Il corso si prefigge di fornire allo studente le nozioni fondamentali di l'elettromagnetismo e di ottica. Queste nozioni dovranno consentirgli di risolvere semplici problemi e di comprendere alcune proprietà fondamentali della materia, derivanti dalle leggi studiate. Si terranno inoltre alcune esperienze dimostrative in aula. L'elettromagnetismo viene introdotto nelle prime 50 ore circa, fornendo i concetti di base e gli esempi più semplici, attraverso leggi espresse in forma integrale. L'apprendimento di queste nozioni, e dei corrispondenti concetti di base dell'ottica, costituiscono il nocciolo del corso, al quale tutti gli studenti sono tenuti. Nelle 15-20 ore successive si rivedono le equazioni di Maxwell in forma differenziale (qualora il calcolo differenziale vettoriale non fosse ancora stato completato nel parallelo corso di Analisi, se ne premette una brevissima introduzione non formale). L'ottica viene svolta nelle restanti 30 ore circa, dopo aver discusso brevemente altri esempi di fenomeni ondulatori, di più  semplice visualizzazione.

Programma

Elettrostatica: Cenni storici - Forza di Coulomb - Principio di sovrapposizione - Campo vettoriale - Potenziale elettrostatico - Flusso e legge di Gauss - Applicazioni della legge di Gauss: campo di alcune distribuzioni di carica - Potenziale e campo di dipolo. - Campi elettrici nei conduttori: Schermo di Faraday - Induzione elettrostatica - Dispersione delle punte - Metodo delle cariche immagine ed esempi - Capacità di una sfera conduttrice - Condensatori - Loro connessione in serie e in parallelo - Energia elettrostatica: Di una distribuzione di cariche puntiformi - Di una sfera uniformemente carica - Di un condensatore - Di una sfera conduttrice - Forza sul condensatore piano - Energia di coesione del NaCl. - Di una distribuzione continua - Equivalenza tra il campo di un dipolo, di una sfera      uniformemente polarizzata e di una sfera conduttrice in campo esterno uniforme - Dielettrici: Esperienza di Faraday - Polarizzazione - Carica di polarizzazione - Suscettività e polarizzabilità atomica - - Campi e forze nella materia - Polarizzazione per orientazione e per induzione - Modello della polarizzazione di un atomo sferico - Risucchio del dielettrico - Correnti elettriche statiche: Vettore densità di corrente - Intensità di corrente - Generatori (pila e Van der Graaf) - Equazione di continuità della carica - Legge di Ohm - Forza elettromotrice - Velocità quadratica media e velocità di deriva - Modello di Drude-Lorentz - Effetto Joule - Inadeguatezza del modello classico - Isolanti, semiconduttori, metalli e superconduttori - Leggi di Kirchhoff - Resistenze in serie ed in parallelo ? Carica     e scarica del condensatore - Magnetostatica: Cenni storici - Forza di Lorentz - Campo magnetico - Non esistenza di monopoli magnetici - Teorema di Ampère e correnti amperiane - Esperimenti di Oersted, Ampère, Biot e Savart - Applicazioni del teorema di Ampère: campi attorno ad un filo percorso da corrente, a solenoidi e a correnti superficiali - Principio di sovrapposizione - Forza su di un filo percorso da corrente - Effetto Hall - Moto di particelle cariche in campo magnetico - Spettrometro di massa - Galvanometro - Forza tra due fili percorsi da corrente - Campo di una spira: momento magnetico ? Coppia ed energia di un momento magnetico in campo uniforme - L'induzione: La legge di Faraday-Lenz - La forza elettromotrice indotta - Motori e generatori - Correnti parassite - Forze sulle correnti indotte ? Mutua induttanza - Autoinduzione - Energia magnetica.- Correnti alternate: - Circuito RL: apertura e chiusura del circuito alimentato in tensione continua - Circuito LC ed RL con tensione sinusoidale ? Legge di Ohm generalizzata - Circuito RLC - Risonanza - Fattore di merito. Le equazioni di Maxwell: La corrente di spostamento - Le equazioni di Maxwell - Il circuito oscillante e l'antenna - Il flusso di energia e il vettore di   Poynting - Energia e momento delle onde elettromagnetiche - Pressione di radiazione ed intensità della radiazione. Campi magnetici nella materia: Momenti magnetici atomici - Paramagnetismo, diamagnetismo e ferromagnetismo - La magnetizzazione ? Suscettività e permeabilità magnetica relativa - Modello elementare del diamagnetismo atomico - Cilindro uniformemente magnetizzato e densità di corrente di magnetizzazione. Formulazione differenziale delle equazioni di Maxwell: Derivate parziali - Gradiente, divergenza, rotore - Laplaciano - Teorema del gradiente - Teorema di Gauss - Teorema di Stokes. - Equazioni di Poisson e Laplace - Unicità della soluzione dell'equazione di Laplace - Polarizzazione uniforme e non uniforme - Equazioni dell'elettrostatica nei mezzi materiali - Spostamento dielettrico, D - Potenziale vettore A Il campo H e la sua circuitazione - Campo nel traferro di un elettromagnete Equazioni della magnetostatica nei mezzi materiali - Rapporto giromagnetico e precessione di Larmor - Ferromagnetismo: Temperatura di Curie, ciclo di isteresi e domini magnetici - Energia del campo magnetico nella materia - Cenni ad altri tipi di ordine magnetico  Le onde: Esempi di onde: corde e membrane vibranti, onde sonore - Descrizione qualitativa di interferenza, trasporto di energia e momento, dispersione  - Battimenti - Principio di Huygens - Funzione d'onda ed equazione delle onde - Accenni all'analisi di Fourier - Pacchetto d'onda - Velocità di fase e di      gruppo - Dispersione.   Onde elettromagnetiche: Il cavo coassiale infinito e il cavo finito accordato - L'equazione delle onde elettromagnetiche nel vuoto - Lo spettro      elettromagnetico - Il fotone - Misura della velocità della luce - Le leggi dell'ottica geometrica: Le leggi di Cartesio e di Snell - Mezzi dispersivi - Il prisma di Newton - Riflessione e rifrazione derivate dal principio  di Huygens. L'ottica fisica: Interferenza e diffrazione - L'interferenza dalla doppia fenditura - Diffrazione da una fenditura - L'interferometro di Michelson - L'interferometro di Mach-Zehnder: coerenza temporale e spaziale - Reticoli - Potere risolutivo.  Polarizzazione della luce: lineare, circolare ed ellittica - Propagazione nei mezzi materiali anisotropi - Lamina quarto d'onda e mezz'onda ? Interferenza e polarizzazione  Ottica geometrica: La formazione dell'immagine - Specchi, diottri e lenti sottili - L'occhio umano - La lente d'ingrandimento - Il microscopio composto ed il cannocchiale galileiano.

Esercizi
Gli studenti sono invitati a svolgere a casa semplici esercizi tratti dai libri di testo di pari passo con lo svolgimento del programma . Alcuni di questi esercizi verranno corretti in aula.  Dimostrazioni sperimentali in aula scelte tra: Elettroscopio - Generatore di Van der Graaf - Oscilloscopio - Magneti e campo magnetico -     Esperimenti di Oersted e Ampère - Correnti di Foucault - Legge di Faraday - Misura del rapporto e/m dell'elettrone (Thomson) - Risonanza nel circuito  RLC - Isteresi magnetica - Interferenza e diffrazione con luce visibile e con microonde - Polarizzazione lineare e circolare

Modalità di esame

L'esame consiste in una prova scritta, che determina l'ammissione alla successiva prova una orale. L'ammissione ha valore solo per l'esame orale immediatamente successivo. Le prove degli appelli trascorsi sono disponibili presso il centro documentazione.

Propedeuticità consigliate

Analisi I, Analisi II (consigliata) e Fisica Generale I.

P. MAZZOLDI, M. NIGRO, C. VOCI: “ Fisica ”, EdiSES, Napoli, 1994.
W. EDWARD GETTYS, FREDERICK J. KELLER, MALCOM J. SKOVE: “ Fisica classica e moderna ”, McGraw-Hill Italia, MI.
P.A. TIPLER: “ Corso di Fisica, 2 ”, terza edizione, Zanichelli, Bologna, 1995
R.P. FEYNMAN, R.B. LEIGHTON, M. SANDS: “ The Feynman lectures on physics ”, Vol. II, Parte I e II, Inter European Editions (Bilingua), Amsterdam, 1975.

Esercizi di elettrostatica: Campi magnetici;  Ottica .

(In allestimento! Si tratta di alcuni esercizi dati nelle prove scritte passate. L'elenco completo è in allestimento, assieme ad una lista di suggerimenti per la
soluzione degli esercizi)