismo, condensatori, dielettrici, circuiti e correnti (dc e ac) – proprietà generali dei campi elettrici e magnetici – proprietà dielettriche e magnetiche della materia – equazioni di Maxwell. Onde elettromagnetiche – ottica geometrica e ondulatoria – interazione della radiazione con la materia – dispersione e diffusione.

Learning Goals

To provide knowledge on: Phenomenology, electromagnetism from electric charges, magnets, static electricity, magnetism, capacitors, dielectrics, currents and circuits - general properties of electric and magnetic fields - dielectric properties and magnetic of the matter – Maxwell’s equations. Electromagnetic waves - Geometrical and ondulatory optics – interaction of radiation with matter - dispersion and diffusion.

Metodi didattici

Lezioni frontali con esercitazioni

Teaching Methods

Lectures with tutorials

Prerequisiti

Elementi di calcolo vettoriale. Elementi di calcolo differenziale ed integrale. Teoria delle equazioni differenziali ordinarie del I e II ordine.

Prerequisites

Elements of vector calculus. Elements of differential and integral calculus. Theory of ordinary differential equations of I and II order.

Verifiche dell'apprendimento

Prova in itinere e colloquio orale finale

Assessment

Progress tests and oral final test

Programma del Corso

Campo e potenziale elettrostatico. Isolanti e conduttori. Legge di Coulomb. Campo elettrostatico. Campo elettrostatico e distribuzioni di carica. Linee di forza del campo elettrostatico. Moto di una carica in un campo elettrostatico. Determinazione della carica elementare. Lavoro della forza elettrica. Potenziale elettrostatico. Energia potenziale elettrostatica. Superfici equipotenziali. Teorema di Stokes. Il dipolo elettrico ed il potenziale di un sistema di cariche nell'approssimazione di dipolo. Interazione tra dipoli. Legge di Gauss. Strato superficiale di carica. Equazioni di Maxwell per l'elettrostatica. Equazioni di Laplace e di Poisson. Conduttori. Capacita' di un conduttore isolato. Schermo elettrostatico. Sistemi di conduttori. Condensatori. Condensatori in parallelo ed in serie. Energia del campo elettrostatico. Energia di un sistema di cariche. Pressione elettrostatica. Dielettrici. La costante dielettrica. Polarizzazione dei dielettrici. Campo elettrico all'esterno ed all'interno di un dielettrico polarizzato. Induzione dielettrica e le equazioni generali dell'elettrostatica in presenza di dielettrici. Dielettrici isotropi ed anisotropi. Discontinuita' dei campi sulla superficie di separazione tra due dielettrici. Energia elettrostatica nei dielettrici. Meccanismi di polarizzazione nei dielettrici isotropi. Corrente elettrica. Conduzione e corrente elettrica. Legge di conservazione della carica. Legge di Ohm. Resistenza elettrica. Resistenze serie e parallelo. Effetto Joule. Legge di Ohm generalizzata. Circuiti RC. Leggi di Kirchhoff. Amperometro ed Ohmetro. Ponte di Wheatstone. Campo magnetico. Linee di forza. Legge di Gauss. Forza di Lorentz. Forza magnetica su un conduttore percorso da corrente. Principio di equivalenza di Ampère. Effetto Hall. Moti di particelle cariche in un campo magnetico uniforme. Sorgenti del campo magnetico. Campo magnetico prodotto da corrente. Legge di Ampere-Laplace e di Biot-Savart. Azioni elettrodinamiche tra circuiti percorsi da corrente. Legge di Ampere. Campi magnetici prodotti da circuiti particolari. Flusso tra circuiti ed autoflusso. Equazioni di Maxwell della magnetostatica. Proprieta' magnetiche della materia. La magnetizzazione. Permeabilita' e suscettivita' magnetica. Sostanze dia para e ferromagnetiche. Correnti amperiane e magnetizzazione. Il campo H e le equazioni generali della magnetostatica. Discontinuita' dei campi sulla superficie di separazione tra due mezzi magnetizzati. Diagramma di stato dei materiali ferromagnetici. Circuiti magnetici. Elettromagneti. Magneti permanenti. Teoria di Langevin del diamagnetismo. Ferromagnetismo. Campi elettrici e magnetici variabili nel tempo. L'induzione elettromagnetica e la legge di Faraday. Legge di Lenz. Origine della forza elettromotrice indotta. Autoinduzione. Energia magnetica. Mutua induzione. Circuiti accoppiati. La corrente di spostamento e la legge di Ampere-Maxwell. Equazioni di Maxwell. Caratteristiche, origine e spettro delle onde e.m. Propagazione di un’onda e.m. in un dielettrico e in un conduttore. Teorema di Kirchhoff. Principio di Huyghens-Fresnel. Ottica geometrica. Angolo critico e riflessione interna. Lastra. Prisma. Specchi, diottro e lenti. L’ingranditore. Ingrandimento angolare e laterale. Aberrazioni. Il microscopio semplice e composto. Il telescopio. Polarizzazione e processi di polarizzazione. L’interferenza. Sorgenti coerenti ed incoerenti. Interferenza prodotta da due o piu' sorgenti. Esperimento di Young. Cammino ottico. Interferenza nelle lamine sottili. Interferometri. La diffrazione di Frahunofer e di Fresnel. Diffrazione da fenditura rettilinea e da foro circolare. Reticolo. Potere dispersivo e potere risolutivo. Diffrazione dei raggi X.

Course Syllabus

Field and electrostatic potential. Insulators and conductors. Coulomb's law. Electrostatic field. Electrostatic field and distributions charge. Lines of force of the electrostatic field. Motion of a charge in an electrostatic field. Determination of the elementary charge. Work of the electric force. Electrostatic potential. Electrostatic potential energy. Equipotential surfaces. Stokes' theorem and its applications. The electric dipole and the potential of a system of charges in the approximation of the dipole. Interaction between dipoles. Gauss' law and its applications. Surface layer of charge. Maxwell's equations for electricity. Laplace and Poisson equations. Conductors. Capacity of an insulated conductor. Electrostatic screen. Systems of conductors. Capacitors. Capacitors in parallel and in series. Energy of the electrostatic field. Energy of a charges system. Electrostatic pressure. Dielectrics. The dielectric constant. Polarization of dielectrics. Electric field inside and outside of a polarized dielectric. Induction and dielectric general equations of electrostatics in the presence of dielectrics. Isotropic and anisotropic dielectrics. Discontinuity of the fields on the surface of separation between two dielectrics. Electrostatic energy in the dielectric. Mechanisms of polarization in isotropic dielectrics. Electricity. Conduction and electrical current. Law of conservation of charge. Ohm's law. Electric resistance. Resistors in series and parallel. Joule effect. Generalized Ohm's law. RC. Kirchhoff's laws. Ammeter and Ohmmeter. Wheatstone bridge. Magnetic field. Magnetic field lines. Gauss' law for the magnetic field. Lorentz’s force. Magnetic force on a current-carrying conductor. Ampere's principle of equivalence. Hall effect. Motions of charged particles in a uniform magnetic field. Sources of magnetic field. Magnetic field produced by a current. Ampere-Laplace’s law. Biot-Savart law. Electrodynamic action between the current carrying circuits. Ampere's law. Magnetic fields produced by special circuits. Flow between the circuits and autoflusso. Maxwell's Equations magnetostatics. Property of the magnetic field. The concept of magnetization. Permeability 'and magnetic susceptibility. Diamagnetic, paramagnetic and ferromagnetic substances. Amperiane current and magnetization. The field H and the general equations of magnetostatics. Discontinuity of the fields on the boundary between two magnetized media. State diagram of ferromagnetic materials. Magnetic circuits. Electromagnets. Permanent magnets. Microscopic Langevin theory of diamagnetism. Work on ferromagnetism. Electric and magnetic fields that vary over time. The electromagnetic induction and Faraday's law. Lenz's law. Origin of induced voltage force. Autoinduction. Magnetic energy. Mutual induction. Coupled circuits. The displacement current and Maxwell-Ampere's law. Maxwell's equations EM waves: origin and spectrum. Propagation of an em wave in a dielectric and a conductor. Kirchhoff's theorem. Huygens-Fresnel principle. Geometric optics. Critical angle and internal reflection. Plate. Prism. Mirrors. Diopter and lenses. The magnifier. Angular and lateral magnification. Aberrations. The simple and composite microscope. The telescope. Polarization and polarization processes. Interference. Coherent and incoherent sources. Interference produced by two or more coherent sources. Young's experiment. Optical path. Interference in thin foil. Interferometers. The Fresnel and Frahunofer diffraction. Diffraction by straight slit and by circular hole. Diffraction grating: properties. X-ray diffraction.