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Oggetto:
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Fisica Generale II con laboratorio

Oggetto:

Physics II with Laboratory

Oggetto:

Anno accademico 2023/2024

Codice attività didattica
MFN1265
Docenti
Alessandro Ferretti (Titolare)
Lorenzo Bianchi (Titolare)
Matteo Brogi (Titolare)
Corso di studio
Scienza e Tecnologia dei Materiali [008716]
Anno
2° anno
Periodo
Primo semestre
Tipologia
Affine o integrativo
Crediti/Valenza
12
SSD attività didattica
FIS/01 - fisica sperimentale
Erogazione
Tradizionale
Lingua
Italiano
Frequenza
Frequenza alle lezioni facoltativa. Frequenza al laboratorio obbligatoria
Tipologia esame
Scritto ed orale
Prerequisiti
Fisica I con laboratorio.
Aver sostenuto come da obbligo l'esame di Matematica.


Oggetto:

Sommario insegnamento

Oggetto:

Obiettivi formativi

  • Conoscenza delle leggi fondamentali dell'elettromagnetismo, dell'ottica geometrica e fisica.
  • Conoscenza delle applicazioni scientifiche e tecnologiche più importanti.
  • Conoscenza sperimentale diretta dei principali fenomeni fisici che possono costituire uno strumento di indagine delle proprietà elettromagnetiche dei materiali.
  • Sviluppo delle competenze nell'elaborazione di dati sperimentali ed analisi degli errori.

  • Knowledge of the fundamental laws of electromagnetism, geometric and physics optic.
  • Knowledge of the key scientifical and technological applications of electromagnetism.
  • Knowledge of the key physics phenomena that can serve as investigative tools of the electromagnetic properties of the materials.
  • Development of solid skill in the analysis of experimental data and their uncertainties.
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Risultati dell'apprendimento attesi

Conoscenza e capacità di comprensione: acquisizione di conoscenze teoriche e operative relative all'elettrostatica, magnetismo, e teoria ondulatoria di base.

Calacità di applicare conoscenza e comprensione: acquisizione della capacità di riconoscere i fenomeni elettromagnetici in Natura ed applicare le corretti leggi fisiche per risolvere quesiti pratici di livello universitario.

Autonomia di giudizio: Acquisizione di competenze nel valutare autonomamente la qualità di dati sperimentali ottenuti durante le sessioni di laboratorio, nonché di riconoscere e/o correggere la corretta impostazione di un quesito.

Abilità comunicative: Acquisizione di competenze e strumenti di comprensione nella forma scritta e orale, in lingua italiana, utilizzati per spiegare i concetti teorici acquisiti, mostrare i passaggi algebrici nella risoluzione dei quesiti, visualizzare dati e spiegare in maniera corretta e concisa lo svolgimento delle esperienze di laboratorio.

Capacità di apprendimento: Acquisizione di capacità autonome di apprendimento e di autovalutazione della propria preparazione, atte ad intraprendere gli studi successivi con un alto grado di autonomia.

Knowledge and understanding: Acquisition of theoretical knowledge and applicative skills regarding the field of electrostatic, magnetism, and foundations of wave theory. 

Applying knowledge and understanding: Acquisition of the ability to recognise electromagnetic phenomena in Nature, and to apply the correct physical laws to solve practical problems at the level of a university degree.

Making judgements: Acquisition of the ability to evaluate the quality of experimental data obtained during the lab sessions, as well as the ability to recognise and/or correct the appropriate setting of a practical problem.

Communication skills: Acquisition of oral and written communication skills and expertise, in Italian, to be used to explain theoretical concepts, to show algebraic steps when solving problems, to visualise data and to explain clearly and concisely a lab experiment.

Learning skills: Acquisition of autonomous learning capacity and self-assessment of its preparation, in order to undertake subsequent studies with a high degree of autonomy.

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Programma

  • Forza elettrica, Legge di Coulomb, campi elettrostatici, lavoro della forza elettrica, potenziale elettrostatici.
  • Flusso del campo elettrico attraverso una superficie (Legge di Gauss) e sue applicazioni. Equazioni di Maxwell per l'elettrostatica.
  • Conduttori in equilibrio elettrostatico, condensatori ed energia del campo elettrostatico
  • Dielettrici. Campo elettrico e polarizzazione nei dielettrici. Equazioni di Maxwell in presenza di dielettrici.
  • Corrente elettrica. Effetto Joule, Legge di Ohm, circuiti.
  • Forza magnetica e campo magnetico. Forza magnetica su una carica in moto. Fenomeni fisici connessi al campo magnetico.
  • Le sorgenti del campo magnetico. Campo magnetico prodotto da una corrente elettrica. Legge di Ampere. Calcolo di campi magnetostatici.
  • Proprietà magnetiche della materia. Magnetizzazione della materia, equazioni generali della magnetostatica, ferromagnetismo.
  • Campi elettrici e magnetici variabili nel tempo. Equazioni di Maxwell.
  • Oscillazioni elettriche, correnti alternate. Circuito RLC. Generatori e motori.
  • Introduzione ai fenomeni ondulatori: equazione delle onde, onde armoniche, intensità, potenza ed energia di un'onda.
  • Dalle equazioni di Maxwell alle onde elettromagnetiche, intensità delle onde e.m., vettore di Poynting, lo spettro elettromagnetico.
  • Riflessione e rifrazione della luce.
  • Interferenza: esperimento di Young, proprietà della figura di interferenza.
  • Polarizzazione: la luce polarizzata, polarizzazione lineare, circolare ed ellittica, misure di polarizzazione, metodi per polarizzare la luce.
  • Ottica geometrica: leggi dell'ottica geometrica, riflessione, rifrazione, proprietà di specchi e lenti.
  • Esperienze di laboratorio: circuiti elettrici in AC e DC; misura della costante dielettrica di un materiale; ciclo di isteresi di un materiale ferromagnetico; misura della distanza focale di lenti convergenti e divergenti; misura dell'indice di rifrazione di un prisma in funzione della lunghezza d'onda; esperienze di ottica fisica (polarizzazione, diffrazione, misura di lunghezze d'onda con interferometri). Metodologia di analisi dei dati e calcolo degli errori.

  • Electric force, Coulomb Law, Electrostatic field, work made by the electric force, electrostatic potential.
  • Flux of electric field thorough a surface (Gauss Law) and examples. Maxwell equation for electrostatic fields.
  • Conductors in electrostatic equilibrium, capacitors and electrostatic field energy.
  • Dielectrics. Electric field in dielectrics and their polarisation.
  • Electric current. Joule effect, Ohm Law, electric circuits.
  • Magnetic force and magnetic field. Magnetic force on a moving charged particle.
  • Magnetic field produced by an electric current. Ampere Law.
  • Magnetic properties of matter. Matter magnetisation, general equation for the magneto-static field, ferromagnetism.
  • Time-dependent electric and magnetic fields. Maxwell equations.
  • Electric oscillations, alternate current. RLC circuits. Generators and engines.
  • Introduction to wave theory: wave equation, harmonic waves, intensity, power and energy of a wave.
  • From Maxwell equations to the electromagnetic waves: intensity of an e.m. wave, Poynting vector, electromagnetic spectrum.
  • Interference: Young experiment, properties of an interference pattern.
  • Polarisation: polarised light, linear polarisation, circular and elliptical polarisation, polarisation measurement, methods for polarising light.
  • Geometrical optics: geometrical-optics laws, reflection, refractions, mirrors and lenses properties.
  • Experiments in lab: electric circuits in AC and DC; measurement of a dielectric constant;  hysteresis cycle for a ferromagnetic body; measurement of the focal length of converging and diverging lenses; measurement of the refraction index of a prism, as a function of the light wave length; experiments on polarisation, diffraction, measurement of wave lengths with interferometers. Data analysis methodology and uncertainty evaluation.
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Modalità di insegnamento

L'insegnamento sarà ripartito nelle seguenti attività:

  • 64 ore di lezione a carattere teorico, in cui verranno discussi i fenomeni elettromagnetici e verranno presentate le leggi fisiche cui essi obbediscono;
  • 16 ore di esercizi in aula, in cui verranno presentati e risolti problemi concernenti i fenomeni elettromagnetici;
  • 6 ore di lezioni di introduzione alle attività di laboratorio;
  • 20 ore di esperienze in laboratorio.

La ripartizione delle ore teoriche e di esercitazione in aula è indicativa e potrà eventualmente subire variazioni a seconda delle necessità del corso.

Frequenza

La frequenza alla parte di laboratorio e alle sei ore introduttive al laboratorio stesso è obbligatoria e non può essere inferiore a 20 ore sulle 26 previste.

This module is subdivided into the following activities:

  • 64 hours of front lectures covering the theory.
  • 16 hours of problem classes.
  • 6 hours of introduction to lab experiments.
  • 20 hours of labs.

The above splitting between theory and problem classes is subject to modification should the need arise.

Attendance

Attendance to the 6+20 hours of laboratory (intro + experiment) is mandatory, and the final attendance must be at least 20 out of 26 hours). Attendance to the theory and problem classes is optional, but highly recommended.

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Modalità di verifica dell'apprendimento

  • L'esame consta di una relazione sull'attività di laboratorio, una prova scritta ed una orale.
  • Relazione, scritto e orale pesano in ugual modo sul punteggio finale.
  • L'esame scritto sarà su esercizi e/o teoria degli argomenti trattati nel corso.
  • Per accedere alla prova orale, durante la quale verrà discussa la relazione di laboratorio, bisogna passare le prova scritta con almeno 18/30.
  • La prova orale verterà sull'accertamento approfondito della comprensione dei concetti teorici e sperimentali affrontati nel corso e sulla discussione della relazione di laboratorio. Potrà anche venir richiesta una discussione della prova scritta. Complessivamente, sarà anche valutata la chiarezza espositiva.

Ulteriori Dettagli

PROVA SCRITTA: 3 ore circa (1/3 del voto)

  • 12 esercizi, 3 punti ciascuno. Il giudizio sarà espresso in trentesimi.
  • Uno scritto giudicato sufficiente resta valido per la sessione in cui è sostenuto.
  • Nel bene e nel male, esiti più recenti di esami scritti sostituiscono i precedenti.
  • È permesso l'utilizzo di calcolatrice non programmabile, formulario in formato A4 scritto di proprio pugno e non contenente esercizi svolti, carta e penna.
  • Non è consentito in alcun modo l'utilizzo di dispositivi quali smartphone, tablet, laptop, etc., neanche in modalità off-line o di mera calcolatrice.
  • Alla cattedra saranno presenti alcuni libri di testo per un RAPIDO (non eccedente il minuto) consulto. L'accesso è permesso ad uno/a studente/studentessa alla volta e per un numero ragionevole di volte (di massima, una o due a persona).
  • Al fine della corretta esecuzione dell'esercizio, è indispensabile scrivere i passaggi e le formule utilizzate per giungere al risultato finale.
  • La prova scritta è strettamente individuale. Qualsiasi forma di condivisione di informazioni in fase d'esame non sarà tollerata, comporterà l'allontanamento dall'aula e una verbalizzazione ufficiale.

RELAZIONI ESPERIENZE IN LABORATORIO (1/3 del voto)

  • Alla fine dei turni di laboratorio, a ogni componente del gruppo verrà assegnata la stesura di una diversa relazione, scelta dal docente tra le cinque esperienze svolte.
  • In caso di dubbi sul come redigere la relazione è caldamente consigliato di chiedere supporto al docente.
  • L'originalità della relazione verrà verificata dal docente. Chi consegnasse relazioni copiate/con dati copiati verrà escluso dai due appelli successivi e sarà passibile di ulteriori provvedimenti disciplinari da parte dell'Ateneo, secondo i dettami del Codice Etico della Comunità Universitaria.
  • La consegna della relazione va effettuata almeno sette giorni prima della data dell'orale.
  • La relazione verrà corretta dal docente e verrà poi discussa direttamente con lo studente durante la prova orale. In caso la relazione risulti insufficiente l'esame non verrà superato e lo studente, prima di ripresentarsi a un appello, dovrà rivedere la relazione seguendo le indicazioni del docente.
  • Le relazioni di laboratorio restano valide per 3 anni dopo aver frequentato il laboratorio. A titolo esemplificativo, questo significa che chi ha frequentato il laboratorio a gennaio 2024 ha la frequenza in laboratorio valida se sostiene l'esame entro fine febbraio 2027.

PROVA ORALE (1/3 del voto)

  • All'esame orale si accede solo se la prova scritta è superata (punteggio maggiore o uguale a 18/30).
  • Sessione gennaio-febbraio: max 2 appelli orali; giugno-luglio: max 2 appelli orali; settembre e straordinarie: 1 appello orale.

  • The final exam consists of a laboratory report, a written and an oral examination.
  • To access to the oral exam, students must pass the written test with a mark equal or greater than 18/30.
  • Lab report, written exam and oral exam weigh equally on the final mark.
  • The written exam will focus on problems and theory covered in class.
  • The oral exam will test an in-depth knowledge and understanding of theory and experiments as seen in class, and it will include a discussion of the laboratory report and the lab experiments. Furthermore, it may consist also in a discussion of the written exam. The ability to explain concept in a clear and correct fashion will contribute to the mark.

Ulteriori Dettagli

WRITTEN EXAM: about 3 hours (1/3 of the mark)

  • 12 problems, 3 marks each. Final mark out of 30.
  • A written exam above the pass mark (18/30) will be valid for the current session.
  • More recent written exams always substitute the older ones, even if the mark is lower.
  • Non-programmable calculators are allowed, as well as 1 handwritten A4 sheet of rubric (formulae only, no problems), paper and pen.
  • The use of devices such assmartphone, tablet, laptop, etc. is strictly forbidden, even offline and/or as a calculator.
  • Some textbooks will be available to students for rapid (at most 1 minute) consultation. Access will be granted one student at a time, once or twice per exam.
  • To be granted full mark, it is mandatory to write all the steps and formulae used to obtain the final result.
  • Written exams are strictly individual. There will be a zero-tolerance policy for exchange of information between students. In such cases, students will be expelled from the room and an official report will be raised.

LABORATORY REPORT (1/3 of the mark)

 

  • At the end of the laboratory activity each member of the group will be assigned the drafting of a different report, chosen by the teacher among the five experiences carried out.
  • In case of doubts about how to prepare the report, it is strongly recommended to ask the teacher for support.
  • The report must be delivered to the teacher at least seven days before the date of the oral exam.
  • Anyone delivering copied reports/with copied data will be excluded from the two subsequent sessions and will be subject to further disciplinary measures by the University, according to the dictates of the Code of Ethics of the University Community.
  • The report will be corrected by the teacher and will then be discussed directly with the student during the oral exam. If the report is insufficient, the exam will not be passed and the student, before resubmitting an appeal, must review the report according to the instructions of the teacher.
  • Lab reports remain valid for 3 years after attending the lab: this means that those who attended the laboratory in January 2024 have valid laboratory attendance until January 2027, i.e. all exam sessions in 2026 are covered.

ORAL EXAM

  • Oral exams can be accessed with a written exam of mark equal or above 18/30.
  • Jan-Feb session: max 2 oral exams; Jun-Jul: max 2 oral exams; Sep / extra: 1 oral exam.
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Attività di supporto

 

Le attività di tutorato saranno pubblicate non appena i tutor e gli orari saranno disponibili. In riferimento all'a.a. 2023-24, ci aspettiamo 10 ore di tutoraggio "standard" e 20 di "tutoraggio innovativo", normalmente focalizzati su simulazioni di prove scritte di esame.

Tutoring hours will be published as soon as the availability of tutors is confirmed. In reference to the AY 23-24, we are expecting 10 hours of standard tutoring and 20 of innovative tutoring, both broadly aimed at practicing the written exam.

Testi consigliati e bibliografia



Oggetto:
Libro
Titolo:  
Elementi di Fisica Vol. 2 Elettromagnetismo e Onde
Anno pubblicazione:  
2008
Editore:  
EdiSES
Autore:  
P. Mazzoldi, M. Nigro, C. Voci
ISBN  
Obbligatorio:  
Si


Oggetto:
Libro
Titolo:  
Introduzione all'analisi degli errori
Anno pubblicazione:  
2000
Editore:  
Zanichelli
Autore:  
John R. Taylor
ISBN  
Obbligatorio:  
Si
Oggetto:

  • Parte di laboratorio: schede fornite dai docenti
  • Nota: sono accettati anche altri testi purché di livello universitario adeguato. Nel dubbio, chiedere conferma ai docenti.

  • Laboratory: lab scripts handed in by the professors
  • Alternative textbooks are accetable if aimed at STEM university degrees. If in doubt, please ask the module leaders.


Oggetto:

Orario lezioniV

Lezioni: dal 28/09/2022 al 17/01/2023

Nota: Per l'orario dettagliato consultare la pagina "Orario Lezioni"
http://stmateriali.campusnet.unito.it/do/lezioni.pl

Registrazione
  • Aperta
    Oggetto:
    Ultimo aggiornamento: 12/12/2023 10:23
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