FISICA GENERALE - MOD. FIS/01

FISICA GENERALE - MOD. FIS/01

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iten
Codice
80528
ANNO ACCADEMICO
2019/2020
CFU
6 cfu al 1° anno di 8713 INGEGNERIA BIOMEDICA (L-8) GENOVA
SETTORE SCIENTIFICO DISCIPLINARE
FIS/01
LINGUA
Italiano
SEDE
GENOVA (INGEGNERIA BIOMEDICA )
periodo
Annuale
moduli
Questo insegnamento è un modulo di:
materiale didattico

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

Sviluppare il senso critico acquisire la capacità di utilizzare gli strumentI specifici della Fisica (modelli, leggi, teorie ecc.) per osservare e interpretare i fenomeni naturali e la loro evoluzione.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

In quanto insegnamento di base gli obiettivi formativi sono quelli di dare agli studenti gli strumenti per creare modelli di un fenomeno e determinare a partire da essi le grandezze fisiche di base inerenti il fenomeno stesso. I fenomeni sono studiati relativamente alle grandezze fisiche (calore, temperatura, entropia, carica elettrica, corrente, potenziale, campo elettrico e magnetico...) in essi misurabili e alla relazione tra di esse, eventualmente variabili nel tempo.

Modalità didattiche

Lezioni frontali alla lavagna con eventuale supporto di materiale audiovisivo..

Risoluzione guidata di esercizi e problemi d'esame.

PROGRAMMA/CONTENUTO

Termodinamica classica:

  • Primo principio della termodinamica
  • ˆSecondo principio della termodinamica:  enunciato di Kelvin-Planck
  • ˆSecondo principio termodinamica:  enunciato di Clausius
  • ˆEsempio di macchina termica ciclica (reversibile):  Ciclo di Carnot
  • Rendimento di macchina termica
  • Macchina ciclica frigorifera
  • COP macchina frigorifera
  • Equivalenza tra enunciato di Clausius ed enunciato di Kelvin-Planck del secondo principio della termodinamica
  • Rendimento di un ciclo di Carnot
  • COP di un frigorifero di Carnot
  • Definizione di macchina reversibile
  • Teorema di Carnot
  • Temperatura termodinamica
  • Terzo principio della termodinamica
  • Trasformazioni politropiche
  • Teorema di Clausius
  • Definizione di variazione di entropia
  • Entropia di un sistema come funzione di stato
  • Entropia e trasformazioni irreversibili
  • Entropia e freccia del tempo
  • Entropia e lavoro perso
  • Variazione di entropia di una sorgente
  • Variazione di entropia di un gas perfetto
  • Variazione di entropia in un passaggio di fase
  • Processi irreversibili: espansione adiabatica nel vuoto

ˆElettromagnetismo nel vuoto:

  • Carica elettrica
  • Linee di campo elettricoˆ
  • Campo elettrico generato da una carica puntiforme
  • Campo elettrico e forza agente su carica
  • Forza di Coulomb tra due cariche puntiformi
  • Principio di sovrapposizione
  • Dipolo elettrico
  • Linee di campo elettrico del dipoloˆ
  • Definizione di superficie orientata
  • Definizione di elemento di flusso del campo elettrico
  • Teorema di Gauss
  • Prima equazione di Maxwell in forma integrale
  • Definizione di densit`a di carica
  • Applicazione del teorema di Gauss per la deterninazione del campo elettrico in presenza di distribuzioni di carica a
  • simmetria sferica.
  • Applicazione del teorema di Gauss per la determinazione del campo elettrico in presenza di distribuzioni di carica a
  • simmetria cilindrica.
  • ˆApplicazione del teorema di Gauss per la determinazione del campo elettrico in presenza di distribuzioni di carica a
  • simmetria piana.
  • Lavoro del campo elettrico su una carica: conservativita' del campo elettrostatico.
  • Seconda equazione di Maxwell per il campo elettrostatico
  • Conservazione dell’energia potenziale elettrostatica
  • Definizione di potenziale elettrico
  • Energia potenziale elettrostatica di una particella in un potenziale
  • Potenziale generato da una carica puntiforme
  • Principio  di  sovrapposizione  per  il  potenziale
  • Energia potenziale di un sistema continuo di cariche
  • Superfici equipotenziali come luoghi perpendicolari al campo elettricoˆ
  • Definizione del gradiente in coordinate cartesiane
  • Campo elettrico da potenziale
  • Carica in eccesso, campo elettrico e potenziale all’interno e alla superficie di un conduttore
  • Cavita' in un conduttore: gabbia di Faraday
  • Densit`a di energia potenziale
  • Matrice di capacita'
  • Capacita'
  • Energia potenziale di una capacita'
  • Capacita' di un condensatore a facce sferiche concentriche
  • Capacita' di un condensatore - considerato ideale - a facce piane parallele
  • Capacita' equivalente
  • Capacita' in serie
  • Capacita' in parallelo
  • Pressione elettrostatica
  • Moto di cariche all’interno dei conduttori e modello di Drude.  Tempo di rilassamento.
  • ˆDensita' di corrente elettrica
  • Formulazione puntuale della prima legge di Ohm
  • Corrente elettrica:
  • Condizioni al contorno per densit`a di corrente nei conduttori ohmmici
  • Conservazione della carica
  • Resistenza elettrica. Prima e seconda legge di Ohm
  • Forza elettromotrice e caduta di potenziale ai capi di una forza elettromotrice
  • Prima legge di Kirkoff per le maglie
  • Caduta di potenziale ai capi di una resistenza attraversata da una corrente
  • Seconda legge di Kirkoff per i nodi
  • Resistenze in serie e parallelo
  • ˆPotenza sviluppata da una forza elettromotrice attraversata da una corrente
  • Potenza dissipata da una resistenza per effetto Joule
  • Caduta  di  potenziale  ai  capi  di  un  condensatore
  • Carica di un condensatore
  • Scarica di un condensatoreˆ
  • Campo magnetico: linee di forza solenoidali e assenza di monopoli magnetici.
  • Terza equazione di Maxwell
  • Forza di Lorentz agente su carica
  • Lavoro compiuto dalla forza di Lorentz
  • Forza di Laplace su un elemento di filo orientato
  • Moto di una carica elettrica in un campo magnetico
  • Forza su segmento rettilineo di filo in campo magnetico uniforme
  • Forza su spira in campo magnetico uniforme
  • Momento magnetico di una spira
  • Momento torcente su spira
  • Energia potenziale di una spira in campo magnetico uniforme
  • Forza agente su spira in campo magnetico
  • Legge di Biot-Savart
  • Campo di un filo rettilineo indefinito
  • Campo sull’asse di una spira percorsa da corrente
  • Forza per unit`a di lunghezza per fili rettilinei percorsi da corrente concorde e discorde
  • Interazione dipolo-dipolo (qualitativa).
  • ˆLegge di Ampere
  • Campo di un solenoide indefinito
  • Campo all’interno di un toroide
  • Corrente di spostamento
  • Legge di Ampere in forma completa
  • Forza elettromotrice in spira di forma arbitraria in moto in campo magnetico non uniforme
  • Flusso del campo magnetico attraverso una superficie aperta
  • Legge di Faraday-Lenz
  • Campo elettrico indotto da un campo magnetico variabile nel tempo in un circuito fermo
  • ˆForza elettromotrice in un circuito in moto in un campo magnetico variabile nel tempo e nello spazio.
  • ˆEquazioni di Maxwell in forma integrale.
  • ˆFlusso del campo magnetico per un sistema di circuiti: autoinduttanza e mutua induttanza.
  • ˆLegge delle maglie in presenza di variazione di flusso
  • Scarica circuito RL
  • Energia immagazzinata in una induttanza
  • Densita' di energia e energia del campo magnetico
  • Energia immagazzinata in un sistema di due circuiti:
  • Proprieta' della mutua induttanza
  • Induttanze in serie
  • Induttanze in parallelo

TESTI/BIBLIOGRAFIA

Si consiglia:

W. Edward Gettys, Frederick J. Keller, Malcolm J. Skove: Fisica classica e moderna Volume 1 (Meccanica termodinamica onde) Edito da McGraw-Hill

Alternativamente, qualsiai testo universitario di Fisica Generale comprendente le parti incluse nel programma potrà essere utilizzato.

Sono inoltre disponibili su Aulaweb note su alcune parti del programma, una raccolta di esercizi e una collezione delle prove d'esame assegnate negli ultimi anni.

SI RACCOMANDA L'USO DI UN LIBRO DI TESTO DI LIVELLO UNIVERSITARIO  E LA SOLUZIONE DEGLI ESERCIZI PROPOSTI.

DOCENTI E COMMISSIONI

Ricevimento: Per tutta la durata dell'insegnamento il docente e' a disposizione degli studenti in giorni e orari definiti all'inizio dell'insegnamento ed eventualmente su appuntamento tramite e-mail: guido.gagliardi@ge.infn.it  o aulaweb. Al termine del corso il docente e' a disposizione degli studenti su appuntamento via e-mail: guido.gagliardi@ge.infn.it

LEZIONI

Modalità didattiche

Lezioni frontali alla lavagna con eventuale supporto di materiale audiovisivo..

Risoluzione guidata di esercizi e problemi d'esame.

ESAMI

Modalità d'esame

L’esame consiste di una prova scritta e di una prova orale.

La prova scritta d’esame consiste di quattro esercizi: due esercizi di meccanica + un esercizio termodinamica + un esercizio di elettromagnetismo.
Il tempo massimo a disposizione è di quattro ore.
Alla fine del primo semestre ed alla fine del secondo verrà effettuata una prova parziale sulla parte di programma corrispondente. Tali prove (se superate, vedi sotto) consentono l’ammissione alla prova orale.
Si è ammessi alla prova orale con una votazione complessiva dello scritto maggiore o uguale a 15/30 e con nessuna delle due parti inferiore a 12/30. Il candidato può scegliere di ripetere lo scritto se non soddisfatto del risultato. In occasione degli appelli d’esame, lo studente può anche ripetere solo una qualsiasi delle due parti, consegnando dopo due ore anziché dopo quattro ore dall’inizio dell’esame.
In ogni caso la consegna dell’ultima prova sostenuta (parziale o totale che sia) annulla i risultati precedenti corrispondenti.
Le prove scritte – totali o parziali – saranno valide per l’ammissione alle prove orali fino alla sessione di esame corrispondente dell’anno accademico successivo compreso.
Ad esempio, una appello scritto parziale superato con un voto maggiore di 12/30 nella sessione estiva dell’anno accademico 2014/15 potrà essere usato per fare la media con un altro appello scritto parziale successivamente sostenuto fino alla sessione estiva dell’anno accademico 2015/16 inclusa; altro esempio: un appello scritto superato nella sessione invernale 2014/15 permetterà l’ammissione all’esame fino alla sessione invernale 2015/16 inclusa. Le prove parziali (“compitini”) di entrambi i moduli si intendono entrambe sostenute nella sessione estiva dell’anno accademico corrispondente – ad esempio, un “compitino” sostenuto con esito positivo alla fine del modulo di meccanica dell’anno accademico 2014/15 sarà valido fino alla sessione estiva dell’anno accademico 2015/16 inclusa. “
Qualora lo studente non superi la prova orale deve ripetere la prova scritta nella sua totalità. Durante la prova scritta non è concesso l'uso di alcun testo. Sarà a disposizione il formulario, scaricabile anche da aula web.
Le date dell’orale per ciascuna sessione saranno comunicate durante la prova scritta, e saranno annunciate su aulaweb come pure i risultati delle prove scritte. Gli orali saranno sostenuti previa prenotazione su aulaweb, in assenza della quale occorrerà prendere appuntamento con i docenti.

Modalità di accertamento

Gli studenti al termine dell'insegnamento dovranno mostrare di essere in grado di:

modellizzare attraverso gli scambi di calore con sorgenti macchine cicliche e non e caratterizzarne le prestazioni e la reversibilita';

modellizzare un processo e determinarne la variazione di entropia;

modellizzare all'equilibrio le interazioni di elementi conduttivi o isolanti in presenza di cariche elettriche in eccesso;

modellizzare semplici circuiti elettrici contenenti elementi lineari con correnti costanti o lentamente variabili;

modellizzare le interazioni tra elementi di circuito percorsi da corrente elettrica attraverso il campo magnetico da essi generato;

modellizzare la relazione tra campe elettrico e magnetico in elementi conduttivi o isolanti percorsi da corrente o in presenza di cariche elettriche in eccesso, in presenza di lente variazioni di flusso