FISICA II E LABORATORIO

Il taglio di questo corso è di tipo teorico e sperimentale e ha come obbiettivo formativo specifico la comprensione dei fenomeni elettrici, magnetici e ottici. Lo studio di fenomeni della fisica classica e l’esecuzione di semplici esperimenti permetteranno agli studenti di acquisire la capacità di analizzare dati sperimentali e di produrre una relazione scientifica. Saranno in tal modo sviluppate le loro abilità comunicative sia orali che in forma scritta. Inoltre il corso fornirà agli studenti strumenti e strategie mirate al problem solving.

In riferimento ai Descrittori di Dublino, questo corso contribuisce ad acquisire le seguenti competenze trasversali:

Conoscenza e capacità di comprensione

• Capacità di ragionamento induttivo e deduttivo.

• Capacità di schematizzare un fenomeno naturale in termini di grandezze fisiche scalari e vettoriali.

• Capacità di impostare un problema utilizzando opportune relazioni fra grandezze fisiche (di tipo algebrico, integrale o differenziale) e di risolverlo con metodi analitici o numerici.

• Capacità di montare e mettere a punto semplici configurazioni sperimentali, e di utilizzare strumentazione scientifica per misure termomeccaniche ed elettromagnetiche.

• Capacità di effettuare l'analisi statistica dei dati.

Capacità di applicare conoscenza:

• Capacità di applicare le conoscenze acquisite per la descrizione dei fenomeni fisici utilizzando con rigore il metodo scientifico.

• Capacità di progettare semplici esperimenti ed effettuare l'analisi dei dati sperimentali ottenuti in tutte le aree di interesse della fisica, incluse quelle con implicazioni tecnologiche.

Autonomia di giudizio:

• Capacità di ragionamento critico.

• Capacità di individuare i metodi più appropriati per analizzare criticamente, interpretare ed elaborare i dati sperimentali.

• Capacità di valutare l'accuratezza delle misure, la linearità delle risposte strumentali, la sensibilità e selettività delle tecniche utilizzate.

Abilità comunicative:

• Capacità di esporre oralmente, con proprietà di linguaggio e rigore terminologico, un argomento scientifico, illustrandone motivazioni e risultati.

Capacità di apprendimento:

• Capacità di saper ampliare le proprie conoscenze attraverso la lettura di testi scientifici.

Informazioni per studenti con disabilità e/o DSA

A garanzia di pari opportunità e nel rispetto delle leggi vigenti, gli studenti interessati possono chiedere un colloquio personale in modo da programmare eventuali misure compensative in base agli obiettivi didattici ed alle specifiche esigenze.

In questo caso, è auspicabile contattare il docente referente CINAP (Centro per l'inclusione attiva e partecipata) del Dipartimento.

Il corso prevede 6 CFU di lezioni frontali in aula (42 ore) e  3 CFU di esercitazioni pratiche in Laboratorio con esecuzione di vari esperimenti (45 ore).

La durata  del corso è di circa 11 settimane. Durante le prime 2 settimane (in ogni settimana ci sono 2+ 3 + 4 ore di lezione per un totale di 9 ore settimanali) sono dedicate alla spiegazione di esperimenti di Fisica. Successivamente le lezioni frontali (5 ore settimanali) sono alternate ad attività pratiche nel laboratorio di Fisica (4 ore settimanali).

Conoscenze indispensabili:  Grandezze fisiche e Sistema di misura Internazionale (SI). Calcolo vettoriale. Meccanica classica. Principi di conservazione. All’esame di Fisica II e Laboratorio è propedeutico quello di Fisica I.

La frequenza del corso è di norma obbligatoria (Consultare il Regolamento didattico del Corso di Studi L27)

Il Corso si articola per circa 11 settimane. Le prime 2 settimane (in ogni settimana si tengono 2+3+4 ore di

lezione per un totale di 9 ore settimanali) sono dedicate a lezioni frontali in cui si affrontano argomenti

connessi al Laboratorio di Fisica, in particolare:

a) TEORIA DEGLI ERRORI: Incertezza di una misura e precisione. Errori casuali ed errori sistematici.

Propagazione degli errori nelle misure indirette. Analisi statistica di un set di misure: media e deviazione

standard. Errore sulla media. Istogrammi di frequenza. Distribuzione di probabilità di Gauss. Best-fit lineare e

sua incertezza. (1° Settimana)

b) Spiegazione degli esperimenti da eseguire in Laboratorio per la misura di grandezze fisiche legate alla

meccanica classica, all’elettromagnetismo e all’ottica geometrica e ondulatoria, in dettaglio:

1. Misura dell’accelerazione di gravità mediante il pendolo semplice.

2. Misura della costante elastica di una molla.

3. Misura di resistenze con il ponte di Wheatstone.

4. Misura del potere rotatorio e legge di Malus.

5. Misura di resistenze con il metodo Volt-Amperometrico.

6. Misura di resistenze elevate tramite la scarica di un condensatore.

7. Misura della distanza focale di una lente convergente con il metodo di Bessel.

8. Misura di un’Induttanza tramite circuito RLC in corrente alternata.

9. Misura del coefficiente di viscosità della glicerina.

10.Misura del rapporto e/m mediante deflessione magnetica – Tubo di Wehenelt. (2a Settimana)

 Nelle successive 9 settimane, per singola settimana viene svolto il programma di Fisica 2 (lezioni frontali per 5

ore a settimana) e 4 ore di esercitazione pratica presso il Laboratorio didattico di Fisica. Argomenti Trattati:

Il campo elettrostatico

Carica elettrica - Legge di Coulomb - Campo elettrostatico - Linee di forza - Calcolo del campo elettrostatico

per distribuzioni discrete di carica - Dipolo elettrico - Flusso del campo elettrostatico - Teorema di Gauss (I

Equazione di Maxwell) - Conduttori elettrici - Carica e campo elettrostatico in un conduttore –Elettrizzazione

per induzione e per contatto. (3a Settimana)

Il potenziale elettrostatico

Potenziale elettrostatico e differenza di potenziale - Potenziale di un sistema di cariche - Energia potenziale

elettrostatica - Superfici equipotenziali - Calcolo del potenziale elettrostatico per varie distribuzioni di carica.

 Capacità elettrica ed energia elettrostatica

Capacità elettrica - Condensatori e loro capacità - Condensatori in serie e in parallelo - Energia elettrostatica in un condensatore - Dielettrici. (4a Settimana)

Corrente elettrica nei solidi

Moto delle cariche e corrente elettrica - Modello classico della conduzione - Legge di Ohm – Resistenza

elettrica - Resistività e sua dipendenza dalla temperatura - Energia nei circuiti elettrici – Effetto Joule -

Generatori di forza elettromotrice - Resistenza interna - Conduttori, isolanti e semiconduttori - Resistenze in

serie e parallelo - Circuito RC (fase di scarica). (5a Settimana)

Il campo magnetico

Definizione del campo magnetico - Forza di Lorentz – II Legge di Laplace - Moto di una carica puntiforme in un campo magnetico – Lo spettrometro di massa - Momento magnetico di un magnetino e di una spira percorsa da corrente - Equivalenza di Ampère – Amperometro - Voltmetro.

Sorgenti del campo magnetico

Legge di Biot e Savart - Calcolo del campo magnetico generato da correnti (I Legge di Laplace) - Applicazione

al caso della corrente rettilinea e della spira circolare –Definizione dell’Ampère e del Coulomb - Teorema di

Ampère (IV Equazione di Maxwell) e sua applicazione al solenoide - Campo magnetico di una barra

magnetizzata - Flusso del campo magnetico (II Equazione di Maxwell). (6a Settimana)

Induzione elettromagnetica

Legge di Faraday-Neumann (III Equazione di Maxwell) - Legge di Lenz - Forza elettromotrice mozionale -

Esempi applicativi delle leggi dell'induzione elettromagnetica: alternatore e dinamo - Induttanza, autoinduttanza e mutua induttanza - Induttanza di un solenoide - Circuiti RL - Energia magnetica. (7a Settimana)

Circuiti in corrente alternata

Generatori di forza elettromotrice alternata - Corrente alternata in un resistore - Corrente alternata in un

condensatore - Corrente alternata in un induttore - Circuiti RC, RL e RCL in serie - Reattanza capacitiva, reattanza induttiva e impedenza - Circuito RCL in risonanza - Potenza.

La radiazione elettromagnetica e la luce

La radiazione elettromagnetica - Dualismo onda-particella - La velocità della luce – Luce polarizzata –Potere

rotatorio - Le tre leggi sulla riflessione e rifrazione – Indice di rifrazione. (8a Settimana)

 Ottica geometrica

Spazio oggetti e spazio immagini - Formazione delle immagini per rifrazione - Lenti convergenti e divergenti –

Equazione dei fabbricanti delle lenti.

Ottica fisica

Interferenza - Interferenza da un sistema di due fenditure -Diffrazione da una singola fenditura - Risoluzione -

Reticoli di diffrazione. (9a Settimana)

1. Mazzoldi P., Nigro M.,Voci C.: "Elementi di Fisica - Elettromagnetismo" EdiSES, Napoli.
2. Halliday-Resnick: Fondamenti di Fisica-Elettromagnetismo e Ottica, Editrice Ambrosiana
3. A. Foti, C.Giannino: Elementi di analisi dei dati sperimentali (Ed. Liguori, Napoli)
4. A. Insolia, F. Riggi: Laboratorio di Fisica (Ed. CULC, Catania)

Il giorno dell'esame gli studenti dovranno sostenere una prova scritta preselettiva (durata 1 ora) consistente nella soluzione di 4 semplici esercizi relativi ad argomenti trattati nella parte del  corso riguardante la Fisica II. Di seguito eseguiranno una prova pratica di laboratorio, scelta a sorteggio tra le 10 eseguite durante il corso; gli studenti avranno 2 ore di tempo per la presa dati da utilizzare per la redazione di una relazione da presentare, di norma, dopo 2 giorni. Infine gli studenti che avranno superato la prova scritta preselettiva, svolgeranno l'esame orale che verterà su argomenti sia di Fisica II che di Laboratorio, con particolar riguardo all'analisi dei dati raccolti durante la prova pratica.

La prova scritta preselettiva si intende superata se verranno svolti correttamente almeno 3 esercizi. Gli studenti che non dovessero superare tale prova  possono in ogni caso sostenere l'esame orale, ma sono tuttavia sconsigliati a presentarsi. 

Il voto finale terrà conto delle valutazioni ottenute nella  prova scritta, nella relazione di laboratorio e nell'esame orale.

Di norma vengono fissati 8 appelli per A.A. E' possibile consultare il calendario degli esami sul sito del  corso di Laurea L27-Chimica Industriale.

Informazioni per studenti con disabilità e/o DSA

A garanzia di pari opportunità e nel rispetto delle leggi vigenti, gli studenti interessati possono chiedere un colloquio personale in modo da programmare eventuali misure compensative in base agli obiettivi didattici ed alle specifiche esigenze.

In questo caso, è auspicabile contattare il docente referente CINAP (Centro per l'inclusione attiva e partecipata) del Dipartimento.

Le domande di seguito riportate non costituiscono un elenco esaustivo ma rappresentano solo alcuni esempi: 

Carica elettrica, legge di Coulomb, campo elettrico, potenziale elettrico, legge di Gauss, conduttori, condensatori, dielettrici, corrente elettrica in ingresso, resistenza elettrica, energia elettrica, circuiti CC, resistori nei circuiti, condensatori nei circuiti.

Materiali magnetici, elettromagnetismo, legge di Ampère, forza elettromagnetica, legge di Faraday-Neumann-Lenz, induttanza.

Le 4 leggi di Maxwell. Le 2 leggi di Laplace.

Corrente alternata, circuiti RC, circuiti RL, circuiti RLC

La natura della luce: diffrazione e interferenza.

Ottica Geometrica: Riflessione, Rifrazione, Lenti Sferiche