Cariche e Campi Elettrici

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1 PROGRAMMA FINALE di FISICA A.S. 2016/ Liceo Classico LIBRO DI TESTO Parodi, Ostili, Onori Il Linguaggio della Fisica 3 - Linx MODULO N. 1 Cariche e Campi Elettrici U.D. 1 Carica Elettrica e Legge di Coulomb a) concetti introduttivi: definizione di corpo elettrizzato, ipotesi di Franklin sull esistenza di cariche positive e negative, definizioni di elettrone e protone, definizione della carica elettrica come grandezza fisica, attrazione/repulsione tra cariche, il Coulomb, carica elementare, corpi isolanti e corpi conduttori; b) elettrizzazione di un corpo: metodi (contatto, strofinìo, induzione, polarizzazione), principio di funzionamento di un elettroscopio; c) principio di conservazione della carica elettrica, principio di quantizzazione della carica elettrica; d) legge di Coulomb (nel vuoto e nella materia): formula matematica, significato, costante dielettrica nel vuoto e nella materia, principio di sovrapposizione nel caso di un sistema di N cariche, analogie e differenze tra legge di Coulomb e legge di Newton. ESERCIZI semplici problemi di applicazione della Legge di Coulomb nel vuoto e nella materia nel caso di due cariche o nel caso di particolari sistemi di tre o quattro cariche. U.D. 2 Campo Elettrico a) aspetti introduttivi al concetto di campo vettoriale, necessità di una grandezza fisica che spieghi perché due oggetti possano interagire a distanza; b) il vettore campo elettrico: definizione, unità di misura, metodo della carica di prova per il calcolo dell intensità, il campo elettrico generato da una carica puntiforme e da un sistema di N cariche puntiformi, linee di campo. ESERCIZI semplici problemi di calcolo del vettore campo elettrico generato in un punto P dello spazio da una singola carica elettrica o da particolarissimi sistemi di due o tre cariche elettriche. U.D. 3 Potenziale Elettrico a) concetti introduttivi: richiami sull energia potenziale e sul suo legame con il lavoro, richiami sulle forze conservative; b) la forza di Coulomb come forza conservativa: (differenza di) energia potenziale elettrica, lavoro necessario per spostare una carica immersa in un campo elettrico da un punto A ad un punto

2 B; c) il potenziale elettrico: definizione come grandezza fisica, unità di misura, differenza di potenziale elettrico; d) moto di cariche in un campo elettrico (flusso causato da una differenza di potenziale, traiettorie rettilinee o paraboliche a seconda della velocità iniziale di ciascuna particella), relazione tra potenziale elettrico e campo elettrico, superfici equipotenziali; e) potenziale elettrico e capacità elettrica di un conduttore, equilibrio elettrostatico di un conduttore, definizione di capacità elettrica di un conduttore (significato fisico, unità di misura). ESERCIZI semplici problemi di applicazione delle formule studiate. Cariche e Campi Elettrici U.D. 4 Condensatori a) concetti introduttivi: definizione, componenti, utilizzo, campo elettrico all esterno e all interno (e relazione con la ddp tra le armature), capacità di un condensatore piano; b) energia immagazzinata in un condensatore e lavoro necessario a tal fine; c) reti di condensatori: collegamenti in serie e in parallelo, capacità equivalente; d) processo di carica di un condensatore collegato ad una pila. ESERCIZI semplici problemi di applicazione delle formule studiate, calcolo della capacità equivalente in piccole reti di condensatori.

3 MODULO N. 2 Corrente Elettrica U.D. 1 Corrente Elettrica Continua a) concetti introduttivi: definizione intuitiva, cause, esempi dalla quotidianità, moto ordinato di cariche elettriche; b) definizione di corrente come grandezza fisica (unità di misura, verso), definizione di corrente continua; c) circuiti elettrici: principio intuitivo di funzionamento (analogia con i vasi comunicanti), definizione di generatore di tensione, componenti di un circuito (generatore, utilizzatore, conduttore ideale, interruttore aperto e chiuso), collegamento di due o più utilizzatori, amperometro e voltmetro come strumenti di misura; d) relazione tra ddp e corrente: curva caratteristica di un conduttore, conduttori ohmici; e) la prima legge di Ohm: formula matematica, significato fisico, resistenza elettrica (definizione, unità di misura), resistore; f) reti di resistori: collegamento in serie e in parallelo, resistenza equivalente (risoluzione di un circuito); g) maglie e nodi in un circuito: le leggi di Kirchhoff; h) trasformazione dell energia elettrica: effetto Joule, potenza elettrica, il kilowattora come unità di misura del consumo di energia elettrica; i) forza elettromotrice (definizione, unità di misura), generatori reali e ideali, caduta di potenziale in un circuito. ESERCIZI semplici problemi di calcolo della resistenza equivalente in piccole reti di condensatori, risoluzione di semplici circuiti. U.D. 2 Corrente Elettrica nei Metalli a) concetti introduttivi: reticolo cristallino di un filo di metallo, elettroni di conduzione, velocità di deriva; b) seconda legge di Ohm: formula matematica, significato fisico, resistività (definizione, unità di misura) e relazione con la temperatura, materiali superconduttori; c) estrazione degli elettroni da un metallo: lavoro di estrazione, potenziale di estrazione, effetto termoionico ed effetto fotoelettrico. ESERCIZI semplici problemi di applicazione della seconda legge di Ohm. MODULO N. 3

4 Magnetism o U.D. 1 Fenomeni Magnetici Fondamentali a) concetti introduttivi: esempi di forza magnetica, sostanze ferromagnetiche, calamite e magneti artificiali/naturali; b) poli magnetici (definizione, attrazione/repulsione), vettore campo magnetico (direzione, verso, linee di campo) e confronto con il campo elettrico; c) forze tra magneti e correnti: esperienze di Oersted e Faraday, forze tra correnti e legge di Ampere, forza a cui un filo percorso da corrente è soggetto se immerso in un campo magnetico; d) intensità del campo magnetico (con unità di misura) e la forza magnetica (direzione, verso, modulo) su un filo percorso da corrente; e) campo magnetico generato da un filo percorso da corrente: legge di Biot Savart per fili rettilinei, casi della spira circolare e di un solenoide. ESERCIZI semplicissimi problemi di applicazione delle formule studiate. U.D. 2 Forze Magnetiche a) forza magnetica che agisce su una carica in moto in un campo magnetico uniforme: forza di Lorentz (modulo, direzione, verso); b) caso particolare di una particella carica che si muove in un campo magnetico uniforme e avente velocità perpendicolare ad esso: conservazione dell energia cinetica, traiettoria circolare (raggio, periodo); c) analogie da la forza di Lorentz e quella che agisce su un intero filo percorso da corrente immerso in un campo magnetico. ESERCIZI semplicissimi problemi di applicazione delle formule studiate. MODULO N. 4

5 Induzione Elettromagnetica U.D. 1 Cenni a) concetti introduttivi: cosa si intende per induzione elettromagnetica, descrizione di alcuni esperimenti in tal senso; b) il flusso di campo magnetico (definizione, unità di misura); c) la legge di Faraday Neumann e la legge di Lenz. ESERCIZI l argomento, di cui sono stati forniti solo brevi cenni, è stato trattato in modo esclusivamente discorsivo e descrittivo.