corso di fisica sperimentale ii per il corso di laurea in...
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Corso di Fisica Sperimentale II
per il corso di laurea in Chimica - CTF (6 CFU)
Docente: Daniele Chiriu Ricevimento: Mar e Mer 14:30-16:30 email: [email protected] Stanza MC5 Dipartimento di Fisica (0706754827) Cittadella Universitaria di Monserrato
Testi consigliati: FISICA per Scienze ed Ingegneria (vol. II),
Serway - Jewett, Edises V edizione
Qualunque testo di Fisica generale di livello universitario
people.unica.it/danielechiriu
Conoscenze richieste…
Si daranno per conosciute le nozioni
impartite nei corsi di base del primo
anno.
In particolare verranno utilizzate le
nozioni di analisi vettoriale, calcolo
integrale e derivate applicate ai
fenomeni studiati.
Programma Elettrostatica
Carica elettrica e cenni sulla struttura della materia. Cariche puntiformi e distribuzioni di carica continua. Forza di Coulomb, Campo elettrico, potenziale elettrico, flusso del campo elettrico e legge di Gauss .
Elettricità Proprietà elettriche della materia: Conduttori ed isolanti, capacità elettrica, campo elettrico nei conduttori e nei dielettrici. Energia associata al campo elettrico. Resistenza elettrica, conduzione nei metalli e legge di Ohm.
Proprietà magnetiche ed Elettromagnetismo Campo magnetico, forza di Lorentz e dinamica delle cariche elettriche sotto l’azione di campi elettromagnetici. Circuitazione del campo magnetico, legge di Ampere, solenoide. Energia associata al campo magnetico ed energia del campo elettromagnetico. Legge di Faraday e fenomeni di induzione magnetica, Induttanza ed autoinduttanza. Cenni su proprietà magnetiche della materia. Equazioni di Maxwell. Correnti alternate.
Luce ed ottica La riflessione della luce. Specchi. Costruzione delle immagini. La rifrazione della luce. Lenti. Costruzione delle immagini con specchi e lenti. Ottica fisica: interferenza e diffrazione.
Esame
L'esame finale comprende uno scritto e un orale. Lo scritto comprende: a)N° 3 problemi simbolici o numerici relativi agli argomenti principali b) quesiti teorici sui medesimi argomenti. (Ogni esercizio vale 10 punti) L'orale riguarda tutti gli argomenti trattati nelle lezioni. Il voto finale è una media pesata della valutazione di scritto e orale. Concordemente con il consiglio CDS l’esame potrà essere diviso in due parti (solo scritto) dedicate a chi frequenta le lezioni 28 nov (I parte) – 16 oppure 23 gen (II Parte)
Elettrostatica
Sostanze Resinose: in grado di accumulare cariche negative (ambra, gomma dura, ceralacca, sostanze resinose) Sostanze Vetrose: in grado di accumulare cariche positive
Charles François de Cisternay du Fay, 1698-1739
William Gilbert 1544-1603
AMBRA: Elektron, resina capace di elettrizzarsi per strofinio
Individuazione cariche positive e negative
Benjamin Franklin 1706-1790
Antistatico: Che impedisce l’accumulo di cariche elettriche sulla superficie di materiali dielettrici sottoposti durante la loro preparazione ad azioni di sfregamento contro superfici metalliche (per es., durante trafilature, calandrature, estrusioni); tale elettricità può portare a diversi inconvenienti (incendi ed esplosioni a causa di scintille; repulsione verso prodotti carichi dello stesso segno, ciò che rende per es. difficile l’avvolgimento di filati ecc.). Si può ottenere la dispersione delle cariche statiche aumentando la conducibilità elettrica dell’ambiente circostante o del materiale, mediante dispositivi ionizzatori oppure unendo sostanze adatte, dette agenti a., al materiale. Questi si suddividono in durevoli e non durevoli. I primi debbono durare possibilmente per tutta la vita del manufatto: per le fibre si usano composti capaci di formare attorno al filamento una struttura polimerica reticolata (per es., del tipo delle resine scambiatrici di ioni) così da non poter essere asportata dalle soluzioni detergenti; il nero fumo, negli pneumatici, esplica, oltre a un’azione rinforzante, anche un’azione a. per la sua elevata conduttività favorendo la dissipazione delle cariche elettriche che si generano nell’attrito fra pneumatici e superficie stradale. Gli agenti a. non durevoli si usano per facilitare lavorazioni (per es., filatura, torcitura, stiro di fibre) e possono anche essere allontanati a lavorazione ultimata; s’impiegano per questo scopo cloruro di litio, trietanolammina/">trietanolammina, ammidi, derivati del poliossietilene ecc.
Treccani online…
induzione elettrostatica
cariche elettriche
conduttori ed isolanti
elettroscopio
La legge di Coulomb 2
21
r
qqkF
r
r
qqkF
2
21
221
r
qqkF
nel sistema (C.G.S.)es
q = 1 statcoulomb,
r = 1 cm, F = 1 dyne
nel Sistema Internazionale l’unità di misura
della carica è il Coulomb, è una unità derivata
229
0
/1099.84
1CNmk
0 = costante dielettrica
(o permittività) del vuoto
22120 /1085.8
4
1NmC
k
q = cariche puntiformi
221
04
1
r
qqF
|e| = 1.6x10-19 C carica dell’elettrone
la carica è quantizzata
la carica si conserva
iFF
principio di sovrapposizione
221
221
0 4
1
4
1
r
r
qqF
r
legge di Coulomb per un mezzo dielettrico omogeneo
in presenza di un dielettrico omogeneo in tutte le leggi
dell’elettrostatica a 0 si sostituisce = 0 r
Costante dielettrica assoluta del vuoto o = 8,854·10-12 [F/m]
Mezzo dielettrico Costante dielettrica relativa
Rigidità dielettrica [kV/mm]
Aria secca (alla pressione di 1 [bar]) 1,0006 3
Acqua pura 81,07 15
Olio minerale 2,2 2,5 7,5 16
Olio per trasformatori 2 2,5 12 17
Bachelite 5,5 8,5 10
Carta comune 2 6
Carta paraffinata 2,5 4 40 50
Carta da condensatori 5 5,5 30
Gomma 2,2 2,5 15 40
Mica 6 8 50 100
Polietilene 2,3 50
Porcellana 4 7 12 30
Vetro 6 8 25 100
Ossido di titanio 90 170 5
Titanati di Ba-Sr 1000 10000 5
Alcuni esercizi…
Tre particelle cariche sono poste lungo una linea retta, separate da una distanza d. Le cariche q1 e q2 sono tenute ferme. La carica q3, libera di muoversi, viene a trovarsi in equilibrio rispetto all’azione delle forze elettriche. Si determini q1 in funzione di q2
q1 q2 q3
d d
1=+q 2=-q
3=-2q 4=+2q
Si trovino le componenti (a) orizzontale e (b) verticale della forza elettrica risultante, agente sulla carica in basso a sinistra del quadrato in figura. Si assuma q= 1,13 mC e a=15,2 cm
a
a
a a