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Risorsa bibliografica facoltativa
Scheda Riassuntiva
Anno Accademico 2019/2020
Scuola Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
Insegnamento 084040 - FONDAMENTI DI ELETTROMAGNETISMO (PER INGEGNERIA BIOMEDICA)
Docente Pifferi Antonio Giovanni
Cfu 10.00 Tipo insegnamento Monodisciplinare

Corso di Studi Codice Piano di Studio preventivamente approvato Da (compreso) A (escluso) Insegnamento
Ing Ind - Inf (1 liv.)(ord. 270) - MI (363) INGEGNERIA BIOMEDICA*AE084040 - FONDAMENTI DI ELETTROMAGNETISMO (PER INGEGNERIA BIOMEDICA)

Obiettivi dell'insegnamento

L'insegnamento di Fondamenti di Elettromagnetismo (per Ingegneria Biomedica) ha i seguenti obiettivi:

- Introdurre i concetti di base dell’Elettromagnetismo e dell’Ottica.

- Fornire le basi culturali indispensabili per interpretare molti fenomeni naturali e per affrontare insegnamenti successivi nei settori dell’elettronica e dell'ingegneria.

- Introdurre il formalismo degli operatori differenziali per descrivere le proprietà dei campi elettrico e magnetico, gettando le basi per una descrizione quantitativa di problemi di natura scientifica e tecnologica.


Risultati di apprendimento attesi

- Lo studente apprenderà i principi fisici alla base dei fenomeni elettromagnetici e comprenderà il significato delle leggi che li descrivono ed i limiti di tali descrizioni (DD1)

- Lo studente acquisirà dimestichezza con le principali grandezze fisiche che descrivono i fenomeni dell’Elettromagnetismo e dell’Ottica, la loro definizione e le rispettive unità di misura nel Sistema Internazionale (DD1)

- Lo studente sarà in grado di rappresentare i fenomeni naturali di natura elettromagnetica mediante un corretto formalismo matematico (DD2)

- Lo studente sarà capace di applicare le conoscenze di acquisite per:

determinare le grandezze fisiche pertinenti alla descrizione di un fenomeno fisico negli ambiti dell’Elettromagnetismo, ponendo attenzione al loro carattere scalare o vettoriale, alle dimensioni fisiche e alle relative unità di misura (DD2)

identificare le leggi fisiche adeguate alla descrizione quantitativa di un fenomeno, ponendo attenzione ai limiti di validità del modello utilizzato (DD2)

- Lo studenta sarà inoltre capace di applicare il metodo e le conoscenze apprese, sia nel proseguimento degli studi che nell'attività ptofessionale, al fine di determinare l'evoluzione di un fenomeno fisico su scala spaziale e/o temporale utilizzando le equazioni che lo governano (DD5) 

 

DD1 = Conoscenza e capacità di comprensione

DD2 = Capacità di applicare conoscenza e comprensione

DD5 = Capacità di apprendimento


Argomenti trattati

La legge di Coulomb ed il campo elettrostatico. Il potenziale elettrostatico. Il teorema di Gauss in forma integrale e locale. I conduttori e lo schermo elettrostatico. L’energia del campo elettrostatico. I materiali dielettrici. La corrente elettrica nei conduttori e la legge di Ohm. Il campo magnetico statico, le leggi di Laplace ed il teorema di Ampère. Il magnetismo nei mezzi materiali. L’induzione elettromagnetica e legge di Faraday. I coefficienti di auto e mutua induzione. L'energia del campo magnetico statico. La corrente di spostamento e la legge di Maxwell-Faraday. Le equazioni di Maxwell. Le onde elettromagnetiche e loro proprietà. Il teorema di Poynting. L'interferenza e la diffrazione. La polarizzazione della luce. Elementi di ottica geometrica.

Programma dettagliato delle lezioni e delle esercitazioni

1. - ASPETTI FENOMENOLOGICI E BASI STORICHE DELL'ELETTROMAGNETISMO
1.1. Evidenze sperimentali dei fenomeni elettrici
1.2. Proprietà della carica elettrica
2. - LEGGE DI COULOMB E CAMPO ELETTROSTATICO
2.1. La legge di Coulomb
2.2. Definizione di campo elettrico
2.3. Il principio di sovrapposizione
2.4. Il campo elettrico generato da distribuzioni di carica discrete e continue
3. - IL POTENZIALE ELETTROSTATICO
3.1. Il Lavoro della forza elettrica
3.2. L'energia potenziale della forza elettrostatica
3.3. Il potenziale elettrostatico
3.4. Il rotore del campo elettrostatico
4. - IL TEOREMA DI GAUSS
4.1. Il flusso del campo elettrico
4.2. La divergenza del campo elettrico
4.3. Il teorema di Gauss in forma integrale ed in forma differenziale
5. - I CONDUTTORI
5.1. Proprietà dei conduttori
5.2. Lo schermo elettrostatico
5.3. La capacità di un conduttore isolato
5.4. Il condensatore
6. - ENERGIA DEL CAMPO ELETTROSTATICO
6.1. Energia di una distribuzione discreta e continua di cariche
6.2. Energia elettrostatica in un condensatore
6.3. Legame tra la densità di energia elettrostatica e campo elettrico
7. - I MATERIALI DIELETTRICI
7.1. Aspetti fenomenologici della polarizzazione
7.2. I vettori Polarizzazione (P) ed il vettore Spostamento dielettrico (D)
7.3. Cenni sugli aspetti microscopici della polarizzazione
8. - LA CORRENTE ELETTRICA NEI CONDUTTORI
8.1. La legge di Ohm e la descrizione microscopica della corrente in un conduttore
8.2. I generatori di forza elettromotrice e la legge di Ohm generalizzata
9. - Il CAMPO MAGNETICO STATICO
9.1. Fenomenologia del campo magnetico
9.2. La forza di Lorentz e la definizione operativa del campo di Induzione magnetica (B)
9.3. Le proprietà del campo magnetico statico (divergenza e rotore)
9.4. La legge di Ampère per la circuitazione del campo magnetico
9.5. Forze tra circuiti percorsi da correnti
9.6  Le leggi di Laplace
9.7. Spire e dipoli magnetici
9.8. Il teorema di equivalenza di Ampère
10. - IL MAGNETISMO NEI MEZZI MATERIALI
10.1. Fenomenologia dei materiali magnetici
10.2. I vettori Magnetizzazione (M) ed Intensità di campo magnetico (H)
10.3. Il dimagnetismo ed il paramagnetismo
10.4. Cenni di ferromagnetismo
11. - L'INDUZIONE ELETTROMAGNETICA
11.1. La legge di Faraday per l'induzione elettromagnetica
11.2. I casi del "flusso tagliato" e della "variazione del flusso concatenato"
11.3. Considerazioni energetiche
11.4. Legge dell'induzione in forma locale
11.5. L'autoinduzione e la mutua induzione
11.6. L'energia del campo magnetico
11.7. La corrente di spostamento
11.8. Le equazioni di Maxwell
12. - LE ONDE ELETTROMAGNETICHE
12.1  L'equazione di d'Alambert e l'integrale generale
12.2  Le onde piane polarizzate linearmente
12.3  Le proprietà delle onde e le onde sferiche
12.4  Considerazioni energetiche ed il vettore di Poynting
13. - LA FISICA DEI FENOMENI ONDULATORI 
13.1  L'interferenza e la diffrazione
13.2. Gli stati di polarizzazione della luce
13.3  Elementi di ottica geometrica


Prerequisiti

L'insegnamento richiede come prerequisito le conoscenze di base del calcolo differenziale.


Modalità di valutazione

Modalità di valutazione

 

L'esame può essere sostenuto mediante prove in itinere e appelli:

 

1) Prove in itinere: l'esame consiste di 2 prove scritte:

  • La prima prova (denominata PROVA INTERMEDIA) si tiene durante la prima sospensione delle lezioni
  • La seconda prova (denominata PREAPPELLO) si svolge al termine del corso.

Le date delle prove in itinere sono reperibili mediante i Servizi Online di Ateneo

PARTECIPAZIONE ALLA PRIMA PROVA IN ITINERE o PROVA INTERMEDIA: possono partecipare alla PRIMA prova in itinere tutti gli studenti iscritti al corso senza debiti formativi (OFA TOT)L'iscrizione non è necessaria, tuttavia si consiglia di effettuare l'iscrizione per permettere una corretta allocazione delle aule.

PARTECIPAZIONE ALLA SECONDA PROVA IN ITINERE o PREAPPELLO:
Possono sostenere la SECONDA prova in itinere tutti gli studenti che hanno conseguito un risultato positivo nella prima prova in itinere. Gli studenti che non hanno ottenuto una valutazione sufficiente nella prima prova o che intendono rifiutare la valutazione della prima prova possono sostenere l' ESAME COMPLETO [per i dettagli si veda il punto 2) Appelli d'esame].
Per partecipare alla seconda prova in itinere è NECESSARIO ISCRIVERSI tramite terminale Servizi Online. La mancata iscrizione IMPEDISCE al docente di registrare l'esame.

Ognuna delle due prove in itinere ha una durata 1.5 ore e consiste nella risposta a 3 quesiti basati sia su esercizi che su domande di teoria. L'esame completo svolto in corrispondenza della seconda prova ha la durata di 2 ore e comprende 4 quesiti

VALUTAZIONE FINALE DOPO LE DUE PROVE: Al termine delle due prove in itinere lo studente può ricevere una valutazione

  • Sufficiente: in questo caso viene assegnato un voto che può essere modificato con la prova orale 
  • Insufficiente: in questo caso lo studente è rimandato all'appello successivo.

Gli studenti che hanno ottenuto una valutazione finale sufficiente al termine delle prove in itinere o dell'esame completo possono chiedere di sostenere una prova orale per perfezionare la loro valutazione. La data della prova orale è concordata con il docente entro l'appello successivo. La prova orale può riguardare un qualunque argomento del corso.

 

2) Appelli d'eame: l'esame consiste di una prova scritta riguardante l'intero programma del corso ed in una prova orale facoltativa. 

La prova scritta ha una durata 2 ore e consiste nella risposta a 4 quesiti basati sia su esercizi che su domande di teoria.

Sono previsti tre appelli d'esame durante l'anno accademico. Le date degli appelli sono reperibili su Servizi Online.

Gli studenti che hanno conseguito una valutazione sufficiente nelle prova scritta, possono chiedere di sostenere una prova orale per perfezionare la loro valutazione. Le modalità di esecuzione della prova orale sono le medesime già espresse nella sezione "prove in itinere"

Per partecipare agli appelli è necessario iscriversi tramite i Servizi Online. La mancata iscrizione IMPEDISCE al docente di registrare l'esame.

 

ULTERIORI INFORMAZIONI: 

La partecipazione alle prove in itinere ed agli appelli non è obbligatoria.

Dopo aver ottenuto un voto sufficiente tramite le prove in itinere o uno degli appelli è sempre possibile rifiutare il voto ottenuto e sostenere l'esame all'appello successivo. 

Il rifiuto del voto deve essere fatto dalla studente tramite Servizi Online.

DATE DELLE PROVE D'ESAME:

Le date dello svolgimento delle Prove in Itinere e degli appelli d'esame dono comunicate mediante Servizi Online

STUDENTI CON DEBITI FORMATIVI:

Agli immatricolati che nel test di ammissione hanno conseguito un punteggio inferiore alla soglia di 60/100 (studenti con OFA TOT) non è consentita la partecipazione alle prove in itinere né l'iscrizione ad alcun appello  fino al superamento del test in una sessione on line.

 

Bibliografia
Risorsa bibliografica facoltativaPaolo Mazzoldi, Massimo Nigro, Massimo Nigro, Elementi di Fisica Vol. 2 - Elettromagnetismo e Onde, Editore: EdiSES, Anno edizione: 2008, ISBN: 9788879594783
Risorsa bibliografica facoltativaPaolo Mazzoldi, Massimo Nigro, Massimo Nigro, Fisica Vol. II - Elettromagnetismo e onde, Editore: EdiSES, Anno edizione: 2000, ISBN: 8879591525
Risorsa bibliografica facoltativaVittorio Mencuccini, Carlo Silvestrini, Fisica II. Elettromagnetismo - Ottica, Editore: Liguori, Anno edizione: 2017, ISBN: 9788820716332
Risorsa bibliografica facoltativaS. Longhi, M. Nisoli, R. Osellame, S. Stagira, Fisica Sperimentale: Problemi di Elettromagnetismo, Editore: Esculapio, Anno edizione: 2010, ISBN: 9788874883745
Risorsa bibliografica facoltativaStefano Longhi, Salvatore Stagira, Problemi di elettromagnetismo ed ottica tratti da temi d'esame, Editore: CUSL, Anno edizione: 1999, ISBN: 9788881320943

Forme didattiche
Tipo Forma Didattica Ore di attività svolte in aula
(hh:mm)
Ore di studio autonome
(hh:mm)
Lezione
60:00
90:00
Esercitazione
40:00
60:00
Laboratorio Informatico
0:00
0:00
Laboratorio Sperimentale
0:00
0:00
Laboratorio Di Progetto
0:00
0:00
Totale 100:00 150:00

Informazioni in lingua inglese a supporto dell'internazionalizzazione
Insegnamento erogato in lingua Italiano
Disponibilità di libri di testo/bibliografia in lingua inglese
Possibilità di sostenere l'esame in lingua inglese
Disponibilità di supporto didattico in lingua inglese
schedaincarico v. 1.6.1 / 1.6.1
Area Servizi ICT
28/02/2020