La presentazione è in caricamento. Aspetta per favore

La presentazione è in caricamento. Aspetta per favore

Fisica II – CdL Informatica Fortunato Neri Fortunato Neri Dipartimento di Fisica della Materia e Tecnologie Fisiche Avanzate Dipartimento di Fisica della.

Presentazioni simili


Presentazione sul tema: "Fisica II – CdL Informatica Fortunato Neri Fortunato Neri Dipartimento di Fisica della Materia e Tecnologie Fisiche Avanzate Dipartimento di Fisica della."— Transcript della presentazione:

1 Fisica II – CdL Informatica Fortunato Neri Fortunato Neri Dipartimento di Fisica della Materia e Tecnologie Fisiche Avanzate Dipartimento di Fisica della Materia e Tecnologie Fisiche Avanzate tel tel Facciamo conoscenza

2 Fisica II – CdL Informatica Svolgimento del corso Mar 9.00 – 11.00Gio 9.00 – Mar 9.00 – 11.00Gio 9.00 – Dal 7/10 all11/ e dall8 al 29/1/2009 Dal 7/10 all11/ e dall8 al 29/1/2009 Aula M (primo piano) Aula M (primo piano) Circa 24 lezioni con esercitazioni Circa 24 lezioni con esercitazioni Previste no. 2 prove intermedie Previste no. 2 prove intermedie Modalità esame: Modalità esame: a) prove intermedie (scritte) sufficiente: esame superato b) appelli normali: prova scritta ( sufficiente) + integrazione orale Testo consigliato: Serway, Jewett Principi di Fisica, 3° ediz., vol. I e II, casa editrice Edises Testo consigliato: Serway, Jewett Principi di Fisica, 3° ediz., vol. I e II, casa editrice Edises Testo alternativo: Halliday, Resnick, Walker Fondamenti di Fisica vol. I e II, ed. Ambrosiana Testo alternativo: Halliday, Resnick, Walker Fondamenti di Fisica vol. I e II, ed. Ambrosiana

3 Fisica II – CdL Informatica FISICA II Argomenti del corso 1. 1.Potenziale elettrico e Capacità 2. 2.Corrente elettrica e Resistenza 3. 3.Circuiti elettrici a corrente continua 4. 4.Forze e Campi magnetici 5. 5.Campi magnetici generati da cariche in moto: Induzione 6. 6.Oscillazioni e semplici circuiti AC 7. 7.Onde elettromagnetiche: equazioni di Maxwell 8. 8.Ottica geometrica (riflessione, rifrazione) e ondulatoria (interferenza, diffrazione) 9. 9.Fisica quantistica: fotoni e onde di materia Fisica atomica Stati aggregati della materia (cenni)

4 Fisica II – CdL Informatica FISICA … perché studiarla ? Informatica è una laurea scientifica per la quale sono necessarie conoscenze in ambiti diversi In altre parole la laurea in Informatica non è un corso per programmatori (in C, Java, …) Affrontare e risolvere semplici (!) problemi di fisica permette di acquisire capacità cosiddette di problem solving specificatamente richieste in campo aziendale Linformatica è un settore in rapida evoluzione: le tecnologie si rinnovano frequentemente, sono necessarie conoscenze scientifiche (sia pure generali) per poterle comprendere ed usare efficacemente.

5 Fisica II – CdL Informatica Interazioni fondamentali (origine delle forze) Elettromagnetica : lungo raggio lega elettroni e protoni per formare atomi, che formano molecole, etc. argomento del corso Nucleare debole: corto raggio ~ m decadimento neutronico e radioattività naturale Forte : corto raggio ~ m lega i protoni ed i neutroni per formare i nuclei Gravitazionale: domina su larga scala, legata alla massa

6 Fisica II – CdL Informatica Carica Elettrica Stato di carica possibile: negativo (elettrone) neutro (p.es., neutrone) positivo (p.es., protone) La materia cambia il suo stato di carica Acquisendo o perdendo elettroni La carica elettrica è una proprietà intrinseca delle particelle fondamentali che costituiscono la materia. Evidenze sperimentali: Lo sfregamento (frizione) e/o il contatto provocano il trasferimento di elettroni da un oggetto ad un altro Caricamento per contatto (o conduzione) elettroni +neutroni +protoni atomo

7 Fisica II – CdL Informatica Carica elettrica: evidenze sperimentali Esistono due specie di cariche elettriche: positiva, negativa Esistono due specie di cariche elettriche: positiva, negativa Cariche omonime si respingono cariche eteronime si attraggono Cariche omonime si respingono cariche eteronime si attraggono La carica netta in un sistema isolato si conserva sempre La carica netta in un sistema isolato si conserva sempre

8 Fisica II – CdL Informatica Conduttori & Isolanti Conduttori: materiali in cui le cariche elettriche possono muoversi liberamente: metalli, acqua naturale, corpo umano, … Conduttori: materiali in cui le cariche elettriche possono muoversi liberamente: metalli, acqua naturale, corpo umano, … Isolanti: materiali in cui le cariche elettriche sono bloccate: aria, vetro, plastica, … Isolanti: materiali in cui le cariche elettriche sono bloccate: aria, vetro, plastica, … Semiconduttori: un tipo di isolanti in cui è possibile variare il numero ed il tipo (positivo o negativo) di cariche elettriche mobili (es. silicio, germanio); Semiconduttori: un tipo di isolanti in cui è possibile variare il numero ed il tipo (positivo o negativo) di cariche elettriche mobili (es. silicio, germanio); fondamentali per lo sviluppo della microelettronica e, quindi, dellinformatica !!!

9 Fisica II – CdL Informatica Legge di Coulomb La forza* esercitata da una carica puntiforme su di unaltra agisce lungo la congiungente le cariche. La forza* esercitata da una carica puntiforme su di unaltra agisce lungo la congiungente le cariche. Forza repulsiva + + r 1 2 F Forza attrattiva r 2 F 21 La forza varia secondo linverso del quadrato della distanza che separa le cariche. La forza varia secondo linverso del quadrato della distanza che separa le cariche. La forza è repulsiva per cariche dello stesso segno e attrattiva per cariche di segno opposto. La forza è repulsiva per cariche dello stesso segno e attrattiva per cariche di segno opposto. La forza è proporzionale al prodotto delle cariche. La forza è proporzionale al prodotto delle cariche. *la forza è un vettore

10 Fisica II – CdL Informatica Unità di carica elettrica Coulomb (C): 1 Coulomb è la quantità di carica che passa in 1 secondo attraverso una qualsiasi sezione di un filo percorso dalla corrente di 1 Ampere. Coulomb (C): 1 Coulomb è la quantità di carica che passa in 1 secondo attraverso una qualsiasi sezione di un filo percorso dalla corrente di 1 Ampere. 0 è la costante dielettrica nel vuoto. La costante k e è definita come: La costante k e è definita come: Costante Dielettrica Costante Dielettrica

11 Fisica II – CdL Informatica Sommario carica elettrica Proprietà fondamentale: associata ai protoni ed elettroni Proprietà fondamentale: associata ai protoni ed elettroni Lunità di misura nel sistema SI è il coulomb (C) Lunità di misura nel sistema SI è il coulomb (C) Due di tipi di carica (q): Due di tipi di carica (q): Positiva (+): p.es. protoni (q protone = x C) Positiva (+): p.es. protoni (q protone = x C) Negativa (-): p.es. electroni (q elettrone = x C) Negativa (-): p.es. electroni (q elettrone = x C) Atomi & molecole, normalmente, possiedono carica nulla Atomi & molecole, normalmente, possiedono carica nulla eguale numero di protoni ed electroni eguale numero di protoni ed electroni stesso valore assoluto ma segno opposto stesso valore assoluto ma segno opposto Proprietà della carica: Proprietà della carica: cariche dello stesso segno si respingono cariche dello stesso segno si respingono cariche di segno opposto si attraggono cariche di segno opposto si attraggono La carica elettrica è quantizzata La carica elettrica è quantizzata La carica elementare (e) vale 1.602x C La carica elementare (e) vale 1.602x C La carica totale di qualunque materiale è un multiplo di (e) La carica totale di qualunque materiale è un multiplo di (e) q totale = Ne La carica elettrica si conserva La carica elettrica si conserva Non si conoscono processi che modificano autonomamente (senza trasferimento) la quantità di carica. Non si conoscono processi che modificano autonomamente (senza trasferimento) la quantità di carica.

12 Fisica II – CdL Informatica Principio di sovrapposizione degli effetti Principio di sovrapposizione: Per un insieme di cariche puntiformi, la forza totale agente su una carica è la risultante vettoriale di ciascuna forza agente su di essa. Le forze non sono influenzate dalla presenza di altre forze. Principio di sovrapposizione: Per un insieme di cariche puntiformi, la forza totale agente su una carica è la risultante vettoriale di ciascuna forza agente su di essa. Le forze non sono influenzate dalla presenza di altre forze. Problema: valutare la forza totale agente su essendo e disposte ai vertici di un triangolo equilatero. Problema: valutare la forza totale agente su Q 1 essendo Q 1 =Q 2 =Q 3 =1 C e disposte ai vertici di un triangolo equilatero. Q2Q2 Q3Q3 R=1m 60 0 Q1Q1 Q 1 =Q 2 =Q 3 =1 C F F2F2 F3F3

13 Fisica II – CdL Informatica Campo Elettrico Una semplice osservazione, ma ricca di conseguenze Lintensità della forza di Coulomb su una data carica è sempre proporzionale al valore della carica stessa. q0q0 q1q1 q2q2 F1F1 F F2F2 carica di prova Domanda: Come fa q 0 a conoscere la presenza di q 1 e q 2 ? Esperimento: inseriamo una carica di prova q 0 in presenza di altre due cariche q 1 e q 2 q 1 e q 2 Risposta: q 1 e q 2 generano un campo elettrico che non dipende dalla carica di prova q 0 ma solo dalla posizione nello spazio. (Azione a distanza) 0 q F E

14 Fisica II – CdL Informatica Campo Elettrico Una particella carica crea un campo elettrico. Il campo elettrico è una grandezza vettoriale ed ha la stessa direzione della forza agente su una carica positiva. Una particella carica crea un campo elettrico. Il campo elettrico è una grandezza vettoriale ed ha la stessa direzione della forza agente su una carica positiva. q (carica di prova) q (carica di prova) E campo indipendente dalla carica di prova E campo indipendente dalla carica di prova F = qE F = qE + r = 1x m Q p =1.6x C E E = ( )( )/( ) 2 N = N/C (diretto verso destra)

15 Fisica II – CdL Informatica Campo Elettrico Possiamo quindi determinare, ovunque nello spazio, il campo elettrico prodotto da arbitrari : Insiemi di cariche Distribuzioni di carica Valore di E allorigine + F Queste cariche o distribuzioni di cariche sono lorigine del campo elettrico nello spazio

16 Fisica II – CdL Informatica Campo Scalare I singoli valori delle temperature campionano il campo scalare (conosciamo la temperature nel punto prescelto, ma T è definita ovunque (x,y)

17 Fisica II – CdL Informatica Campo Vettoriale La distribuzione delle velocità dei venti è un campo vettoriale oltre allintensità (modulo) è necessario conoscere la direzione ed il verso per sapere che vento tira...

18 Fisica II – CdL Informatica Campo Elettrico di una Carica Puntiforme La forza su una carica di prova è per definizione il campo elettrico è dato da:

19 Fisica II – CdL Informatica Campo Elettrico generato da cariche puntiformi multiple La forza esercitata su un carica di prova è data da pertanto il campo elettrico è, per definizione, dato da Principio di Sovrapposizione!

20 Fisica II – CdL Informatica Due cariche eguali Cariche opposte. Si noti che il doppio delle linee di flusso entrano (o escono) dalla carica che vale 2Q. Piani paralleli carichi Dipolo Elettrico diretto a sinistra Esempi Dipolo Elettrico diretto in basso + -

21 Fisica II – CdL Informatica Momento di Dipolo Elettrico Momento di dipolo: x a +Q r a -Q Il momento di dipolo è diretto dalla carica negativa verso quella positiva. Molte molecole possiedono un momento di dipolo elettrico (molecole polari). = d Q dove d è la separazione tra le due cariche Consideriamo r >> a casi di particolare interesse: p. es. molecole, antenne E dipolo r -3 a distanza in tutte le direzioni

22 Fisica II – CdL Informatica Densità di carica Come si rappresenta la carica Q su un oggetto esteso ? carica totale Q piccole quantità di carica dq carica lineare: λ = carica per unità di lunghezza carica lineare: λ = carica per unità di lunghezza dq = dx carica superficiale: = carica per unità di area carica superficiale: = carica per unità di area dq = dA carica di volume carica di volume = carica per unità di volume = carica per unità di volume dq = dV

23 Fisica II – CdL Informatica Carica puntiforme in un campo elettrico Determiniamo la forza elettrostatica cui è soggetta una carica posta in campo elettrico esterno, F = qE Determiniamo la forza elettrostatica cui è soggetta una carica posta in campo elettrico esterno, F = qE La direzione della forza è la stessa di quella del campo esterno, se la carica è positiva, ovvero è opposta se la carica è negativa. La direzione della forza è la stessa di quella del campo esterno, se la carica è positiva, ovvero è opposta se la carica è negativa. La carica non risente del proprio campo elettrico La carica non risente del proprio campo elettrico Il campo elettrico totale è, comunque, dato dalla sovrapposizione del campo esterno + di quello interno (generato dalla carica puntiforme stessa) Il campo elettrico totale è, comunque, dato dalla sovrapposizione del campo esterno + di quello interno (generato dalla carica puntiforme stessa)

24 Fisica II – CdL Informatica Carica in un campo uniforme (energia cinetica)

25 Fisica II – CdL Informatica Moto di particelle cariche - Esempio

26 Fisica II – CdL Informatica Applicazioni moderne segnali dingresso generatore gocciolina dispositivo di carica della gocciolina piani deflettenti carta E stampanti a getto dinchiostro ink-jet

27 Fisica II – CdL Informatica Applicazioni moderne Monitor CRTMonitor CRT Televisore CRTTelevisore CRT

28 Fisica II – CdL Informatica Flusso Elettrico Flusso Elettrico Legge di Gauss: Motivazione & Definizione Legge di Gauss: Motivazione & Definizione Legge di Coulomb come conseguenza della legge di Gauss Legge di Coulomb come conseguenza della legge di Gauss Cariche sui Conduttori Cariche sui Conduttori Legge di Gauss La legge di Gauss mette in relazione i campi su una superficie gaussiana (superficie chiusa di forma arbitraria) con le cariche racchiuse dalla superficie stessa.

29 Fisica II – CdL Informatica Concetto di Flusso

30 Fisica II – CdL Informatica Flusso elettrico Il flusso elettrico Φ attraverso una superficie gaussiana è proporzionale al numero di linee di campo elettrico passanti attraverso la superficie

31 Fisica II – CdL Informatica Teorema di Gauss Relazione generale tra il flusso elettrico totale Φ attraverso una superficie chiusa e la carica elettrica contenuta allinterno di questa superficie. mette in relazione E e q. E utile solo nei casi in cui vi è alta simmetria (spaziale). Matematicamente il vero problema è svolgere lintegrale !!!

32 Fisica II – CdL Informatica Flusso attraverso superfici chiuse (esempi)

33 Fisica II – CdL Informatica Leggi fondamentali dellElettrostatica Legge di Coulomb Legge di Coulomb Forza tra cariche puntiformi OPPURE Legge di Gauss Legge di Gauss Relazione tra Campi Elettrici e cariche

34 Fisica II – CdL Informatica Legge di Gauss Legge di Gauss (è una LEGGE FONDAMENTALE): Legge di Gauss (è una LEGGE FONDAMENTALE): Il flusso elettrico netto Φ attraverso una qualunque superficie chiusa (gaussiana) è proporzionale alla carica racchiusa da tale superficie. Come usare questa equazione ? É molto utile nel trovare E quando la situazione fisica presenta elevati gradi di SIMMETRIA.

35 Fisica II – CdL Informatica La legge di Gauss mette in relazione il flusso netto Φ di un campo elettrico attraverso una superficie chiusa (gaussiana) con la carica netta q int che è racchiusa allinterno della superficie. Legge di Gauss S 1 : 0 1 =+q S 2 : 0 2 =-q S 3,S 4 : 0 3 = 0 4 =0

36 Fisica II – CdL Informatica Legge di Gauss Legge di Coulomb (implica) Simmetria il campo E di una carica puntiforme è radiale e sfericamente simmetrico Simmetria il campo E di una carica puntiforme è radiale e sfericamente simmetrico Disegnamo una sfera di raggio R centrata sulla carica. Disegnamo una sfera di raggio R centrata sulla carica. E +Q+Q R Perchè ? E è normale in ogni punto sulla superficie E è identico in ogni punto sulla superficie possiamo portare E fuori dellintegrale! Pertanto, ! – –legge di Gauss – –libertà di scelta della superficie, purchè sia Gaussiana


Scaricare ppt "Fisica II – CdL Informatica Fortunato Neri Fortunato Neri Dipartimento di Fisica della Materia e Tecnologie Fisiche Avanzate Dipartimento di Fisica della."

Presentazioni simili


Annunci Google