Scheda Insegnamento: FISICA II A.A. 2017/2018
  • Corso di Laurea: INGEGNERIA INDUSTRIALE (L-9)
  • Codice: 15677
  • Crediti: 9
  • Anno Off. Formativa: 2017/2018
  • Anno di Corso: 2
  • Erogazione: I semestre
  • Docente: SALVATORE CANNISTRARO

Programma

OBIETTIVI FORMATIVI
Il corso di FISICA II che gli studenti di Ingegneria Industriale seguono al primo semestre del secondo anno accademico si propone di introdurre lo studente ai principi dell’Elettromagnetismo, Ottica geometrica, Ottica Fisica, e Fisica moderna, fornendogli le conoscenze fondamentali sia dal punto di vista teorico, sperimentale, logico deduttivo e all’interno di un formalismo matematico rigoroso.

Il corso ha i seguenti obiettivi formativi:
acquisizione delle basi teoriche, sperimentali e logico-deduttive dei: a) fondamenti dell’elettromagnetismo classico, sia nel vuoto che in presenza di materiali; b) circuiti elettrici in corrente continua o alternata; c) leggi e dei principi dell’Ottica geometrica e fisica, in particolare dei fenomeni di propagazione della luce, della formazione di immagini per riflessione e rifrazione, dell’interferenza e della diffrazione; d) conoscenza, anche storica, della crisi della Fisica Classica con il passaggio verso la Fisica Moderna, e acquisizione dei concetti fondamentali della Fisica Moderna Quantistica.

Il corso si propone di applicare le metodologie di base della Fisica Sperimentale, sviluppando le capacità di identificazione degli aspetti essenziali dei fenomeni fisici e le abilità logico critiche che consentono di proporre e/o verificare modelli fenomenologici in grado di descriverli.

RISULTATI DI APPRENDIMENTO ATTESI
Ci si aspetta che al termine del corso lo studente abbia appreso i fondamenti teorici e sperimentali della Fisica, le sue leggi fondamentali e abbia acquisito la capacità di applicare le leggi della dell’elettromagnetismo, dell’ottica e della fisica moderna per risolvere problemi specifici.

Alla fine del corso lo studente dovrà aver sviluppato le capacità di identificazione degli aspetti essenziali dei fenomeni fisici e le abilità logico critiche che consentono di proporre e/o verificare modelli fenomenologici.

Lo studente sarà in grado di comprendere le problematiche generali relative alle operazioni di misura con strumenti analogici e digitali, come multimetri, generatori di segnali, e oscilloscopi, acquisendo le conoscenze per realizzare e analizzare alcune semplici esperienze di laboratorio.

Un importante risultato atteso è la comprensione del metodo scientifico, della natura e delle modalità della ricerca in Fisica, e la capacità di esporre gli argomenti trattati durante il corso.

L’acquisizione degli obiettivi formativi identificati, permetterà agli studenti di disporre degli strumenti per interpretare e descrivere i
problemi di interesse nelle discipline caratterizzanti.


PROGRAMMA

Presentazione del Corso di Fisica II: connessione con le altre discipline.
Elettromagnetismo
Carica elettrica. Conduttori isolanti. Legge di Coulomb. Campo elettrico. Dipolo elettrico. Azione di un campo su cariche e dipoli. Campi elettrici da distribuzioni continue di cariche. Legge di Gauss. Calcolo del campo elettrico con la legge di Gauss e considerazioni di simmetria. Differenza di potenziale. Potenziale elettrico di cariche puntiformi e di distribuzioni continue di cariche. Energia potenziale elettrostatica. Capacita' e condensatori. Dielettrici. Energia del campo elettrostatico. Circuiti con batteria e condensatori (in serie ed in parallelo). Corrente elettrica e moto delle cariche. Densita' di corrente e velocità di deriva. Resistenza e legge di Ohm. Energia nei circuiti elettrici. Fem e batterie.Resistenze in serie ed in parallelo. Leggi di Kirchhoff. Circuiti a maglia singola e a piu' maglie. Strumenti di misura: Amperometri, voltmetri e ohmmetri ed applicazioni. Circuiti RC. Campo magnetico. Forza (di Lorentz) esercitata da un campo magnetico su cariche e su fili percorsi da corrente. Moto di una carica in un campo magnetico. Applicazioni: misura (di Thompson) di q/m per l'elettrone; spettrometro di massa; ciclotrone. Momenti esercitati su spire di corrente e su magneti. Energia di un dipolo magnetico in un campo magnetico. Effetto Hall. Campo magnetico terrestre. Sorgenti di campo magnetico. Legge di Biot-Savart. Campo magnetico da circolazione di corrente in un filo, in una spira, in un solenoide. Forza magnetica tra fili. Legge di Gauss per il magnetismo. Legge di Ampere e sue limitazioni. Magnetismo della materia. Magnetizzazione e suscettivita' magnetica. Paramagnetismo, ferromagnetismo e diamagnetismo ed applicazioni. Induzione magnetica. Fem indotta e legge di Faraday-Neuman -Lenz. Fem mozionale. Generatori e motori ed applicazioni. Correnti parassite. Induttanza. Auto- e mutua-induttanza. Energia magnetica. Circuiti RL. Circuiti a corrente alternata. Valori efficaci. Corrente alternata in resistori, induttori e condensatori. Reattanze. Trasformatore. Circuiti LC e RLC senza e con generatore. Fasori. Risonanza. Filtri. Equazioni di Maxwell (in forma integrale) e onde elettromagnetiche. Derivazione dell'equazione d'onda per le onde elettromagnetiche. Radiazione elettromagnetica e relativo spettro con applicazioni. Produzione di onde elettromagnetiche, radiazione di dipolo elettrico. Energia e impulso di un'onda elettromagnetica. Vettore di Poynting e pressione di radiazione.

Ottica geometrica e fisica

Proprieta' della luce. Velocita' e sua misura. Propagazione della luce. Principi di Huygens e Fermat. Riflessione e rifrazione. Legge di Snell. Indice di rifrazione. Riflessione interna: Dispersione. Polarizzazione. Legge di Malus. Polarizzazione per riflessione e per diffusione. Sorgenti di luce coerenti e incoerenti. Specchi piani e sferici. Formazioni di immagini da specchi. Equazione di uno specchio. Formazioni di immagini per rifrazione. Lenti. Lenti sottili, convergenti e divergenti. Formazioni di immagini in tali lenti. Equazione del fabbricante di lenti. Potere di una lente. Equazione delle lenti sottili e relative convenzioni. Sistema con piu' lenti. Aberrazioni. Strumenti ottici: l'occhio, l'ingranditore semplice, il microscopio, il telescopio. Ingrandimento. Difetti dell'occhio e loro correzione. Interferenza e diffrazione. Differenza di fase e coerenza. Interferenza da due fenditure (Young). Interferenza in strati sottili. Intensità delle frange. Diffrazione da singola fenditura. Interferenza e diffrazione combinate. Uso dei fasori. Diffrazione di Fraunhofer e di Fresnel. Diffrazione e risoluzione. Applicazione all'occhio umano. Reticoli di diffrazione e loro potere risolutivo.

Fisica moderna

Crisi della fisica classica e nascita della fisica moderna (quantistica). Legge di Stefan-Boltzmann, di Wien di Rayleigh-Jeans. Quanti e legge di Planck. Dualita' onda particella. Effetto fotoelettrico e Compton. Principio di indeterminazione di Heisenberg. Ipotesi di de Broglie. Interferenza e diffrazione di elettroni. Funzione d'onda e quantizzazione dell'energia in sistemi confinati. Equazione di Schrodinger Modello di Bohr per l'atomo di idrogeno. Energie e raggi delle orbite. Spiegazione delle serie spettrali. Numeri quantici. Organizzazione degli elettroni negli atomi. Legami e forze molecolari. Legami ionici, covalenti, metallici, idrogeno, van der Waals. Fasi e strutture dei materiali. Strutture a bande nei solidi (conduttori, isolanti, semiconduttori). Radioattivita': emissioni alfa, beta e gamma. Legge di decadimento radioattivo. Effetti delle radiazioni.

Sono inoltre previste le seguenti esercitazioni (obbligatorie) di Laboratorio di Fisica II:
-Oscilloscopio, multimetro, generatore di funzione, alimentatore. Norme di sicurezza.
-Legge sperimentale di Ohm; circuiti con resistenze in serie e in parallelo.
-Studio sperimentale di: circuiti RL, RC, RLC, filtri, risonanza.
-Esperienza di ottica geometrica, lente convergente, legge dei punti coniugati.
-Esperienza di ottica fisica, laser reticolo interferenza e diffrazione.

Testi consigliati

#&61607; P.A. Tipler, G. Mosca, “Corso di Fisica: Elettricità, Magnetismo, Ottica”, ed Zanichelli.
#&61607; P.A. Tipler, G. Mosca, “Corso di Fisica: Fisica Moderna”, ed Zanichelli.

Propedeuticità

Analisi II, Fisica I

Frequenza

Facoltativa

Metodologia didattica

Ore lezione: 72

Valutazione del profitto

Prova scritta, prova orale, esercitazioni

Descrizione dei metodi di accertamento

Norme per gli esami di FISICA I e II: 1) Gli esami si svolgono in tre sessioni: sessione invernale, sessione estiva, sessione autunnale. 2) Ogni sessione comprende quattro appelli: due per la prova scritta e due per la prova orale. 3) Per sostenere la prova orale il voto ottenuto nella prova scritta deve essere almeno 18/30. 4) La validita' di una prova scritta e' limitata alla sessione in cui si e' svolta. 5) Durante ognuno dei due corsi sono previste quattro esercitazioni di laboratorio la cui frequenza e' obbligatoria per sostenere l'esame; e' consentito il recupero di una sola esercitazione. Ogni esercitazione prevede la stesura di una relazione inerente il tipo di esperimento eseguito in laboratorio, che dovrà essere consegnata obbligatoriamente alla fine dell’esercitazione stessa. Ogni relazione e' valutata da un giudizio (A: Ottimo; B: buono; C: sufficiente; D: non sufficiente). 6) La votazione finale di ognuno dei due corsi atterra' alla valutazione della prova scritta, della prova orale e delle relazioni di laboratorio.
8) Un voto minore di 18/30 al primo appello non consente di sostenere lo scritto del secondo appello; viceversa il candidato che durante il primo scritto valutasse insufficiente il proprio elaborato prima di consegnarlo, potrà dichiararlo scrivendo “RITIRATO” sul foglio intestato. In questo caso l'elaborato non sarà preso in considerazione e il candidato sarà ammesso al secondo appello della stessa sessione.
9) Durante il corso sono previste esercitazioni di laboratorio la cui frequenza è considerata obbligatoria al superamento dell'esame finale; è consentito il recupero di una sola esercitazione in caso di assenza. Ogni esercitazione prevede la stesura di una relazione inerente il tipo di esperimento eseguito in laboratorio; la prova di esame orale prevederà una discussione individuale delle relazioni.

Luogo lezioni

Aula nuova Ingegneria DEB Campus Riello Largo dell'Università

Orario lezioni

L'orario delle lezioni è di norma stabilito 90 gg prima dell'inizio dei corsi. Non appena disponibile, sarà pubblicato sul sito web.

Comunicazioni

Martedi e Giovedi ore 16-18 presso lo studio del Professor Cannistraro Blocco E