Istituto Salesiano "Sacro Cuore" Liceo Scientifico - Classe IVB Programma svolto di Fisica nell'a.s. 2013 - 2014 Prof. Davide Germanò COMPLEMENTI DI TEORIE TERMODINAMICHE REVERSIBILI Funzioni di stato. Grandezze intensive e grandezze estensive. Principio zero della termodinamica. Trasformazioni reali e trasformazioni quasistatiche. Lavoro termodinamico. Lavoro di una trasformazione isobara. Lavoro di una trasformazione isoterma. Il lavoro non è una funzione di stato. Primo principio della termodinamica e sue conseguenze. Applicazioni al primo principio: caso della trasformazione isocora; caso della trasformazione isobara; caso della trasformazione isoterma; caso della trasformazione adiabatica; caso della trasformazione ciclica. Macchine Termiche. Sorgente ideale di calore. Enunciato del secondo principio della termodinamica secondo Kelvin e secondoClausius. Equivalenza dei due enunciati (senza dimostrazione). Rendimento di una macchina termica. Enunciato del secondo principio in termini di rendimento. LA CARICA ELETTRICA E LA LEGGE DI COULOMB L’elettrizzazione per strofinio. L’ipotesi di Franklin. Il modello microscopico. I conduttori e gli isolanti. Il modello microscopico. L’elettroscopio e la definizione operativa della carica elettrica. La misura della carica elettrica. Il coulomb. Principio di conservazione della carica elettrica. La legge di Coulomb. Direzione e verso della forza elettrica. La costante dielettrica. Il principio di sovrapposizione. L’esperimento di Coulomb. La forza di Coulomb nella materia. La costante dielettrica assoluta. L’elettrizzazione per induzione. La polarizzazione. IL CAMPO ELETTRICO Definizione di campo vettoriale. Definizione di campo scalare. Definizione del vettore campo elettrico. Analogia delle forme matematiche che definiscono il campo gravitazionale e il campo elettrico di una carica puntiforme. Campo elettrico di più cariche puntiformi. Le linee del campo elettrico. Costruzione delle linee del campo di una carica puntiforme. Costruzione delle linee di campo di due cariche puntiformi. Il flusso del campo elettrico attraverso una superficie ed il vettore superficie. Flusso del campo elettrico per superfici dello spazio e relativa costruzione geometrica attraverso superfici poliedriche tangenti alle superfici considerate. Teorema di Gauss per il campo elettrico (con dimostrazione). Significato fisico del Teorema di Gauss e confronto con le questioni inerenti alla fluidodinamica. Prima equazione di Maxwell per i fenomeni elettrostatici. Applicazioni del teorema di Gauss: determinazione del modulo del campo elettrico generato da una distribuzione piana infinita di carica (con dimostrazione); determinazione del modulo del campo elettrico generato da una distribuzione lineare infinita di carica (senza dimostrazione); determinazione del modulo del campo elettrico all’esterno di una distribuzione sferica di carica (senza dimostrazione); determinazione del modulo del campo elettrico all’interno di una sfera omogenea di carica (senza dimostrazione). IL POTENZIALE ELETTRICO Conservatività della forza di Coulomb ed esistenza dell’energia potenziale elettrica. Definizione di energia potenziale elettrica. Energia potenziale di una carica puntiforme in un campo elettrico generato da una carica. Energia potenziale di un sistema di cariche. Definizione di potenziale elettrico e di differenza di potenziale. Il moto spontaneo delle cariche. Il potenziale di una carica puntiforme. Campo scalare definito dal potenziale elettrico e analogia sulla espressione matematica dello stesso con i campi gravitazionale e elettrico. Le superfici equipotenziali. Perpendicolarità tra linee di campo e superfici equipotenziali (senza dimostrazione). La deduzione del campo elettrico dal potenziale (con dimostrazione). Definizione di circuitazione del campo elettrico lungo un cammino chiuso. La circuitazione del campo elettrostatico e conservatività del campo elettrostatico (con dimostrazione). Significato della conservatività del campo elettrico, in relazione alla forza elettrica nella condizione più generale in cui il campo è generato da una distribuzione qualsiasi di carica. Seconda equazione di Maxwell per l’elettrostatica. FENOMENI DI ELETTROSTATICA Conduttori in equilibrio elettrostatico. La localizzazione della carica per i conduttori in equilibrio. La densità superficiale di carica. Il campo elettrico all’interno di un conduttore carico in equilibrio. Il campo elettrico sulla superficie di un conduttore carico in equilibrio. Il potenziale elettrico in un conduttore carico in equilibrio (con dimostrazione). Applicazione del teorema di Gauss per dimostrare la localizzazione della carica sulla superficie esterna di un conduttore in equilibrio. Il problema generale dell’elettrostatica ed il teorema di Coulomb (con dimostrazione facoltativa). Le convenzioni per lo zero del potenziale. La capacità di un conduttore. Il potenziale di una sfera carica isolata. La capacità di una sfera conduttrice isolata. Il condensatore. La capacità di un condensatore. Il campo elettrico generato da un condensatore piano. La capacità di un condensatore piano. I condensatori in serie e in parallelo e la capacità equivalente. L’energia immagazzinata in un condensatore (con dimostrazione). La densità di energia accumulata da un condensatore. LA CORRENTE ELETTRICA CONTINUA La corrente elettrica e l’intensità di corrente elettrica. Il verso della corrente. La corrente continua. I generatori di tensione ed i circuiti elettrici. I conduttori ohmici e la prima legge di Ohm. I resistori. Collegamento in serie ed in parallelo di resistori e resistenza equivalente. Risoluzione di un circuito ed inserimento degli strumenti di misura in un circuito. Le leggi di Kirchhoff: la legge dei nodi e la legge delle maglie. L’effetto Joule e la trasformazione dell’energia. La potenza dissipata (con dimostrazione). Conferma del primo principio della termodinamica per circuiti in cui si presenta l’effetto Joule. La forza elettromotrice. Il generatore reale di tensione. Relazione tra tensione e forza elettromotrice (con dimostrazione). La seconda legge di Ohm. La resistività e la sua dipendenza dalla temperatura. Napoli, 03/06/2014 Il Docente, Prof. Davide Germanò
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