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.

Prerequisiti

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

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.