LICEO SCIENTIFICO STATALE G. MARCONI FOGGIA

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1 LICEO SCIENTIFICO STATALE G. MARCONI FOGGIA PROGRAMMA DI Fisica Classe VB Anno Scolastico Insegnante: Prof.ssa La Salandra Incoronata 1

2 FORZA E CAMPI ELETTRICI (Richiami) Teoria sui vettori I principi della dinamica Forza gravitazionale Carica elettrica La legge di Coulomb La costante di Coulomb Unità fondamentale di carica elettrica Esercizi sulla carica elettrica e la legge di Coulomb Confronto tra forza elettrostatica e forza gravitazionale Definizione relativa e formale del campo elettrico Unità di misura del campo elettrico Linee di forza Regole per tracciare le linee di forza Elettrizzazione per induzione (o per influenza) Elettrizzazione per strofinio Le cariche elettriche si distribuiscono sulla superficie dei conduttori metallici Definizione di dipolo elettrico Definizione di momento di dipolo elettrico Costante di Coulomb e costante dielettrica del vuoto Unità di misura della costante dielettrica Definizione di campo elettrico uniforme Definizione di flusso del vettore campo elettrico attraverso una superficie S. Calcolo del flusso totale del campo elettrico uniforme uscente da una superficie cubica non contenente carica elettrica Teorema di Gauss (Enunciato) Giustificazione del teorema di Gauss nel caso particolare di una singola carica Q posta nel centro di una sfera ideale di raggio R Determinazione dell espressione del campo elettrico generato da una distribuzione filiforme di carica avente densità lineare d (applicazione del teorema di Gauss) 2

3 ELETTROSTATICA( Richiami) Lavoro ed energia Definizione di differenza di potenziale Definizione di potenziale Espressione del potenziale per un campo elettrico costante nella direzione x Espressione del potenziale elettrico dovuto ad una carica puntiforme posta nell origine Unità di misura del potenziale Conduttori elettrici Superfici equipotenziali Definizione di capacità Formula dimensionale della capacità Unità di misura della capacità Leggi della capacità Campo elettrico all interno di un conduttore carico in equilibrio elettrostatico Potenziale elettrico entro un conduttore carico Campo elettrico in un punto situato all esterno di un conduttore carico e molto vicino ad esso Campo e potenziale dentro e fuori un conduttore sferico - Andamento del campo elettrico all interno e all esterno di un conduttore sferico carico di raggio r Campo elettrico in una coppia di piastre parallele caricate con segno opposto Studio del moto di un elettrone in un campo elettrico uniforme Capacità di un condensatore piano Risoluzione di un problema sul moto di un elettrone in un campo elettrico uniforme Collegamento di condensatori Collegamento in parallelo e collegamento in serie Lavoro di carica di un condensatore Energia elettrica immagazzinata nel campo elettrico Densità di energia del campo elettrico. CORRENTE ELETTRICA E CIRCUITI La corrente elettrica nei conduttori metallici Definizione di intensità di corrente Definizione di densità di corrente Calcolo di velocità di deriva degli elettroni di conduzione in un filo di rame Schema di un circuito elettrico Prima legge di Ohm Formula dimensionale della resistenza elettrica Unità di misura della resistenza Fattori che determinano il valore della resistenza elettrica Seconda legge di Ohm Energia nei circuiti elettrici Definizione di sorgente di forza elettromotrice Combinazioni di resistori Resistori in serie e in parallelo Primo principio di Kirchhoff Secondo principio di Kirchhoff Risoluzione di un circuito elementare applicando i principi di Kirchhoff. 3

4 FENOMENI ELETTROMAGNETICI E LORO INTERPRETAZIONI. L INTERAZIONE FRA CORRENTI E IL CONCETTO DI CAMPO MAGNETICO Interazione fra conduttori percorsi da corrente. Il concetto di campo magnetico. La nascita dell elettromagnetismo : l esperimento di Oersted. Genialità e limiti della teoria di Ampere. Formula dimensionale del campo magnetico. Definizione della permeabilità magnetica. Unità di misura del campo magnetico nel sistema S. I. - Campo magnetico generato da una spira di raggio R - Campo generato da un solenoide. - Proprietà formali del campo magnetico. - Il flusso del campo magnetico. -Circuitazione del campo magnetico. Enunciato del teorema della circuitazione del vettore campo magnetico o teorema di Ampere. Giustificazione del teorema di Ampere. Dimostrazione della formula del campo di induzione magnetica generato da un solenoide indefinito applicando il teorema della circuitazione. - Dimostrazione della formula del campo di induzione magnetica generato da un toroide applicando il teorema della circuitazione. - L interazione fra correnti interpretata mediante il concetto di campo magnetico. - Forza agente su un conduttore percorso da corrente immerso in un campo magnetico. -Interazioni tra correnti e campo magnetico. Azioni tra corrente rettilinee e parallele. Interazione campo magnetico corrente. La formula relativa alla forza agente su di un tratto l di un conduttore percorso dalla corrente I, immerso in un campo di induzione magnetica uniforme. Forza tra fili rettilinei indefiniti dedotta mediante modelli di campo. Calcolo della forza agente su un filo rettilineo percorso dalla corrente I 2 in presenza di un altro filo rettilineo indefinito parallelo ad esso e percorso dalla corrente I 1 equiversa. -Definizione dell unità ampere. -Azione di un campo magnetico su una spira percorsa da corrente. -Interazione campo- corrente e lavoro meccanico. -Principio di funzionamento di un motore elettrico. -Dall interazione tra corrente e campo magnetico alla forza di Lorentz Dinamica del moto di una carica in un campo magnetico. a) Velocità iniziale della carica e campo magnetico perpendicolari tra loro. b) Velocità iniziale della carica e campo magnetico non perpendicolari tra loro. Carica elettrica in moto in un campo magnetico ed elettrico sovrapposti. L effetto Hall. La sonda di Hall. 4

5 IL FENOMENO DELLA CORRENTE INDOTTA E LA SINTESI DELL ELETTRIMAGNETISMO. Forza di Lorentz e corrente indotta. Fenomeni induttivi. Circuito in moto in un campo magnetico uniforme. Circuito di forma variabile ( con sbarretta mobile ) ma sempre chiuso in un campo magnetico Corrente e forza elettromotrice indotta. Corrente indotta e caratteristiche del campo elettromotore che la genera. Dimostrazione che il campo elettromotore non è a circuitazione nulla. Corrente indotta e variazione del flusso del campo di induzione magnetica. Flusso magnetico e legge di Faraday- Henry Dimostrazione che quando in un circuito si concatena una variazione di flusso del campo B, comunque generata, nel circuito si produce una: Un completamento della legge di Faraday:Legge di Lentz. ( B) f. e. m._ indotta t Determinazione del verso della corrente indotta in alcune applicazioni della legge di Faraday usando la legge di Lenz. La legge di Lenz come conseguenza del principio di conservazione dell energia. Corrente indotta e caratteristiche del campo elettromagnetico che la genera. Considerazioni energetiche relative alla corrente indotta: dimostrazione che la potenza che è necessaria sviluppare per produrre la corrente indotta e proprio uguale alla potenza dissipata per effetto Joule e rispetta quindi le richieste del principio di conservazione dell energia. -Fenomeni di autoinduzione. La corrente autoindotta. Il coefficiente di autoinduzione o induttanza.l induttanza di un solenoide. Corrente di chiusura e di apertura di un circuito. Energia e densità di energia di un campo magnetico. Energia del campo elettrico e del campo magnetico a confronto. La correlazione fra campo elettrico e campo magnetico variabili. La circuitazione del campo magnetico nel vuoto. La circuitazione del campo magnetico in presenza di correnti. Modelli fisici e descrizione formale dei fenomeni elettromagnetici. Le equazioni di Maxwell. Equazione di Lorentz -Cenni sulla corrente alternata. L espressione analitica della forza elettromotrice alternata. Forza elettromotrice e corrente elettrica in un circuito. La potenza di una corrente alternata. Calcolo della potenza della corrente alternata mediante il teorema della media. 5

6 LA RADIAZIONE ELETTROMAGNETICA Dalle equazioni di Maxwell alla radiazione elettromagnetica. Radiazione elettromagnetica e luce. La generazione delle radiazioni elettromagnetiche. Gli esperimenti di Hertz. Antenne e dipoli. Spettro della radiazione elettromagnetica. Energia della radiazione elettromagnetica. Energia associata ai campi elettrico e magnetico. Radiazione elettromagnetica e quantità di moto. Luce prodotta dagli atomi? Giustificazione,nel caso dell atomo del cesio, che un atomo possa emettere una radiazione elettromagnetica la cui frequenza cade nell intervallo di frequenze corrispondente al visibile. PERCORSI DI FISICA DEL XX SECOLO PERCORSO 1: Spazio, tempo, massa, energia nella relatività ristretta. Spazio e tempo assoluti e velocità della luce. Esiste uno spazio assoluto? Tempo e spazio secondo Mach. Riferimento assoluto e velocità della luce. L etere nella fisica classica. Ripresa del principio di relatività Galileiana. Le trasformazioni di Galileo Galilei. Le Ipotesi della Relatività ristretta. I postulati della relatività ristretta. La figura di Albert Einstein.. Un orologio a luce e la dilatazione del tempo. Tempo proprio di un evento. La dilatazione del tempo. Dilatazione del tempo e vita media del muone- La contrazione delle lunghezze. Relatività della simultaneità. Le trasformazioni di Lorentz e loro applicazioni. Le trasformazioni di Lorentz e le trasformazioni di Galilei. PERCORSO 2: Quanti di energia e onde di materia. - Quanti di energia.. Certezze e dubbi dei fisici alla fine del XIX secolo. I successi teorici e tecnologici della Fisica dell'ottocento. Le contraddizioni della fisica dell'ottocento. 1. La discontinuità degli spettri di emissione. 2. Il calore specifico dei gas e dei solidi. 3.L'effetto fotoelettrico. 4. La radiazione del corpo nero. 5. Il modello nucleare dell'atomo. L'effetto fotoelettrico. Descrizione dell'apparato sperimentale per lo studio dell'effetto fotoelettrico. Risultati sperimentali. L'interpretazione classica dell'effetto fotoelettrico..l'ipotesi dei quanti di energia. 6

7 Applicazioni del calcolo integrale in Fisica. -- Calcolo del lavoro compiuto da una forza variabile. Calcolo del lavoro delle forze del campo elettrico quando una carica q si sposta da un punto A a un punto B, distanti R A e R B da una carica Q. Calcolo della potenza della corrente alternata mediante il teorema della media. - Risoluzione di problemi di Fisica utilizzando il calcolo differenziale. Foggia 25 Maggio 2015 Gli alunni L insegnante Prof.ssa 7