Obiettivi Formativi

Il corso si propone di far acquisire le conoscenze di base delle leggi fondamentali dell'elettromagnetismo, dell'ottica geometrica e fisica con particolare attenzione alle metodologie fisiche di interesse per le applicazioni nel campo della chimica.

Learning Goals

The course aims to acquire basic knowledge of the fundamental laws of electromagnetism, geometric and physical optics with particular attention to the physical methodologies of interest for applications in the field of chemistry.

Metodi didattici

Il corso si svolge nel secondo semestre ed è strutturato in lezioni frontali ed esercitazioni. Le lezioni frontali si avvalgono di supporti visivi (PowerPoint) che aiutano lo studente ad organizzare al meglio il materiale contenuto nei libri di testo e i propri appunti. Le esercitazioni svolte sono esaminate e corrette direttamente in classe.

Teaching Methods

The course takes place in the second half of the semester and is structured into lectures and tutorials. Lectures encompasses also powerpoint presentations in order to help students to organize their notes and materials from textbooks. Tests are examined and corrected in classroom.

Prerequisiti

Conoscenza di base della matematica, fisica classica e calcolo vettoriale

Prerequisites

Basic knowledge of mathematics, classical physics and vector calculus.

Verifiche dell'apprendimento

Esame finale scritto e orale. Le due prove possono essere sostenute in appelli diversi ma entro un anno solare. Gli studenti che nella prova scritta conseguono un punteggio medio pari o maggiore a 18/30 potranno sostenere il colloquio orale durante gli appelli stabiliti dal calendario. L’esame si intende superato se il punteggio medio tra parte scritta e parte orale è pari o superiore a 18/30.

Assessment

Final oral and written exam. The tests can be faced in three different exam sessions but within a solar year. Students who obtain an average score of 18 over 30 or more in the written test will be able to take the oral exam during the exam sessions established by the calendar. The exam is passed if the average score between written and oral part is equal to or greater than 18 over 30.

Programma del Corso

Il corso esplora gli argomenti di elettromagnetismo classico e di ottica: elettrostatica; leggi di Coulomb e di Gauss; correnti elettriche; legge di Ohm; magnetostatica: equazione di Biot-Savart, legge di Ampère; induzione magnetica; legge di Faraday; circuiti; equazioni di Maxwell; onde elettromagnetiche; ottica geometrica e ondulatoria. I. Richiami di Calcolo Vettoriale Campi scalari e superfici di livello - Campi vettoriali e linee di flusso - 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 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. VI Onde elettromagnetiche Le equazioni di Maxwell - Equazioni delle onde - Le onde piane – Esperimento di Hertz. Spettro elettromagnetico. 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

Course Syllabus

The course explores the topics of classical electromagnetism and optics: electrostatics; Coulomb and Gauss laws; electrical currents; Ohm's law; magnetostatic: Biot-Savart equation, Ampère's law; magnetic induction; Faraday's law; circuits; Maxwell equations; electromagnetic waves; geometric and wave optics. I. Vector Calculus Scalar , vectors and tensors - scalar fields and level surfaces - Flow and circuitry - Gradient and equipotential surfaces - Divergence - Gauss theorem - Gradient , Laplacian and flow field gradient 1 / r - Rotor - Stokes theorem 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 VI Electromagnetic waves Maxwell's equations - Equations of the waves – Hertz experiment. Electromagnetic spectrum 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