Carocci editore - Fisica generale

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Fisica generale

Giorgio Giacomelli, Loretta Gregorini

Fisica generale

Elettromagnetismo e ottica

Edizione: 1994

Collana: Biblioteca di testi e studi

ISBN: 9788843001569

  • Pagine: 660
  • Prezzo:47,00 39,95
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In breve

Questo libro, basato su lezioni tenute per i corsi di laurea di Fisica e di Astronomia, si rivolge a studenti del secondo anno di corso della Facoltà di Scienze matematiche, fisiche e naturali e della Facoltà di ingegneria. Si è cercato di descrivere i fenomeni in modo semplice, dando più importanza all'intuizione che al formalismo matematico, cercando comunque di essere completi. Alla fine di ogni capitolo è dato un quadro generale delle formule utilizzate. Per quanto riguarda le unità di misura, è stato utilizzato il Sistema Internazionale, fornendo informazioni anche sul sistema cgs simmetrico di Gauss. La trattazione inizia con l'elettrostatica, segue con i fenomeni dovuti a cariche in moto (correnti continue e alternate), con i campi magnetici, con l'induzione elettromagnetica e le equazioni di Maxwell. Capitoli specifici sono dedicati allo studio dei fenomeni elettrici e magnetici nella materia, alla relatività ristretta, ai sistemi di unità di misura e a cenni sui campi vettoriali. Nello studio di molti argomenti, oltre all'aspetto macroscopico, è stato illustrato l'aspetto submicroscopico, tenendo conto in modo semplificato della struttura della materia. Nella parte in cui è stata trattata l'ottica si sono analizzate prima le oscillazioni e i fenomeni ondosi nel loro complesso, per poi passare, nello specifico, alle onde elettromagnetiche e alla luce. Seguono quindi l'ottica geometrica e l'ottica fisica con cenni di ottica quantistica.

Indice

Prefazione. Parte prima. Elettromagnetismo 1. Elettrostatica 1.1. Introduzione. Fatti sperimentali 1.2. La legge di Coulomb 1.3. Carica elettrica. Unità di misura 1.4. Limiti d validità della legge di Coulomb 1.5. Confronto fra interazione gravitazionale ed elettrostatica 1.6. Cenni sulla struttura della materia e sulle forze fondamentali 1.7. La carica elettrica è quantizzata 1.8. Conservazione della carica elettrica 1.9. Invarianza della carica elettrica 1.10. Energia di un sistema di cariche puntiformi 1.11. Il campo elettrico 1.12. Distribuzioni continue di cariche 1.13. Il flusso del campo elettrico. Il teorema di Gauss 1.14. Il potenziale elettrico 1.15. Campo elettrico e potenziale prodotti da un filo rettilineo indefinito 1.16. Campo e potenziale prodotti da una distribuzione di cariche piana ed infinitamente estesa 1.17. Forza agente su di una carica di superficie 1.18. Energia immagazzinata nel campo elettrico 1.19. Teorema di Gauss in forma differenziale 1.20. Circuitazione e rotore del campo elettrico 1.21. Equazioni base dell'elettrostatica 1.22. Alcuni esempi di semplici campi vettoriali 1.23. Bilancio energetico di una particella carica in campo elettrico 1.24. Conduttori e isolanti nel vuoto. Sistemi elettrostatici 1.25. Il problema generale dell'elettrostatica 1.26. Capacità di un conduttore 1.26.1. Capacità di una sfera conduttrice isolata 1.27. Condensatori 1.28. Energia immagazzinata in un condensatore 1.29. Condensatore sferico 1.30. Condensatori in serie ed in parallelo 1.31. Il problema dell'elettrostatica: determinazione del potenziale nel caso generale di molti conduttori nel vuoto 1.32. Riepilogo formule di elettrostatica 2. La corrente elettrica continua 2.1. Introduzione 2.2. Intensità e densità di corrente 2.3. Corrente elettrica e moto delle cariche elementari 2.4. Correnti stazionarie in conduttori metallici filiformi. Legge di Ohm. Resistenza elettrica 2.5. Legge di Ohm generalizzata 2.6. Correnti stazionarie. Conservazione della carica elettrica 2.7. Forza elettromotrice. Generatori elettrici 2.8. La legge di Joule 2.9. Circuiti ed elementi di circuito 2.10. Un modello semplice della conduzione elettrica nei metalli 2.11. Limiti di validità della legge di Ohm 2.12. Il potenziale di estrazione degli elettroni dai metalli 2.13. Cenni sull'effetto Volta 2.14. Cenni sugli effetti termoelettrici 2.14.1. Effetto Seebeck – 2.14.2. Effetto Peltier 2.15. Esempi di generatori elettrici 2.15.1. Macchina elettrostatica a strofinio – 2.15.2. Elettroforo di Volta – 2.15.3. Macchina elettrostatica di Van de Graff – 2.15.4. La pila di Volta – 2.15.5. La pila campione di Weston – 2.15.6. Gli accumulatori 2.16. Riepilogo formule sulle correnti continue 3. Campi scalari e vettoriali 3.1. Campi scalari 3.2. Campi vettoriali 3.2.1. Flusso – 3.2.2. Divergenza – 3.2.3. Teorema della divergenza – 3.2.4. Campo solenoidale (conservativo per il flusso) – 3.2.5. Teorema di Gauss in forma differenziale – 3.2.6. Gradiente di uno scalare – 3.2.7. Laplaciano – 3.2.8. Circuitazione di un vettore – 3.2.9. Il rotore – 3.2.10. Teorema di Stokes (o della circuitazione) 3.3. Riepilogo formule sui campi scalari e vettoriali 4. Il campo magnetico nel vuoto 4.1. Magnetostatica 4.2. Effetti magnetici prodotti da cariche elettriche in moto 4.3. Il campo magnetico 4.4. La forza di Lorentz 4.5. La seconda formula di Laplace 4.6. La legge di Biot e Savart 4.7. La prima formula di Laplace 4.8. Applicazioni della prima formula di Laplace 4.9. Forze tra due circuiti 4.10. Teorema della circuitazione 4.11. Il 'principio' di equivalenza di Ampère 4.12. Solenoidi 4.13. Proprietà di B 4.14. Potenziale vettore 4.15. Effetto Hall 4.15.1. Effetto Hall quantistico 4.16. Moto di una carica elettrica puntiforme in un campo magnetico 4.17. Discontinuità del campo magnetico attraverso una densità di corrente superficiale 4.18. La ricerca di cariche magnetiche isolate 4.19. Riepilogo delle forme sui campi magnetici e sulle forze da essi generate 5. Correnti elettriche nei gas e nei liquidi 5.1. Correnti elettriche nei gas 5.1.1. Introduzione – 5.1.2. Gli agenti ionizzanti – 5.1.3. Richiami di teoria cinetica dei gas – 5.1.4. Comportamento degli ioni in un gas – 5.1.5. Moto degli ioni in un gas posto in campo elettrico – 5.1.6. Conduzione elettrica nei gas – 5.1.7. Dipendenza della scarica nei gas dalla forma degli elettrodi – 5.1.8. Plasmi – 5.1.9. Rivelatori 5.2. Passaggio dell'elettricità nei liquidi 5.2.1. Generalità – 5.2.2. Le soluzioni. L'elettrolisi – 5.2.3. La legge di Ohm – 5.2.4. Le leggi di Faraday – 5.2.5. Dipendenza dalla temperatura e dalla concentrazione – 5.2.6. Polarizzazione elettrolitica – 5.2.7. Alcune applicazioni 5.3. Riepilogo formule sulle correnti elettriche nei gas e nei liquidi 6. Cenni di relatività ristretta 6.1. Trasformazioni di Galileo e loro limitazioni 6.2. I principi base ella relatività ristretta 6.3. Trasformazione delle coordinate e delle velocità in relatività ristretta 6.4. Lo spazio-tempo 6.5. Dilatazione dei tempi 6.6. Contrazione delle lunghezze 6.7. Cenni di dinamica relativistica 6.8. Equivalenza tra massa ed energia 6.9. Misura della massa delle particelle elementari cariche 6.10. Misura di una carica elettrica in moto 6.11. Invarianza e conservazione della carica elettrica 6.12. Il campo elettrico in sistemi di riferimento diversi 6.13. Campo elettrico prodotto da una carica in moto rettilineo uniforme 6.14. Campo di una carica elettrica che si mette in movimento 6.15. Forza agente su di una carica in movimento 6.16. Interazioni tra cariche in movimento 6.17. Cenni sulle trasformazioni generali dei campi elettrici e magnetici 6.18. Riepilogo formule di relatività ristretta 7. Induzione elettromagnetica 7.1. Introduzione. Fatti sperimentali 7.2. La legge di Faraday-Neumann 7.2.1. Significato di f.e.m. indotta 7.3. Esempi di variazioni di ΦB 7.3.1. Flusso tagliato da un circuito – 7.3.2. Flusso concatenato on un circuito 7.4. Autoinduzione 7.5. Mutua induttanza 7.6. Induttanze in serie ed in parallelo 7.7. Il trasformatore 7.8. Fasi transitorie e di regime in un circuito con induttanza 7.9. Energia in un campo magnetico 7.10. Generatori e motori elettromagnetici 7.11. Correnti parassite di Foucault 7.12. Riepilogo formule sull'induzione elettromagnetica 8. Le equazioni di Maxwell 8.1. Introduzione 8.2. La corrente di spostamento 8.3. Le equazioni di Maxwell 8.4. Onde elettromagnetiche 8.5. Le equazioni di Maxwell in forma covariante 8.6. Riepilogo formule sulle equazioni di Maxwell 9. Campi elettrici nella materia 9.1. Introduzione 9.1.1. I momenti di una distribuzione di cariche – 9.1.2. Potenziale e campo di dipolo 9.2. Momento torcente su un dipolo posto in campo elettrico esterno 9.3. Dipolo atomici e molecolari 9.4. Molecole polari 9.5. Campo elettrico prodotto da materia polarizzata 9.6. Alcuni esempi 9.7. Legge di Coulomb fra cariche in un mezzo dielettrico 9.8. I tre vettori elettrici 9.9. Compendio 9.10. Riepilogo formule dei campi elettrici nella materia 10. Campi magnetici nella materia 10.1. Alcuni fatti sperimentali 10.2. assenza di carica magnetica libera. Dipoli magnetici 10.3. Forza agente su un dipolo magnetico posto in un campo magnetico esterno 10.4. Atomo di Bohr. Correnti elettriche atomiche 10.5. Precessione di Larmor. Diamagnetismo 10.6. Orientamento dei dipoli magnetici atomici. Paramagnetismo 10.7. Campo magnetico macroscopico prodotto da una sostanza magnetizzata 10.8. I tre vettori magnetici 10.9. Il ferromagnetismo 10.10. Circuiti magnetici 10.11. Riepilogo formule dei campi magnetici nella materia 11. Sistemi di unità di misura 11.1. Introduzione 11.2. Le equazioni base per i vari sistemi di unità di misura 11.3. Il sistema di misura cgs elettrostatico 11.4. Il sistema di misura cgs elettromagnetico 11.5. Il sistema di misura cgs simmetrico di Gauss 11.6. Il sistema di misura MKSQ razionalizzato (sistema Giorgi) 11.7. Il Sistema Internazionale (SI) di unità di misura 11.8. Relazioni fra i vari sistemi di misura 11.9. Misure di precisione delle costanti fondamentali 11.10. Il sistema di unità naturali 12. Circuiti in correnti alternate 12.1. Circuito RLC in fase transitoria 12.2. Circuiti RL, RC, LC, RLC in corrente alternata 12.2.1. Circuito RL – 12.2.2. Circuito RC - 12.2.3. Circuito LC – 12.2.4. Circuito RLC in serie 12.3. Circuiti e reti in corrente alternata 12.3.1. Correnti e tensioni nella notazione dei numeri complessi – 12.3.2. Impedenze e ammettenze. Legge di Ohm generalizzata – 12.3.3. Circuiti in serie ed in parallelo – 12.3.4. Circuito RLC in parallelo–12.3.5. Le leggi di Kirchoff–12.3.6. Circuiti equivalenti 12.4. Potenza dissipata nei circuiti in corrente alternata 12.5. Riepilogo formule sulle correnti alternate Parte seconda. Ottica 13. Oscillazioni e onde 13.1. Generalità 13.2. Fenomeni periodici 13.3. Oscillazioni smorzate 13.4. Oscillazioni forzate. Risonanza 13.5. Energia di un oscillatore armonico 13.6. Principio di sovrapposizione. Serie di Fourier 13.7. Battimenti 13.8. Onde. Generalità 13.9. Onde trasversali e longitudinali 13.10. Descrizione matematica della propagazione ondosa 13.11. Onda piana, sinusoidale e progressiva 13.12. Analisi di Fourier di un fenomeno ondoso 13.13. Equazione differenziale di un'onda 13.14. Le onde nei mezzi materiali 13.15. Elasticità meccanica 13.16. Equazione differenziale del moto ondoso in un mezzo elastico 13.17. Densità ed intensità di energia in un moto ondoso 13.18. Onda progressiva sferica 13.19. Velocità delle onde. Esempi specifici 13.19.1. Onde elastiche nei solidi – 13.19.2. Onde acustiche nell'aria – 13.19.3. Onde trasversali ala superficie libera di un liquido – 13.19.4. Onde trasversali su di una corda, per esempio una corda di un pianoforte – 13.19.5. Onde elettromagnetiche 13.20. Pacchetti d'onde. Impulsi. Velocità di gruppo 13.21. Modulazione di un'onda 13.22. Onde stazionarie 13.23. Riepilogo formule su oscillazioni e onde 14. Onde elettromagnetiche 14.1. Onda elettromagnetica piana nel vuoto 14.2. Densità di energia di un'onda elettromagnetica 14.3. Energia trasportata da un'onda elettromagnetica 14.4. Impulso delle onde elettromagnetica 14.5. Momento angolare di un'onda elettromagnetica 14.6. Onda elettromagnetica in un mezzo omogeneo 14.7. Potenza emessa da una carica accelerata 14.8. Esempi 14.9. Lo spettro della radiazione elettromagnetica 14.10. La velocità di propagazione della luce nel vuoto 14.10.1. Metodo astronomico – 14.10.2. Metodo di Fizeau – 14.10.3. Metodo di Foucault – 14.10.4. Echi radar 14.11. Riepilogo formule sulle onde elettromagnetiche 15. Ottica geometrica 15.1. Introduzione 15.2. Riflessione e rifrazione 15.3. Il principio di Fermat del tempo minimo 15.4. Alcune definizioni 15.5. Specchi 15.5.1. Regione parassiale – 15.5.2. Specchio sferico 15.6. Costruzione grafica dell'immagine 15.6.1. Specchio piano – 15.6.2. Specchio parabolico – 15.6.3. Specchio ellittico 15.7. Diottro sferico 15.8. Lenti sottili 15.8.1. Lente d'ingrandimento – 15.8.2. Ingrandimento di una lente – 15.8.3. Profondità di campo e di fuoco – 15.8.4. Combinazioni di due lenti sottili a contatto 15.9. Cenni sui sistemi ottici centrati 15.10. L'occhio 15.11. Strumenti ottici semplici 15.12. Strumenti ottici composti 15.12.1. Il cannocchiale astronomico (telescopio) rifrattore – 15.12.2. Il cannocchiale terrestre (di Galileo) – 15.12.3. Il binocolo a prisma – 15.12.4. Telescopi astronomici riflettori – 15.12.5. Il microscopio 15.13. Diaframmi 15.14. Cenni sulle aberrazioni 15.14.1. Aberrazione sferica – 15.14.2. Coma – 15.14.3. Astigmatismo – 15.14.4. Curvatura di campo – 15.14.5. Distorsione – 15.14.6. Aberrazione cromatica – 15.15. Grandezze fotometriche 15.16. Riepilogo formule sull'ottica geometrica 16. Polarizzazione 16.1. Introduzione 16.2. Descrizione degli stati di polarizzazione 16.2.1. Polarizzazione lineare – 16.2.2. Polarizzazione circolare – 16.2.3. Polarizzazione ellittica 16.3. Metodi di polarizzazione 16.3.1. Polarizzazione per emissione selettiva – 16.3.2. Polarizzazione per assorbimento selettivo – 16.3.3. Legge di Malus – 16.3.4. Polarizzazione per diffusione singola – 16.3.5. Polarizzazione per riflessione speculare su superficie non metallica– 16.3.6. Relazioni di intensità e di fase 16.4. Doppia rifrazione 16.4.1. Cristalli uniassici 16.5. Lamina di ritardo 16.6. Prisma di Nicol 16.7. Attività ottica 16.8. Effetti elettro-ottici e magneto-ottici 16.9. Riepilogo formule sulla polarizzazione 17. Interferenza e diffrazione 17.1. Principio di Huygens 17.2. Interferenza. Generalità 17.3. Esperimento di interferenza di Young 17.4. Condizioni di coerenza. Larghezza angolare di un fascio 17.5. Sovrapposizione delle onde. Vettori rotanti 17.6. Interferometro di Michelson 17.7. Diffrazione. Generalità 17.8. Diffrazione di Fraunhofer da una fenditura 17.9. Diffrazione di Fraunhofer da un'apertura circolare 17.10. Diffrazione di Fraunhofer da due fenditure 17.11. Reticolo di diffrazione 17.12. Cenni sui fenomeni di diffrazione di Fresnel 17.13. Riepilogo formule su interferenza e diffrazione 18. Dispersione 18.1. Generalità 18.2. Il prisma 18.3. Spettroscopio a prisma 18.4. Spettri luminosi 18.5. La dispersione dei gas 18.6. Assorbimento 18.7. Riepilogo formule sulla dispersione 19. Effetto Doppler 19.1. Effetto Doppler non relativistico 19.2. Effetto Doppler relativistico 19.3. Spostamento verso il rosso della luce proveniente da galassie lontane 19.4. Allargamento Doppler delle linee spettrali 19.5. Aberrazione della luce 19.6. Riepilogo formule sull'effetto Doppler 20. Ottica quantistica 20.1. Introduzione 20.2. Emissione della luce 20.3. Irraggiamento. Emissione di spettri continui da corpo nero 20.4. Effetto fotoelettrico 20.5. interpretazione dell'effetto fotoelettrico. Il fotone 20.6. L'effetto Compton 20.7. Considerazioni sul dualismo onda-corpuscolo 20.8. Lo spettro dell'idrogeno atomico 20.9. Il modello di Bohr dell'atomo di idrogeno 20.10. Il principio di corrispondenza 20.11. L'elettrone. Dualismo onda-corpuscolo 20.12. Il principio di indeterminazione 20.13. Il laser 20.14. Riepilogo formule sull'ottica quantistica. Appendice. Alcuni richiami bibliografici. Indice analitico.