Fisica generale AB - (9 cfu)
Finalità
Modulo A
Il corso si propone di fornire una conoscenza organica delle leggi fondamentali della meccanica classica del punto materiale e dei sistemi.
Modulo B
Il corso si prefigge di fornire allo studente le nozioni fondamentali di termodinamica e di elettrostatica. Queste nozioni dovranno consentirgli di impostare e risolvere semplici problemi e di comprendere alcune proprietà fondamentali della materia, derivanti dalle leggi studiate.
Programma
Modulo A
- Introduzione. Le grandezze fisiche. Sistemi di unità di misura. Equazioni dimensionali. Scalari e vettori.
- Cinematica. Il punto materiale. Le grandezze cinematiche fondamentali. Moti rettilinei. Moti piani. Moti in tre dimensioni. Moti rotatori.
- Dinamica del punto materiale. Le leggi fondamentali della dinamica. Conservazione della quantità di moto. Forze di attrito. Sistemi di riferimento non inerziali. Forze di inerzia.
- Lavoro ed energia. Lavoro delle forze. Potenza. Energia cinetica. Campi di forza conservativi. Energia potenziale. Conservazione dell'energia meccanica.
- Dinamica dei sistemi. Sistemi a molte particelle. Centro di massa. Leggi della dinamica e moto dei sistemi. Fenomeni d'urto.
- Dinamica rotazionale. Momento delle forze. Momento angolare. Momento d'inerzia. Leggi della dinamica e moti rotatori. Energia cinetica rotazionale. Conservazione del momento angolare. Moti rototraslatori.
- Moti oscillatori. Il moto armonico semplice. Esempi di moti armonici. Moti oscillatori smorzati. Moti oscillatori forzati.
Modulo B
TERMODINAMICA
Cenni di statica dei fluidi. Pressione. Variazione della pressione in un fluido. Principio di Pascal. Pressione atmosferica.
Introduzione: Sistemi e stati termodinamici. Definizione dei termini principali (sistema termodinamico, ambiente, universo; sistema aperto, sistema chiuso, sistema isolato; variabili termodinamiche e equazione di stato termodinamico). Definizione di pressione.
Stato di equilibrio termodinamico e principio zero della termodinamica (trasformazione termodinamica, equilibrio termico, contatto termico, sistema adiabatico) definizione di temperatura
Termometri (fenomeni fisici e caratteristiche termometriche) e scale di temperatura. Il termometro a gas a volume costante e le scale Kelvin e Celsius
La dilatazione termica dei solidi e dei liquidi
Le leggi dei gas perfetti.
Teoria cinetica dei gas: pressione, temperatura e modello molecolare. Equipartizione dell’energia.
Il calore. Capacità termica e calore specifico. Calore latente. Conduzione del calore: conduzione, convezione e irraggiamento
Il lavoro termodinamico. Diagramma P-V. Calore e lavoro per trasformazioni semplici termodinamiche di gas perfetti (trasformazioni isobare, isocore, isoterme).
Energia interna e primo principio della termodinamica.
Applicazioni del primo principio alle trasformazioni semplici Energia interna di un gas perfetto: capacità termica e relazione di Meyer.
Macchine termiche e secondo principio della termodinamica. Rendimento di una macchina termica. Macchine frigorifere e pompe di calore. Trasformazioni reversibili e irreversibili.
Il ciclo di Carnot: calcolo del rendimento e suo significato. La scala assoluta della temperatura
La funzione di stato entropia. Trasformazioni irreversibili (espansione libera e passaggio irreversibile di calore) e principio di aumento dell’entropia. Degradazione dell’energia. Entropia e probabilità. Terzo principio della termodinamica
ElETTROSTATICA
Cariche elettriche: fenomenologia, quantizzazione della carica e principio di conservazione della carica. La legge di Coulomb: forma vettoriale e parallelo con la legge di gravitazione universale.
Campo elettrico: distribuzioni discrete e continue di carica. Linee di forza del campo elettrico. Moto di una particella carica in un campo elettrico
Flusso del campo elettrico e legge di Gauss. Applicazione dela legge di Gauss a distribuzioni di carica: lineare, superficiale e sferica.
Lavoro di una forza elettrica. Energia potenziale elettrostatica. Il potenziale elettrico. Calcolo di differenze di potenziale elettrostatico in casi semplici: campo uniforme, distribuzione lineare e sferica di carica. Calcolo del potenziale per distribuzioni continue di carica. Circuitazione del campo elettrico. Campo elettrico come derivata del potenziale. Superfici equipotenziali.
I conduttori in elettrostatica: campo elettrico e potenziale. Potere dispersivo delle punte. Conduttore cavo. Schermo elettrostatico.
Capacità di un conduttore isolato. Condensatori. Calcolo della capacità per condensatori piani e cilindrici. Collegamento in serie e in parallelo di condensatori. Energia immagazzinata in un condensatore. Energia del campo elettrico.
Dipolo elettrico: campo elettrico, potenziale e forza agente su di esso.
Capacità di condensatori con un dielettrico. La costante dielettrica. Meccanismi di polarizzazione di un dielettrico. Campo elettrico all’interno di un dielettrico. Dielettrici e legge di Gauss. Energia elettrostatica e dielettrici.
Corrente elettrica e densità di corrente. Legge di Ohm. Modello di Drude-Lorentz. Effetto Joule. Resistenze in serie ed in parallelo.
Circuiti in corrente continua. Forza elettromotrice. Leggi di Kirchoff: nodi e maglie. Circuiti RC: carica e scarica di un condensatore
Attività d'esercitazione
Modulo A
Sui singoli punti del programma verranno affrontate esercitazioni teoriche. Sono previste alcune dimostrazioni pratiche all’interno del corso.
Modulo B
Ogni argomento e' accompagnato da un congruo numero di ore dedicate allo svolgimento delle esercitazioni.
Modalità d'esame
Modulo A
Prova scritta di ammissione e successiva prova orale (nello stesso appello); Sono previste prove infra-annum pe consentire la presentazione diretta dello studente all’esame orale; Gli appelli verranno articolati con il docente del modulo B.
Modulo B
Prova scritta di ammissione e successiva prova orale nello stesso appello. Sono previste prove infra-annum per consentire la presentazione diretta dello studente all’esame orale. Gli appelli verranno articolati con il docente del modulo A.
Propedeuticità
Modulo A
È presupposta la conoscenza dei fondamenti del calcolo differenziale ed integrale.
Modulo B
Analisi AB
Testi consigliati
Modulo A
R. Serway: “Principi di Fisica II edizione” volume I o edizione compatta in un unico volume. Editore EDISES
Modulo B
R. Serway: “Principi di Fisica" vol. I e II o edizione compatta in un unico volume. Editore EDISES
Testi d'approfondimento
Modulo A
Halliday, Resnick, Krane “FISICA I” e “FISICAII”, editore CEA MILANO.
Ultimo aggiornamento:
24-07-2003
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