Obiettivi Formativi

Conoscenza di base e capacità di comprensione delle grandezze fisiche di tipo elettromagnetico, delle rispettive unità di misura, delle notazioni per esprimerle e le relazioni che tra esse intercorrono, dei concetti di elettrostatica e magnetostatica, con l’obiettivo di costituire una solida base per l’acquisizione dei contenuti dei corsi previsti negli anni successivi al primo, attraverso lezioni frontali e attività di laboratorio. Acquisizione della capacità di applicare i concetti di base per la corretta impostazione metodologica e la relativa risoluzione di semplici problemi di elettromagnetismo. In particolare, lo studente sarà in grado di realizzare dei semplici circuiti in corrente continua, stabilendone autonomamente la topologia e il dimensionamento e caratterizzandone il comportamento attraverso l’uso di strumentazione da banco. Sviluppo dell’abilità di stabilire correlazioni tra gli argomenti del corso, integrando correttamente le conoscenze di matematica che gli derivano dagli altri corsi. Sviluppo dell’abilità di espressione in maniera chiara e sintetica, dimostrando proprietà di linguaggio scientifico. Sviluppo delle abilità di apprendimento necessarie per affrontare gli studi successivi specifici dell’Ingegneria elettronica e informatica.

Learning Goals

Knowledge and comprehension of the fundamentals of the physical quantities involved in electromagnetism, of the relationships existing among them and of the measurement units and notation used for their quantification with the goal of achieving a sound background for a complete understanding of the engineering topics that will be studied in the second and third year. To this aim, class lectures are integrated with exercises and experiments in laboratory. Knowledge and comprehension of basic concepts pertaining electrostatics and magnetostatics. Development of the ability to deal with simple problems concerning electromagnetic phenomena, by choosing the most proper approach and methodologies related also to experimental activity by building, classifying, sizing and measuring simple direct current circuits through standard benchtop instrumentation. Development the ability of establishing correlations among the topics of the course together with the ability of expressing concepts in a clear and synthetic way, by using proper technical terminology. Development of the learning skills required to address the specialistic courses of Electronics and Computer Engineering.

Metodi didattici

Le lezioni saranno effettuate con lavagna e gessetto e vi saranno esercitazioni individuali e di gruppo e simulazione di esami su richiesta degli studenti. Sono altresì previste delle esercitazioni di laboratorio, attraverso le quali gli studenti, realizzando semplici circuiti e adoperando strumentazione da banco per caratterizzarli, possano verificare quanto appreso teoricamente. Su alcune specifiche parti del programma saranno forniti appunti da parte del docente.

Teaching Methods

Lectures will be given by using chalk and blackboard. Individual and group exercises, and exam simulation will be given on students’ requests. There will also be a laboratory section in which the students will develop simple circuits and characterize their electrical behavior by means of digital multimeters, and analogical instruments. Lectures’ notes will be provided on a few selected topics.

Prerequisiti

Nozioni di matematica e fisica di base

Prerequisites

Basic notions of physics and mathematics.

Verifiche dell'apprendimento

Gli studenti potranno scegliere di sostenere una unica prova scritta e orale su tutto il contenuto del programma, oppure potranno sostenere una prova scritta e orale parziale, sugli argomenti svolti nella prima metà del corso unitamente a una prova scritta e orale conclusiva sulla restante parte del programma. Coloro i quali saranno impossibilitati a sostenere la prova parziale o non l’avranno superata, potranno usufruire di una prova di recupero prima della conclusione del semestre. Una volta superata la prova parziale con una votazione complessiva superiore a 17/30 il risultato della stessa verrà ritenuto valido per un anno accademico, entro il quale occorrerà completare l’esame effettuando una prova scritta ed una orale sulla parte restante del programma nel corso degli appelli d’esame stabiliti dal calendario didattico. La prova scritta intermedia avrà due ore di durata e oltre a tre problemi analoghi a quelli svolti a lezione conterrà una domanda a risposta aperta estratta da un elenco che gli studenti riceveranno un paio di settimane prima del test. Il colloquio intermedio prevede due domande concernenti la prima metà del programma del corso. Qualora non sia stata effettuata o non sia stata superata la prova intermedia, la prova scritta d’esame durerà tre ore e conterrà quattro problemi della tipologia di quelli discussi e risolti a lezione e nella prova orale saranno poste quattro domande sull’intero programma del corso. In caso di superamento della prova parziale, la valutazione finale espressa in trentesimi sarà la media aritmetica dei voti conseguiti nella prova parziale e nella prova finale. Durante le prove scritte agli studenti non è consentito consultare libri o appunti. Nel corso delle prove orali gli studenti saranno incoraggiati ad avvalersi di simulatori per l’analisi dei circuiti e a presentare la dimostrazione pratica delle esperienze di laboratorio.

Assessment

The students will be able to choose whether to attend a final written and oral exam on all the topics covered by the course, or to attend a first written and oral mid-term test on topics covered in the first part of the subject and a second mid-term written and oral exam on the remaining topics. Students who miss or fail the first mid-term written and oral test, evaluated in score of thirty, will be given the possibility to recover it before the end of the semester. Once the first mid-term test is passed with overall evaluation higher than 17/30, the students have one academic year to complete their exam by attending on the scheduled dates, the second mid-term written and oral test. For students choosing the two mid-term exams, the final evaluation will be the arithmetic mean of the first and second mid-term exam grades. The final written exam will be three hours lasting and will contain problems of the kinds discussed and solved in class. The midterm written test will be two hours lasting and in addition to problems of the kinds discussed and solved in class will contain an open answer question selected from a list that the students will receive weeks before the test. During the written exam, the students are not allowed to consult any notes or books. During the oral exam, the students will be encouraged to use circuits simulators and to give practical demonstration of the laboratory experiments.

Programma del Corso

ELEMENTI INTRODUTTIVI: Campi scalari e vettoriali: gradiente, divergenza, rotore, circuitazione e flusso di un campo vettoriale. Teorema di Gauss. Teorema di Stokes. ELETTROSTATICA: carica e densità di carica, legge di Coulomb, campo e potenziale elettrostatico. Dipolo elettrico. Conduttori in equilibrio elettrostatico; capacità e dielettrici; polarizzazione; spostamento elettrico. Condensatori. CORRENTI CONTINUE: Corrente e densità di corrente elettrica. Legge di Ohm, effetto Joule. Leggi di Kirchhoff. MAGNETOSTATICA: forza di Lorentz, induzione magnetica. I e II legge di Laplace. Legge di Biot e Savart. Equazioni del campo induzione magnetica statico. Auto e mutua induzione; solenoidi; induttori; magnetizzazione. Teorema di Ampere. Interazione tra conduttori percorsi da corrente. CAMPI DIPENDENTI DAL TEMPO: Corrente di polarizzazione. Induzione elettromagnetica. Transitorio di carica e scarica del circuito RC, RL, RLC serie.Legge di Faraday-Newmann-Lenz. Correnti alternate sinusoidali: fasori e vettori rotanti. Legge di Ohm. Risonanza RLC serie. Legge di Ohm. EQUAZIONI DI MAXWELL: campo elettromagnetico, equazione delle onde. Vettore di Poynting. Onde piane. OTTICA: Leggi di Snell. Approssimazione dell’ottica geometrica di Gauss-Cartesio. Principio di Huygens. Specchi e diottri. Interferenza. Diffrazione.

Course Syllabus

INTRODUCTION: Scalar and vector fields: gradient, divergence, curl, circuitry and flow of a vector field. Gauss theorem. Stokes theorem. ELECTROSTATICS: charge and charge density, Coulomb’s law, electrostatic field and electrostatic potential. Gauss’ law. Equations of the electrostatic field. Electric dipole. Conductors in electrostatic equilibrium; capacitance and dielectrics; polarization; electric displacement. Capacitors. DIRECT CURRENT: Current and current density. Ohm’s law, Joule’s effect. Kirchhoff’s laws. STATIC MAGNETIC FIELDS: Lorentz’ force, magnetic induction. I and II Laplace’s law. Biot and Savart law. Equations of the static magnetic field. Self and mutual induction; coils; inductors; magnetization. Ampere’s theorem. Force between current-carrying conductors. TIME DEPENDENT FIELDS: Polarization current. Electromagnetic induction. Faraday-Newmann-Lenz law. RC, RL and LCR charge and discharge transients. SINUSOIDAL ALTERNATING CURRENT: phasors and rotating vectors. Ohm’s law. Resonance in RLC series circuits. MAXWELL EQUATIONS: electromagnetic field, wave equation. Poynting vector. Plane wave. OPTICS: Snell laws. Descartes-Gauss approximation of geometrical optics. Huygens principle. Mirrors, diopter. Interference. Diffraction.