Obiettivi del corso sono: fornire allo studente una conoscenza approfondita degli argomenti di base dell’elettromagnetismo classico utilizzando strumenti matematici acquisiti nei corsi di matematica e acquisendone di nuovi nel corso. Apprendere metodi per la soluzione di alcuni problemi dell’elettromagnetismo. Comprendere la rilevanza dei fenomeni elettromagnetici per la comprensione di fenomeni e processi naturali. Gli strumenti forniti permetteranno allo studente di affrontare problemi fisici più complessi che affronterà nei corsi di elettrodinamica, ottica, relatività ristretta etc.


D1 - CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE
Lo studente dovrà avere acquisito una conoscenza delle leggi dell’elettromagnetismo in formulazione integrale e differenziale che gli permetta la comprensione dei processi naturali che coinvolgono cariche elettriche, correnti e campi magnetici.

D2 - CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE
Lo studente dovrà essere in grado di applicare le conoscenze acquisite per risolvere problemi dell’elettromagnetismo classico quali ad esempio la determinazione di campi elettrici e magnetici prodotti da distribuzioni di cariche e correnti, la risoluzione di circuiti elettrici.

D3 - AUTONOMIA DI GIUDIZIO
Lo studente dovrà essere in grado di: affrontare problemi di elettromagnetismo individuando quali strumenti appresi nel corso sono i più adeguati per trovare la soluzione, presentare un argomento teorico definendo quali siano le evidenze sperimentali e la loro espressione matematica da cui partire e quale sia il procedimento logico per giungere alla spiegazione di fenomeni elettromagnetici.

D4 - ABILITÀ COMUNICATIVE
Lo studente sarà in grado di esprimere in forma scritta i procedimenti matematici che portano alla soluzione di un problema assegnato di elettromagnetismo. In forma orale sarà in grado di esprimere in un linguaggio semplice, ma formalmente corretto, i concetti di elettromagnetismo appresi utilizzando anche il linguaggio matematico adeguato.

D5 - CAPACITÀ DI APPRENDIMENTO
Lo studente acquisirà la capacità di apprendere le conoscenze necessarie alla comprensione di fenomeni elettromagnetici utilizzando testi di base sull’argomento ma verrà stimolato anche ad iniziare ad affrontare la lettura e la comprensione di testi più specialistici ed avanzati. Dovrà essere in grado di applicare le conoscenze di base acquisite per affrontare i problemi più complessi legati alle teorie elettromagnetiche che incontrerà nei corsi più avanzati.

Conoscenze matematiche di base di analisi, calcolo vettoriale e integrale. Conoscenze di base di meccanica.

1. Complementi di calcolo differenziale: gradiente, divergenza e rotore: definizioni e teoremi relativi
2. Elettrostatica: campo elettrico, divergenza e rotore di campi elettrostatici, potenziale elettrico, lavoro ed energia in elettrostatica, materiali conduttori. Equazioni di Laplace e Poisson. Metodo delle immagini.
3. Campi elettrici nella materia: polarizzazione, campo di un oggetto polarizzato, interazione tra cariche, dipoli e dipoli indotti. Campo di spostamento elettrico
4. Magnetostatica: la forza di Lorentz, la legge di Biot Savart, la divergenza e il rotore del campo magnetostatico, il potenziale vettore, effetto Hall.
5. Campi magnetici nella materia: dia- para- e ferromagnetismo. Ciclo di isteresi. Magneti permanenti. Circuiti magnetici.
6. Elettrodinamica: forza elettromotrice, induzione elettromagnetica, equazioni di Maxwell
7. Circuiti e correnti. Correnti continue e correnti alternate. Circuito risonante.

1. Griffiths: Introduction to Electrodynamics- 4th Edition. Cambridge
2. Tommasini Morgante Correnti, radiazioni e quanti. Disponibile gratuitamente in formato elettronico.
3. Feynman Lectures on Physics. Disponibile on line gratuitamente.

Complementi di calcolo differenziale e integrale
1. Gradiente, divergenza e Rotore.

Campo elettrostatico
1.Il campo elettrostatico
1a. La legge di Coulomb
1b. Calcolo del campo elettrico in particolari configurazioni geometriche
1c. Il dipolo elettrico
2. Proprietà del campo elettrostatico
2a. La legge di Gauss
2b. Il rotore del campo elettrico
2c. Condizioni al contorno per il campo elettrostatico
3. Il potenziale elettrostatico.
3a. Proprietà del potenziale elettrostatico
3b. L’equazione di Poisson e l’equazione di Laplace
3c. Sviluppo a multipolo del potenziale elettrostatico
3.d Soluzioni dell’equazione di Laplace. Il metodo delle immagini
5. Lavoro ed energia nel campo elettrostatico
5a. Moto di cariche nel campo elettrico
5b. Energia di un sistema di cariche
5c. Interazione tra un dipolo e un campo elettrostatico

Conduttori e dielettrici
1. Materiali conduttori e condensatori
1a. Proprietà generali dei conduttori
1b. Condensatori: definizione e proprietà.
1c. Collegamenti tra condensatori
1d. Energia immagazzinata in un condensatore
2. Campo elettrico nei dielettrici
2a. Meccanismi di polarizzazione dei dielettrici.
2b. Il vettore di polarizzazione
2c. Dielettrici lineari. Il campo “spostamento” elettrico
2d. Condizioni al contorno nel caso dei materiali dielettrici. Applicazioni.
3. Forze ed energia nei dielettrici
3a. Energia nei materiali dielettrici
3b. Forze sui dielettrici

Corrente stazionaria e circuiti in corrente continua
1. La corrente elettrica. Definizione e proprietà
1a. La forza elettromotrice
1b. Il modello di Drude per la conduttività elettrica
1c. La legge di Ohm
2. Circuiti in corrente continua
2a. Collegamenti tra resistori
2b. Aspetti energetici
2c. Le leggi di Kirchhoff – circuiti in corrente continua
3. Circuito RC. Soluzione dell’equazione differenziale e aspetti energetici

Campo magnetico
1. La forza di Lorentz
1a. Moto di cariche elettriche in presenza di campi elettromagnetici
1b. Momento meccanico su spire percorse da corrente in campo magnetico
1c. Il dipolo magnetico
1d. Effetto Hall e misura del segno, densita’ e mobilita’ dei portatori di carica
2. Il campo magnetico.
2a. La legge di Biot-Savart
2b. Calcolo del campo magnetico in alcune configurazioni geometriche
3. Proprietà del campo magnetico
3a. Divergenza e rotore del campo magnetico
3b. La legge di Ampere
3c. Condizioni al contorno per il campo magnetico
4. Il potenziale vettore
4a. Esempi di calcolo del potenziale vettore.

Magnetismo nei materiali
1. Descrizione fisica dei fenomeni magnetici nei materiali
1a. Descrizione del diamagnetismo e del paramagnetismo
1b. Introduzione al ferromagnetismo. Il ciclo di isteresi
2. Il campo di un oggetto magnetizzato
2a. Il vettore Magnetizzazione
2b. Interpretazione fisica delle correnti “bound”
3. Il campo ausiliario H
3a. Materiali magnetici lineari
3b. Condizioni al contorno per i materiali magnetici. Applicazioni.
3c. Circuiti magnetici

Induzione Elettromagnetica
1. L’induzione elettromagnetica
1a. Interpretazione fisica dei fenomeni induttivi
1b. La legge di Faraday. La legge di Lenz
2. L’auto e la mutua induzione
2a. Il coefficiente di autoinduzione e il coefficiente di mutua induzione
2b. Energia in circuiti accoppiati
3. Circuito RL
3a. Soluzione dell’equazione differenziale
3b. Aspetti energetici
4. Energia nel campo magnetico
4a. Energia nel campo magnetico
4b. Energia nei materiali magnetici
5. Le equazioni di Maxwell
5a. Le equazioni di Maxwell nel vuoto
5b. Le equazioni di Maxwell nella materia
6. Circuiti dipendenti dal tempo
6a. Soluzioni dell’equazione differenziale per il circuito LC
6b. Soluzioni dell’equazione differenziale per il circuito RLC
6c. Aspetti energetici
7. Circuiti in corrente alternata
7a. Generatori di corrente alternata
7b. Collegamento in serie - Risonanza

Il corso verrà svolto con la presentazione degli argomenti in lezioni frontali con il coinvolgimento degli studenti nella soluzione dei problemi. Le lezioni teoriche saranno integrate con esercitazioni in cui gli studenti affronteranno problemi da risolvere sia con l’aiuto del docente che in autonomia, problemi sia generali che più specifici, analoghi a quelli che dovranno affrontare nella prova scritta.

La verifica si comporrà di una prova scritta e una orale. La prova scritta consisterà in esercizi da risolvere, indicativamente tre, uno per ognuno dei principali temi affrontati nel corso: elettrostatica, magnetostatica, introduzione all’elettrodinamica. Lo studente dovrà riportare la formula finale, soluzione del problema, eventualmente anche un risultato numerico con le corrette unità di misura, e I principali passaggi matematici che lo hanno portato alla soluzione finale in modo che sia comprensibile il processo logico seguito. Gli studenti che superano la prova scritta con il punteggio minimo indicato a inizio prova potranno sostenere l’esame orale, che consisterà in domande aperte sui temi affrontati durante il corso. Nella prova scritta i candidati indicativamente raggiungeranno il punteggio minimo se dimostreranno di essere in grado di affrontare il problema partendo dalle conoscenze di base opportune e mostraranno di riuscire ad applicare almeno in parte i metodi di soluzione dei problemi di elettromagnetismo presentati durante il corso. Il punteggio massimo verrà ottenuto per una soluzione esatta dei problemi proposti. Il voto finale dell’esame terrà conto del risultato dell’esame scritto ma sarà principalmente determinato dalla capacità dello studente di dimostrare nel colloquio, rispondendo alle domande aperte, di avere acquisito i concetti principali dell’elettromagnetismo, di essere in grado di spiegare gli stessi e come si utliizzano le leggi fondamentali dell’elettromagnetismo, in particolare le equazioni di Maxwell, per interpretare e spiegare i fenomeni elettromagnetici.