- Oggetto:
Fisica Generale II con laboratorio
- Oggetto:
Physics II with Laboratory
- Oggetto:
Anno accademico 2024/2025
- Codice attività didattica
- CHI0199
- Docenti
- Matteo Brogi (Titolare)
Alessandro Ferretti (Titolare)
Lorenzo Bianchi (Titolare) - Corso di studio
- Scienza dei Materiali [0205L31]
- Anno
- 2° anno
- Periodo
- Primo semestre
- Tipologia
- Di base
- 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
- Questo insegnamento ha come propedeuticità gli insegnamenti di Matematica (CHI0194) e Fisica Generale I con Laboratorio (MFN1264).
- Oggetto:
Sommario insegnamento
- Oggetto:
Obiettivi formativi
- Conoscenza delle leggi fondamentali dell'elettromagnetismo e dell'ottica geometrica.
- Conoscenza delle applicazioni scientifiche e tecnologiche più importanti dell'elettromagnetismo.
- 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.
- Oggetto:
Risultati dell'apprendimento attesi
Conoscenza e capacità di comprensione: acquisizione di conoscenze teoriche e operative relative all'elettrostatica, magnetismo, e teoria ondulatoria di base.
Capacità 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.
- Oggetto:
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 Ampère. 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 e generatori DC/AC.
- Fenomeni ondulatori: equazione delle onde, onde armoniche, intensità, potenza ed energia di un'onda.
- 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, metodi per polarizzare la luce (cenni).
- 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.
- Wave theory: wave equation, harmonic waves, intensity, power and energy of a wave.
- 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.
- Oggetto:
Modalità di insegnamento
L'insegnamento è suddiviso 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 dell'insegnamento e le indicazioni dei/delle partecipanti.
FrequenzaLa 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.
- Oggetto:
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.
- Per accedere alla prova orale, occorre un voto alla prova scritta di almeno 18/30.
- Il giorno della prova orale, verrà anche valutata la relazione di laboratorio ed eventuali correzioni verranno segnalate.
- Gli appelli sono 2 per la sessione invernale (gennaio e febbraio), 2 per la sessione estiva (giugno e luglio), 1 a settembre.
Ulteriori Dettagli
PROVA SCRITTA: 3 ore circa (1/3 del voto)
- L'esame scritto verterà su 12 esercizi tra 2 e 4 punti ciascuno (max. punti 36), atti a verificare i vari argomenti teorici trattati in classe.
- Il giudizio sarà espresso in trentesimi, e punteggi superiori a 30 considerati come una lode.
- Uno scritto giudicato sufficiente resta valido per la sessione in cui è sostenuto.
- Ogni scritto consegnato sostituisce sempre i precedenti, ed è quello che conta per l'accesso all'orale.
- È permesso l'utilizzo di calcolatrice non programmabile, 1 foglio A4 (fronte-retro) contenente esclusivamente formule e non 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 sarà presente un libro di testo per un rapido consulto (1-2 minuti). L'accesso è permesso ad uno/a studente/studentessa alla volta e per un numero ragionevole di volte (un paio di volte 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 la/lo studentessa/studente durante la prova orale. In caso la relazione risulti insufficiente l'esame non verrà superato e la/lo studentessa/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 2025 ha la frequenza in laboratorio valida se sostiene l'esame entro fine febbraio 2028.
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).
- La prova orale verterà sull'accertamento approfondito della comprensione dei concetti teorici e sperimentali dell'insegnamento e, qualora necessario, includerà una discussione sugli esercizi della prova scritta. Complessivamente, sarà anche valutata la chiarezza espositiva.
- The final exam consists of a laboratory report, a written and an oral examination.
- Lab report, written exam and oral exam weigh equally on the final mark.
- To access to the oral exam, students must pass the written test with a mark equal or greater than 18/30.
- On the day of the oral exam, there will be an additional discussion on the lab report and any necessary corrections.
- There are 5 regular chanches to pass the exam (Jan, Feb, Jun, Jul, Sep) plus 2 extra sessions for students who are late with their studies (fuori corso).
Ulteriori Dettagli
WRITTEN EXAM: about 3 hours (1/3 of the mark)
- The written exam will focus on problems and theory covered in class.
- 12 problems, 2-4 marks each (max. 36). Final mark out of 30, cum laude for marks > 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 solved problems), paper and pen.
- The use of devices such assmartphone, tablet, laptop, etc. is strictly forbidden, even offline and/or as a calculator.
- One textbook will be available to students for rapid (1-2 minutes) consultation. Access will be granted one student at a time, generally 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.
- 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.
- Oggetto:
Attività di supporto
Per questo anno accademico non sono previste attività specifiche di tutoraggio.
There is no tutoring planned for the current accademic year.
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
- Libri di testo alternativi sono accettabili 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:
Note
Gli/le studenti/esse con DSA o disabilità, sono pregati di prendere visione delle modalità di supporto (https://www.unito.it/servizi/lo-studio/studenti-e-studentesse-con-disabilita e di accoglienza (https://www.unito.it/accoglienza-studenti-con-disabilita-e-dsa) di Ateneo, ed in particolare delle procedure necessarie per il supporto in sede d’esame (https://www.unito.it/servizi/lo-studio/studenti-e-studentesse-con-disturbi-specifici-di-apprendimento-dsa/supporto)
Students with disabilities, including learning disability, are invited to refer to the documentation describing support (https://www.unito.it/servizi/lo-studio/studenti-e-studentesse-con-disabilita) and assistance (https://www.unito.it/accoglienza-studenti-con-disabilita-e-dsa) offered by the University. In particular, we would like to point out the steps necessary to obtain support during exams (https://www.unito.it/servizi/lo-studio/studenti-e-studentesse-con-disturbi-specifici-di-apprendimento-dsa/supporto).
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- Aperta
- Oggetto:
