Fisica Generale II con laboratorio

Oggetto:

Fisica Generale II con laboratorio

Oggetto:

Physics II with Laboratory

Oggetto:

Anno accademico 2013/2014

Codice dell'attività didattica

MFN1265

Docenti

Prof. Nicola Carlo Amapane (Titolare del corso)
Dott. Aurelio Siro Tonachini (Titolare del corso)
Dott. Riccardo Bellan (Titolare del corso)

Corso di studi

Scienza e Tecnologia dei Materiali

Anno

2° anno

Periodo didattico

Primo semestre

Tipologia

Affine o integrativo

Crediti/Valenza

SSD dell'attività didattica

FIS/01 - fisica sperimentale

Modalità di erogazione

Tradizionale

Lingua di insegnamento

Italiano

Modalità di frequenza

Frequenza alle lezioni facoltativa. Frequenza al laboratorio obbligatoria

Tipologia d'esame

Scritto ed orale

Modalità d'esame

L'esame consta di una prova scritta ed una orale. Per accedere allesame orale, oltre al superamento della prova scritta, è richiesta la stesura di una relazione che deve essere giudicata sufficiente, sulle esperienze di laboratorio. La valutazione sulla relazione delle esperienze di laboratorio sarà parte integrante del giudizio finale.

L'esame scritto sarà su esercizi e/o teoria degli argomenti trattati nel corso.
La prova orale verterà sull'accertamento approfondito della comprensione dei concetti teorici e sperimentali affrontati nel corso, sulla discussione della prova scritta, la relazione e le esperienze di laboratorio.

Ulteriori dettagli:
- Durata della prova scritta: 2 ore circa.
- All'esame orale si accede solo se la prova scritta è superata, ossia se il punteggio totalizzato è maggiore o ugale a 18/30.
- Uno scritto giudicato sufficiente resta valido per i quattro successivi orali.
- 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 manoscritto di proprio pugno, 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 ad uno 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, gli studenti interessati allontanti e respinti ufficialmente su verbale.
- Gli esercizi assegnati per casa e consegnati nei termini di scadenza al docente verrano valutati e contabilizzati come bonus, ossia l'esito potrà apportare solo variazione in positivo (o nulla) al voto finale d'esame. Al fine di accertare l'effettivo svolgimento degli esercizi (e quindi l'assegnazione del bonus), essi possono essere oggetto della discussione d'esame.
- Le relazioni devono essere consegnate almeno due settimane prima dell'appello orale in cui si intende sostenere l'esame. Fa eccezione il primissimo appello (30/01/2014) per il quale è permessa la consegna fino ad una settimana prima dell'appello orale. Relazioni consegnate oltre tale data non verrano prese in considerazione e pertanto gli studenti interessati non saranno ammessi alla prova orale.
- La frequenza al laboratorio ha un periodo di validità massimo di due anni accademici (esempio: gli studenti che hanno frequentato il laboratorio nell'anno accademico 2013/14, in caso di mancato superamento dell'esame entro l'anno solare 2015, dovranno rifare le esperienze di laboratorio nell'anno accademico 2015/16). NB: la durata dell'attestazione di frequenza è indipendente dalla data in cui vengono presentate le relazioni al docente.
- Gli studenti dei corsi di Fisica II (MFN0656), Fisica III (MFN0660) ed Elettromagnetismo (M8072) che intendono sostenere l'esame con i soprascritti docenti sono pregati di contattare gli stessi il prima possibile, se non già fatto.

Prerequisiti

Fisica I con laboratorio, analisi matematica.

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.

Oggetto:

Risultati dell'apprendimento attesi

Capacità di riconoscere in Natura i fenomeni elettromagnetici e ottici e di applicare le relative leggi fisiche che li descrivono. Capacità di risolvere quesiti pratici di livello universitario.

Capacità di impostare una misura di laboratorio e di analizzarne ed interpretarne correttamente i risultati

Oggetto:

Forza elettrica, Legge di Coulomb, campo elettrostatico, lavoro della forza elettrica, potenziale elettrostatico.
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.
Corrente elettrica. Effetto Joule, Legge di Ohm, circuiti.
Forza magnetica e campo magnetico. Forza magnetica su una carica in moto.
Campo magnetico prodotto da una corrente elettrica. Legge di Ampere.
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.
Interferenza: esperimento di Young, proprietà della figura di interferenza, reticoli e spettri, cenni sui reticoli cristallini, interferometro di Michelson.
Diffrazione: figura prodotta da singola fenditura, distribuzione di intensità nelle figure di diffrazione, limite di risoluzione.
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, gratings and spectra, introduction to chrystal's diffraction gratings, Michelson's interferometer.
Diffraction: pattern from a single hole, intensity distribution in a diffraction pattern, resolution limits.
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.

Descrizione

Testi consigliati e bibliografia

Oggetto:

P. Mazzoldi, M. Nigro, C. Voci, Elementi di Fisica Vol. 2 Elettromagnetismo e Onde (EdiSES)
Gettys, Fisica 2 - Elettromagnetismo – Onde – Ottica (McGraw-Hill), 4^a edizione
John R. Taylor, Introduzione all’analisi degli errori (Zanichelli)
Parte di laboratorio: schede fornite dai docenti

Oggetto: