Elettromagnetismo ed Elementi di Sensoristica

Codice:
SSD: FIS/01

L’insegnamento, che dà diritto a 9 crediti formativi, è a scelta autonoma dello studente e si tiene al I Semestre del I, II e III Anno del Corso di Studi. Viene svolto in 45 ore di lezione e 27 ore di esercitazione; l’attività didattica si svolge con lezioni ed esercitazioni. L’insegnamento prevede la propedeuticità dell’insegnamento di Fisica Generale. L’esame consiste in una prova in itinere ed una prova finale scritta e/o orale. Il peso percentuale attribuito alle prove è lo stesso.

Obiettivi formativi:

Introdurre i concetti fondamentali riguardanti il campo elettrico ed il campo magnetico, con loro semplici applicazioni, funzionali per le loro ricadute in sensoristica. Fornire i fondamenti sugli aspetti fenomenologici e metodologici relativi all’analisi delle vibrazioni in strutture civili. Pervenire ad una abilità operativa nella risoluzione consapevole di semplici esercizi con particolare riguardo agli aspetti propedeutici della classe dell’Ingegneria Civile.

Contenuti:

Natura microscopica della carica elettrica, conduttori ed isolanti. Legge della forza elettrostatica di Coulomb: semplici applicazioni numeriche. Campo e potenziale elettrostatico nel vuoto: semplici applicazioni numeriche. Polarizzazione di un dielettrico. Teorema di Gauss e sua applicazione per il calcolo del campo elettrostatico. Proprietà dei conduttori in condizioni elettrostatiche. Correnti stazionarie. Legge di Ohm. Principi di Kirchhoff. Potenza ed energia dissipata in circuiti elementari: semplici esercizi applicativi. Circuiti percorsi da corrente quasi-stazionaria: carica e scarica di un condensatore: semplici applicazioni numeriche. Principio di funzionamento di un fusibile e di un impianto di “messa a terra”. Magnetostatica. Forza di Lorentz e di Laplace: semplici esercizi applicativi. Principio di funzionamento dei motori elettrici, di un’oscilloscopio, di un amperometro analogico, e dei sensori ad effetto Hall. La legge di Biot e Savart e la prima formula di Laplace: semplici esercizi applicativi. Il flusso dell’induzione magnetica. La circuitazione del campo di induzione magnetica e applicazioni del teorema di Ampere: solenoide ideale lineare e cavo coassiale con semplici applicazioni numeriche. Cenni di magnetismo della materia. Campi magnetici variabili e la legge dell’induzione elettromagnetica con semplici applicazioni numeriche. Principio di funzionamento di un alternatore e di un trasformatore statico a secondario aperto. Fenomeno dell’autoinduzione. Teorema di Ampere-Maxwell e cenni sulla generazione, rilevazione, spettro ed applicazioni delle onde elettromagnetiche. Riflessione e rifrazione, indice di rifrazione e fenomeno della dispersione cromatica. Leggi di Snell, fenomeno della riflessione totale e principio di funzionamento delle fibre ottiche. Equazione delle onde elastiche longitudinali, e sua soluzione nel caso di onde elastiche longitudinali di tipo sinusoidale. Significato fisico delle costanti k e ω che compaiono nella funzione che rappresenta lo spostamento di un’onda elastica. Onde elastiche progressive e regressive e loro velocità di propagazione: semplici applicazioni numeriche. Frequenza di vibrazione spontanea di una struttura elementare. Lunghezza d’onda fondamentale di vibrazione spontanea nel caso di travi sottili variamente vincolate. Fenomeno della risonanza e spettro delle frequenze di risonanza. Introduzione alla sensoristica per i controlli non distruttivi. Controllo non distruttivo di una semplice struttura effettuato mediante lo spettro delle frequenze di risonanza: semplici esercizi applicativi. Esempi di applicazioni degli ultrasuoni in alcuni controlli non distruttivi. Estensimetri: estensimetro a corda vibrante. Effetto piezoelettrico diretto ed inverso, e loro utilizzo per la realizzazione di sensori e attuatori di oscillazioni: semplici esercizi applicativi. Principio di funzionamento di un accelerometro piezoelettrico. Effetto piezoresistivo e suo utilizzo per la costruzione di un “strain gauge”: semplici esercizi applicativi. Piezomagnetismo: effetto magnetoelastico diretto e inverso. Attuatore-oscillatore magnetostrittivo e sensore magnetoelastico di deformazione dinamica.

Materiale didattico:

Appunti dalle lezioni e dispensa manoscritta di esercizi.
Libri di testo ad esclusione della parte riguardante l’analisi delle vibrazioni per il controllo non distruttivo:
W. Edward Gettys, Giovanni Cantatore, Lorenzo Vitale: “Fisica 2”, Elettromagnetismo – Onde, Quarta Edizione, Casa Editrice McGraw-Hill;
D. Halliday, R. Resnick, J. Walker: “Fondamenti di Fisica”, Parte 2 – Elettrologia, Magnetismo ed Ottica, Sesta Edizione, C.E.A. Casa Editrice Ambrosiana.