1. ELETTROMAGNETISMO 1.1. Carica elettrica 1.1.1. Storia: Franklin

1. ELETTROMAGNETISMO
1.1. Carica elettrica
1.1.1.Storia: Franklin – Thomson –
Rutherford – Millikan
1.1.2.L’atomo: struttura – elettroni di
valenza (legame metallico)
ATOMO
isolanti e
conduttori
legge di
conservazione
della carica
elettrizzazione
strofinio
2. INTERAZIONE ELETTROSTATICA
2.1. Legge di Coulomb
2.2. Forze elettriche e principio di sovrapposizione
2.3. Campo elettrico
2.4. Legge di Gauss per il campo elettrico
contatto
induzione
campo di
forze
Campo di
una carica
Linee di campo
Campo
conservativo
2.5. Campo elettrico tra due piastre metalliche
3. POTENZIALE ELETTRICO ED EQUILIBRIO ELETTROSTATICO
3.1. Energia potenziale elettrica lavoro del campo su una carica elettrica
3.2. Differenza di potenziale elettrico.
celle
elettrolitiche
collegamenti con
la differenza di
potenziale
pila di Volta
elettrochimica
3.3. Linee, superfici e volumi equipotenziali. Il potenziale assoluto
3.4. L’elettronvolt eV quale unità di misura dell’energia in processi in cui sono coinvolte le particelle
subatomiche
3.5. Condensatori; capacità di un condensatore; energia di un condensatore; collegamento in serie ed
in parallelo; campo elettrico tra le armature di un condensatore.
I condensatori in parallelo sono sottoposti alla stessa V e, su di essi, sono accumulate cariche diverse
(uguali solo se le capacità sono identiche) qn = VCn
I condensatori in serie sono, invece, posseggono la stessa carica (accumulata) e sono sottoposti a
differenti V: ……… Cn = q/Vn
CARICA E SCARICA DI UN CONDENSATORE
Quando si carica un condensatore, possiamo scrivere la relazione della carica in funzione del tempo:
Q0
carica massima accumulabile su C
RC = 
costante di tempo
La corrente, variabile dal valore massimo
data dalla relazione:
a zero (quando le armature sono completamente cariche) è
Quando si ha, invece, il processo di SCARICA del condensatore, possiamo scrivere la relazione della carica
in funzione del tempo:
La corrente, variabile dal valore massimo
data dalla relazione:
a zero (quando le armature sono completamente scariche) è
La d.d.p. variabile rispetto al tempo, ha, invece, la relazione seguente:
4. CORRENTE ELETTRICA E LEGGI DI OHM
4.1. Moto di cariche elettriche in un conduttore.
4.2. La corrente elettrica; intensità della corrente elettrica; verso della corrente e moto degli elettroni.
Intensità di corrente elettrica
unità di misura
ampère
4.3. I Legge di Ohm; la resistenza elettrica.
unità di misura
ohm
4.4. II Legge di Ohm; dipendenza della resistività dalla temperatura
in cui

rappresenta la resistività del materiale e si misura in
o in
4.5. Circuiti elettrici; Principi di Kirchhoff; amperometri e voltmetri;
primo principio di Kirchhoff "principio dei nodi " - la sommatoria di tutte le correnti che confluiscono in
un nodo (siano esse entranti o uscenti, prese con segno positivo se entranti e con segno negativo se
uscenti) deve essere nulla:
secondo principio di Kirchhoff "principio delle maglie" - la sommatoria di tutte le d.d.p. di ciascuna
maglia chiusa (siano esse entranti o uscenti, prese con segno positivo se entranti e con segno negativo
se uscenti) deve essere nulla:
per i generatori percorsi da - a +
per le resistenze percorse nello stesso verso della corrente ivi passante
per i condensatori percorsi dall'armatura positiva a quella negativa
4.6. Collegamento di resistenze in serie ed in parallelo.
I resistori in serie sono sottoposti alla stessa I e sono sottoposti a differenti V: ……… Vn = RnI
I resistori in parallelo sono sottoposti alla stessa V e sono percorsi da differenti correnti: … In=V/Rn
4.7. forza elettromotrice e resistenza interna di un generatore di tensione
In cui V è la tensione ai terminali della batteria quando è connessa ad un circuito chiuso
è la f.e.m. della batteria quando non è connessa ad un circuito chiuso
r
è la resistenza interna della batteria
4.8. la potenza elettrica e l’effetto Joule;
5. MAGNETISMO
CAMPO
MAGNETICO
5.1.
STORIA
indivisibilità dei
poli magnetici
linee di campo
(chiuse)
campo
magnetico
terrestre
5.2. Interazioni tra corrente elettrica e campo magnetico.
5.2.1.Campo magnetico generato da un filo rettilineo percorso da corrente elettrica
Legge di Biot-Savart
5.2.2.Campo magnetico generato da una spira circolare percorsa da corrente elettrica
Campo magnetico al centro della spira
r: raggio della spira
5.2.3.Campo magnetico generato all'interno di un solenoide di n spire/m o di lunghezza L con N
spire complessive
5.2.4.FORZE MAGNETICHE:

forza su filo percorso da corrente elettrica, immerso in un campo magnetico

direzione ortogonale a B e a I
forza tra fili paralleli percorsi da corrente elettrica, immersi in un campo magnetico
b: distanza tra i fili - direzione ortogonale a sia a I1 che a I2

forza su una particella carica in moto in un campo magnetico - forza di LORENTZ
(estensione della regola della mano destra)
- direzione ortogonale a B e a v
Applicazioni:
- selettore di velocità
- spettrometro di massa
Traiettoria circolare di raggio:

momento meccanico su una spira percorsa da corrente elettrica immersa in un
campo magnetico
In cui
In termini vettoriali
5.2.5.strumenti di misura:

galvanometro

amperometro - si posiziona in serie nel circuito (resistenza molto piccola)

voltmetro - si posiziona in parallelo nel circuito (resistenza molto grande)
6. L’INDUZIONE ELETTROMAGNETICA E LA CORRENTE ALTERNATA
6.1. la f.e.m. indotta ( E ):
La E indotta viene generata da campi magnetici
variabili generati, a loro volta, da correnti elettriche
variabili nel tempo
6.2. il flusso del campo magnetico
prodotto scalare tra vettore campo
magnetico e versore normale alla superficie della
spira. In modulo si ha:
con 
angolo tra n e B
6.3. legge di Faraday-Neumann – legge di Lenz
Se la bobina è costituita da N spire, si ha:
6.4. l’induzione elettromagnetica e l’autoinduzione
Forza elettromotrice autoindotta in un circuito. L prende il nome di
autoinduttanza o, semplicemente, induttanza
Nel caso di un solenoide con numero di spire "N" e lunghezza "d"
l'induttanza è data dalla seguente relazione
6.5. circuiti RL (vedere pagg. 169; 170 e 171 del libro di testo)
6.6. i generatori di corrente alternata:
Una spira, ovvero una bobina, costituita da N spire, posta in rotazione
con velocità angolare uniforme, in una regione sede di un campo
magnetico, risulta soggetta ad una f.e.m. indotta variabile nel tempo con
legge sinusoidale, secondo la relazione:
6.7. i trasformatori
Un trasformatore sono dispositivi che modificano la tensione alternata da un valore di partenza a
un altro. Possono essere "elevatori" o "abbassatori" se aumentano o diminuiscono la tensione.
in cui N è il numero di spire (del secondario e del primario)
6.8. valore efficace della tensione e della corrente alternata
I valori efficaci della corrente e della tensione sono legati ai valori massimi dalle seguenti semplici
relazioni:
La potenza media si determina con la seguente relazione:
6.9. carica e scarica del condensatore
Quando si chiude l'interruttore di un circuito RC (resistore - condensatore) la corrente che si
genera, carica il condensatore; ma essa, nel tempo, si riduce fino a diventare 0, secondo la
relazione:
in cui RC è la costante di tempo capacitiva
La carica, contemporaneamente, cresce da un valore 0 fino al massimo q0
in cui q0 = CV0
Durante la scarica, invece, q decresce dal massimo, fino a 0
e la tensione
6.10.
circuiti resistivi, capacitivi e induttivi; i circuiti RLC e l’impedenza
Nei circuiti semplici, con una solo resistore, un solo condensatore o un solo solenoide, si ha:
CIRCUITI RESISTIVI
la corrente e la tensione sono in fase
in cui I e V sono i valori efficaci di corrente e tensione
CIRCUITI CAPACITIVI
la corrente precede la tensione di 1/4 di ciclo
in cui XC si definisce reattanza capacitiva
CIRCUITI INDUTTIVI
la corrente segue la tensione di 1/4 di ciclo
in cui XL si definisce reattanza induttiva
CIRCUITI RLC (un resistore, un condensatore e un solenoide posti in serie
in cui Z si definisce IMPEDENZA
6.11.
le equazioni di Maxwell (le quattro equazioni di Maxwell sono riportate nel "focus" a pag.
230 del libro di testo.
6.12.
le onde elettromagnetiche; velocità delle onde elettromagnetiche e classificazione
Le onde elettromagnetiche sono generate da una tensione variabile nel tempo, che oscilla tra due
valori massimo e minimo; la generazione del campo elettrico variabile che ne consegue, genera
un campo magnetico variabile (quarta legge di Maxwell, ovvero legge di Ampere-Maxwell).
Il campo magnetico variabile, genera a sua volta un campo elettrico variabileda La velocità delle
onde elettromagnetiche Una spira, ovvero una bobina, costituita da N spire, posta in rotazione
con velocità angolare uniforme, in una regione sede di un campo magnetico, risulta; i campi, così
generati, si propagano nello spazio con una velocità che è legata alla costante di permeabilità
magnetica nel vuoto e alla costante dielettrica nel vuoto, secondo la relazione:
Il cui valore corrisponde esattamente al valore della velocità della luce nel vuoto c
Dalla scoperta di tale correlazione, ne discese che la luce visibile è strettamente connessa
all'elettromagnetismo.
6.13.
generazione e ricezione delle onde elettromagnetiche
6.14.

le onde e.m. vengono generate mediante circuiti RLC in cui la pulsazione ha il valore

le onde e.m. vengono ricevute sempre mediante un circuito RLC in cui la capacità C del
condensatore è variabile; variando C si predispone l'apparato ricevente alla
sintonizzazione di una frequenza
funzione, appunto, di C variabile.
Spettro elettromagnetico
7. FISICA MODERNA
7.1. teoria della relatività
7.1.1.etere ed esperimento di Michelson e Morley
L'assunto della velocità della luce come costante deriva direttamente dalle equazioni di Maxwell in
cui si ha:
Questa relazione rende ragione del fallimento dell'esperimento di Michelson e Morley il cui scopo era
proprio quello di misurare diverse velocità della luce nelle varie direzioni spaziali - confermando così
la presenza dell'etere - ma tali differenze non vennero trovate.
7.1.2.postulati di Einstein
La Teoria della Relatività Ristretta di Einstein (1905) si basa sui seguenti due postulati fondamentali:
1. Le leggi della fisica sono le stesse in tutti i sistemi di riferimento inerziali. Non esiste un sistema
inerziale privilegiato (Principio di relatività).
2. La velocità della luce nel vuoto ha lo stesso valore c in tutti i sistemi inerziali (Principio della
costanza della velocità della luce).
Nella relatività di Galileo il tempo è una costante e dunque le velocità sono relative (si possono,
infatti, sommare o sottrarre), Einstein si rese invece conto che se la velocità della luce è una costante
allora è il tempo che deve essere relativo! Questa è una vera e propria rivoluzione concettuale
7.1.3.conseguenze dei postulati di Einstein
Dilatazione dei tempi
A: osservatore fermo o in moto
B: osservatore in moto relativo con velocità v rispetto ad A
tA : intervallo di tempo misurato da A, di un evento che avviene in B
tB : intervallo di tempo misurato da B, di un evento che avviene in B
Contrazione delle lunghezze
L0 : lunghezza dell'oggetto fermo (lunghezza propria)
L: lunghezza nel sistema in moto relativo con velocità v
Quantità di moto relativistica
Energia relativistica
7.2. il corpo nero e l’effetto fotoelettrico;
7.3. l’effetto Compton;
7.4. lunghezza d’onda di De Broglie – il principio di Indeterminazione