CAMPI ELETTROMAGNETICI

CAMPI ELETTROMAGNETICI

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iten
Codice
65939
ANNO ACCADEMICO
2019/2020
CFU
6 cfu al 3° anno di 8719 INGEGNERIA INFORMATICA (L-8) GENOVA
SETTORE SCIENTIFICO DISCIPLINARE
ING-INF/02
LINGUA
Italiano
SEDE
GENOVA (INGEGNERIA INFORMATICA )
periodo
1° Semestre
materiale didattico

PRESENTAZIONE

L'insegnamento Campi Elettromagnetici fornisce competenze di base, comprendenti le leggi fondamentali del campo elettromagnetico, la propagazione elettromagnetica, le basi della teoria dei circuiti a parametri concentrati e distribuiti, e ha l'obiettivo di fornire gli strumenti essenziali alla comprensione dei fenomeni elettromagnetici e delle innumerevoli applicazioni pratiche dei campi elettromagnetici.

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

L'insegnamento ha l'obiettivo di fornire gli strumenti essenziali alla comprensione dei fenomeni elettromagnetici e alle innumerevoli applicazioni pratiche dei campi elettromagnetici.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

L'insegnamento si propone di fornire agli studenti le nozioni di base di campi elettromagnetici. Vengono presentate le leggi fondamentali del campo elettromagnetico, l'estensione delle leggi di conservazione dell'energia e dei momenti ai campi elettromagnetici, i più semplici fenomeni ondulatori e le basi della teoria dei circuiti a parametri concentrati e distribuiti, con l'obiettivo di fornire gli strumenti essenziali alla comprensione delle innumerevoli applicazioni pratiche dei campi elettromagnetici.

Al termine dell’insegnamento, lo studente sarà in grado di descrivere i concetti fondamentali dell'elettromagnetismo nel vuoto e nella materia e di risolvere semplici problemi di campi elettromagnetici che consentono di intravedere alcune importanti ricadute applicative.

Modalità didattiche

Le lezioni e gli esercizi vengono svolti in aula dal docente.

PROGRAMMA/CONTENUTO

1.    Organizzazione dell'insegnamento, motivazioni e applicazioni (1.5; 1.5)

2.    Fisica newtoniana, relativistica e quantistica: il ruolo e l'importanza della teoria classica del campo elettromagnetico (3; 4.5)

3.    Cenni su alcuni concetti fondamentali acquisiti in precedenza: carica elettrica, modelli utilizzati per la carica elettrica, corrente elettrica, modelli utilizzati per la corrente elettrica, legge di conservazione della carica, forza di Lorentz, equazioni di Maxwell in presenza di cariche nel vuoto, potenziale elettrostatico e operatore gradiente (2.5; 7)

4.    Altri operatori differenziali di interesse e relativi teoremi: operatori divergenza e rotore e relativi teoremi, equazioni fondamentali in presenza di cariche nel vuoto in forma differenziale (3; 10)

5.    Campi elettromagnetici in presenza di materia: densità di momento di dipolo elettrico per unità di volume; densità volumetriche e superficiali di cariche elettriche equivalenti alla densità di momento di dipolo elettrico per unità di volume; cariche elettriche equivalenti alla polarizzazione; spostamento elettrico e generalizzazione della legge di Gauss; prima generalizzazione della legge di Ampere-Maxwell in forma globale; densità di momento di dipolo magnetico per unità di volume; densità superficiali e lineari di correnti elettriche equivalenti alla densità di momento di dipolo magnetico per unità di volume; correnti elettriche equivalenti alla polarizzazione; campo magnetico e seconda e ultima generalizzazione della legge di Ampere-Maxwell (3; 13)

6.    Cenni sulle relazioni costitutive (1; 14)

7.    Comportamento dei campi sulle superfici di discontinuità (3; 17)

8.    Estensione ai fenomeni elettromagnetici della legge di conservazione dell'energia:

8.1    teorema di Poynting; significato fisico dei termini presenti nella formulazione analitica del teorema di Poynting (3; 20)

8.2    esercizi: conversione di energia elettromagnetica in energia meccanica o termica e viceversa; disco di Nichols; effetto Joule in un conduttore cilindrico percorso da corrente continua (2; 22)

8.3    il teorema di Poynting in regime sinusoidale permanente (2; 24)

8.4    esercizi: dissipazioni dovute a effetto Joule o a polarizzazione viscosa; forni a microonde; ampiezza del campo irradiato da un’antenna isotropica in un mezzo omogeneo e senza perdite (3; 27)

9.    Estensione ai fenomeni elettromagnetici della legge di conservazione del momento lineare e angolare (2; 29)

10.    Teoremi di unicità per i campi elettromagnetici: caso generale e caso “time-harmonic”; importanza delle condizioni al contorno e delle condizioni iniziali; problemi elettromagnetici al contorno e di Cauchy; formulazione dei piu' importanti problemi elettromagnetici di interesse nelle applicazioni (3; 32)

11.    Onde elettromagnetiche:

11.1   equazione d'onda; equazione d’onda in una dimensione spaziale: forma generale della sua soluzione (2; 34)

11.2   onde elettromagnetiche piane: onde TEM; espressioni generali dei campi elettrico e magnetico; velocità della luce come velocità di propagazione delle onde elettromagnetiche piane; un commento sulla teoria della relatività ristretta (2; 36)

11.3    onde piane in regime sinusoidale permanente: lunghezza d’onda, vettore d’onda, polarizzazione di vettori sinusoidali nel tempo, polarizzazione di campi vettoriali sinusoidali nel tempo, polarizzazione del campo elettromagnetico monocromatico e sue applicazioni (“polarization division multiplexing, visione stereoscopica, ecc.) (3; 39)

11.4    propagazione delle onde piane in presenza di dissipazioni: il caso di mezzi con poche perdite e il caso di buoni conduttori; attenuazione; “skin depth”; velocità di propagazione; primi commenti sugli effetti della dispersione (nel tempo) (3; 42)

12.    Le basi della teoria dei circuiti a parametri concentrati: principi di Kirchhoff, induzione elettromagnetica, capacita' e induttanze parassite e bipoli standard: resistore, condensatore, induttore (3; 45)

13.    Introduzione ai circuiti a parametri distribuiti (linee di trasmissione): modelli a parametri concentrati vs modelli a parametri distribuiti (3; 48)

TESTI/BIBLIOGRAFIA

  • S. Bobbio, E. Gatti, Elementi di elettromagnetismo, Bollati Boringhieri, 1991
  • G. Conciauro, L. Perregrini, Fondamenti di onde elettromagnetiche, McGraw-Hill, 2003
  • J. D. Jackson, Classical electrodynamics, Wiley, 1999
  • D. Pescetti, Elettromagnetismo, Piccin, 1985

Sono inoltre disponibili delle dispense preparate dal docente dell'insegnamento.

DOCENTI E COMMISSIONI

Ricevimento: Lunedì, dalle 17:00 alle 18:00, in via Opera Pia 11a, terzo piano, o su appuntamento.

Commissione d'esame

MIRCO RAFFETTO (Presidente)

ANDREA RANDAZZO

MATTEO PASTORINO

GIAN LUIGI GRAGNANI

LEZIONI

Modalità didattiche

Le lezioni e gli esercizi vengono svolti in aula dal docente.

ORARI

L'orario di tutti gli insegnamenti è consultabile su EasyAcademy.

Vedi anche:

CAMPI ELETTROMAGNETICI

ESAMI

Modalità d'esame

L'esame è orale e si compone di tre domande: almeno una di carattere teorico e almeno una formulata come un esercizio.

Modalità di accertamento

Al termine dell’insegnamento lo studente dovrà dimostrare di aver appreso i principi di base dell'elettromagnetismo in presenza di cariche nel vuoto o nella materia e di essere in grado di affrontare e risolvere problemi non troppo complessi in tale contesto.

Calendario appelli

Data Ora Luogo Tipologia Note
19/12/2019 10:00 GENOVA Orale
07/01/2020 10:00 GENOVA Orale
09/01/2020 10:00 GENOVA Orale
23/01/2020 10:00 GENOVA Orale
30/01/2020 10:00 GENOVA Orale
07/02/2020 10:00 GENOVA Orale
20/02/2020 10:00 GENOVA Orale
11/06/2020 10:00 GENOVA Orale
17/06/2020 10:00 GENOVA Orale
01/07/2020 10:00 GENOVA Orale
02/07/2020 10:00 GENOVA Orale
24/07/2020 10:00 GENOVA Orale
07/09/2020 10:00 GENOVA Orale
16/09/2020 10:00 GENOVA Orale