Programma:

Elettrostatica nel vuoto
Carica elettrica e legge di Coulomb. Campo elettrico. Campo elettrostatico generato da sistemi di cariche con distribuzione spaziale fissa e nota. Campo elettrico generato da un filo indefinito uniformemente carico. Campo elettrico generato da un piano indefinito uniformemente carico. Campo elettrico generato da due piani indefiniti uniformemente carichi con densità di carica superficiale di segno opposto. Teorema di Gauss. Potenziale elettrico. Campo elettrico e potenziale generati da una sfera uniformemente carica. Calcolo del campo elettrico e del potenziale generati, rispettivamente, da un filo indefinito e da un piano indefinito uniformemente carichi. Prima equazione di Maxwell. Dipolo elettrico. Azioni meccaniche su dipoli elettrici in un campo elettrico esterno. Conservatività del campo elettrostatico.

Sistemi di conduttori e campo elettrostatico
Campo elettrostatico e distribuzioni di carica nei conduttori. Induzione completa. Effetti di schermo di un conduttore avente al suo interno una cavità. Schermo elettrostatico. Effetto punta. Capacità elettrica. Condensatori. Condensatore piano, sferico e cilindrico. Sistemi di condensatori. Energia del campo elettrostatico. Calcolo dell’energia elettrostatica del condensatore. Densità d’energia elettrostatica.

Elettrostatica in presenza di dielettrici
Costante dielettrica. Interpretazione microscopica. Il vettore polarizzazione elettrica P. Relazione tra il vettore di polarizzazione ed il vettore campo elettrico. Le equazioni dell’elettrostatica in presenza di dielettrici. Problema generale dell’elettrostatica in presenza di dielettrici. Condizioni di raccordo dei campi E e D. Calcolo delle densità di carica di polarizzazione nel caso di un condensatore riempito da un dielettrico omogeneo ed isotropo. Calcolo delle densità di carica di polarizzazione nel caso di un condensatore riempito da due dielettrici omogenei ed isotropi diversi. Energia elettrostatica in presenza di dielettrici. Forza di risucchio che agisce su di un dielettrico parzialmente inserito all’interno di un condensatore carico: bilancio energetico e lavoro della forza di risucchio.

Corrente elettrica stazionaria
Conduttori. Gas d’elettroni, velocità d’agitazione termica e velocità di deriva. Corrente elettrica. Densità di corrente ed equazione di continuità. Equazione di continuità nel caso stazionario. Equazione di continuità nel caso non stazionario: densità di corrente di spostamento. Densità di corrente totale generalizzata. Resistenza elettrica e legge di Ohm. Fenomeni dissipativi nei conduttori percorsi da corrente. Resistenza elettrica di strutture conduttrici ohmiche. Forza elettromotrice e generatori elettrici. Circuiti in corrente continua. Cenno ad alcuni metodi di misura di correnti, differenze di potenziale e resistenze. Ponte di Wheatstone. Circuiti percorsi da corrente quasi stazionaria: circuito RC in carica, circuito RC in scarica, bilancio energetico.

Fenomeni magnetici stazionari nel vuoto
Forza di Lorentz e vettore induzione magnetica B. Moto di una carica in un campo magnetico esterno. Azioni meccaniche su circuiti percorsi da corrente stazionaria in un campo magnetico esterno. Campo B0 generato da correnti stazionarie nel vuoto. Divergenza e circuitazione del campo B. Teorema della circuitazione di Ampere. Calcolo del campo magnetico generato dalle seguenti distribuzioni di correnti stazionarie: filo rettilineo indefinito, spira circolare, solenoide. Approssimazione di solenoide lungo. Interazioni fra circuiti percorsi da corrente stazionaria. Definizione operativa dell’Ampere. Effetto Hall.

Magnetismo nella materia
Polarizzazione magnetica e sue relazioni con le correnti microscopiche. Le equazioni fondamentali della magnetostatica in presenza di materia e le condizioni di raccordo per B ed H. Proprietà dei materiali dia-, para- e ferro-magnetici. Circuiti magnetici, elettromagneti e magneti permanenti.

Campi elettrici e magnetici variabili nel tempo: terza e quarta equazione di Maxwell
Induzione elettromagnetica. La legge di Faraday-Neumann-Lenz. Interpretazione fisica del fenomeno dell’induzione elettromagnetica. Forma locale della legge di Faraday-Neumann-Lenz ed espressione della terza equazione di Maxwell nel caso non stazionario. La quarta equazione di Maxwell nel caso non stazionario. Il fenomeno dell’autoinduzione e coefficiente di autoinduzione. Analisi energetica di un circuito RL. Densità d’energia del campo magnetico. Densità d’energia del campo elettromagnetico.

Correnti alternate
Grandezze alternate. Circuito RLC. Metodo simbolico. Impedenza e reattanza. Circuiti elettrici in condizioni di risonanza. Potenza assorbita dai circuiti elettrici in corrente alternata. Legge di Galileo Ferraris.

Onde elettromagnetiche
Introduzione alle onde ed equazione di d’Alambert. Soluzione dell’equazione delle onde in forma di onde armoniche. Velocità di fase delle onde. Equazione delle onde elettromagnetiche. Onde elettromagnetiche piane. Onde sferiche. Spettro delle onde elettromagnetiche. Conservazione dell’energia e vettore di Poynting. Quantità di moto di un’onda elettromagnetica. Pressione di radiazione.

Fenomeni classici d’interazione fra radiazione e materia
Principio di Fermat. Riflessione e rifrazione delle onde elettromagnetiche alla luce del principio di Fermat.

Testi di riferimento:

1. D. Halliday, R. Reasnick, J. Walker
Fondamenti di Fisica – Elettrologia, Magnetismo, Ottica
Quinta edizione
Casa Editrice Ambrosiana

2. C. Mencuccini, V. Silvestrini
FISICA II - Elettromagnetismo Ottica
Liguori Editore, Napoli.

3. P. Mengucci, G. Fava, G. Majni
Problemi d’esame risolti – Fisica Generale II
CLUA Edizioni, Ancona.

4. R.G.M. Caciuffo, S. Melone
Fisica Generale - II Volume
Masson Editore, Milano.