Il corso introduce i principi fondamentali dell’elettromagnetismo e dell’ottica. Particolare attenzione sarà dedicata allo studio del campo elettrostatico, del campo magnetico, delle relazioni tra campo elettrico e campo magnetico e dei fenomeni di radiazione elettromagnetica, con riferimento alle leggi fondamentali che governano tali fenomeni.
L’analisi di questi argomenti consentirà agli studenti di acquisire una comprensione integrata dei principi fisici alla base di numerosi processi biologici e fisiologici. Questo approccio permetterà di sviluppare una visione sistemica dei fenomeni elettromagnetici e delle loro applicazioni, fornendo le basi teoriche necessarie per l’utilizzo e lo sviluppo di tecnologie nell’ambito dell’ingegneria biomedica.
Elettromagnetismo
Elettrostatica: Legge di Coulomb. Campo elettrico di distribuzioni discrete e continue di carica. Flusso del campo elettrico e legge di Gauss con applicazioni a distribuzioni simmetriche. Potenziale elettrico: definizione, relazione con il campo elettrico, superfici equipotenziali. Energia potenziale elettrostatica e lavoro delle forze elettriche.
Conduttori, capacità e dielettrici: Conduttori in equilibrio elettrostatico. Capacità e condensatori (in serie e in parallelo). Energia immagazzinata in un campo elettrico. Dielettrici: costante dielettrica, polarizzazione, capacità con dielettrico.
Corrente e resistenza: Corrente elettrica e densità di corrente. Resistività e conducibilità; leggi di Ohm. Circuiti in corrente continua: resistenze in serie e parallelo, legge di Kirchhoff. Potenza elettrica.
Campi magnetici: Forze magnetiche su cariche in moto e su conduttori percorsi da corrente. Moto di una carica in un campo magnetico uniforme (esempio del ciclotrone). Legge di Biot-Savart. Legge di Ampère e applicazioni (solenoide, toroide). Momento magnetico e dipoli magnetici.
Induzione elettromagnetica: Legge di Faraday e flusso magnetico. Legge di Lenz.
Induttanza e induttori; energia immagazzinata in un campo magnetico. Circuiti RL, oscillazioni LC e circuiti RLC (analogia con oscillazioni meccaniche).
Equazioni di Maxwell: Forma integrale e differenziale. Corrente di spostamento. Onde elettromagnetiche: equazioni d’onda, velocità di propagazione, spettro elettromagnetico, energia e vettore di Poynting.
Ottica
Ottica geometrica: Principio di Fermat e legge della rifrazione (Snell). Riflessione e rifrazione.
Lenti sottili: formule dei punti coniugati, ingrandimento. Specchi sferici.
Strumenti ottici semplici: microscopio, telescopio, occhio umano e difetti della vista.
Ottica fisica: Interferenza: principio di sovrapposizione, frange di Young, film sottili.
Diffrazione: diffrazione da fenditura singola, doppia fenditura, reticolo di diffrazione.
Polarizzazione: polarizzazione per riflessione, per assorbimento, per diffusione. Luce come onda elettromagnetica.
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