The syllabus
Physics, 5th year
The physics of the final year of the Italian scientific high school (liceo scientifico): magnetic field, electromagnetic induction, alternating current, Maxwell equations and electromagnetic waves, special relativity and quantum physics.
Magnetic field and Lorentz force
Che cosa sono i magneti e il campo magnetico, come si misura il campo con la forza su un filo percorso da corrente, come si ricava da questa la forza di Lorentz su una carica in moto, perché la forza di Lorentz non compie lavoro, e come il momento torcente su una spira spiega il motore elettrico e l'amperometro a bobina mobile.
Sources of the magnetic field and Ampère law
Come le correnti producono il campo magnetico (filo rettilineo, spira, solenoide), la forza tra due fili paralleli e la definizione dell'ampere, il flusso del campo magnetico e il teorema di Gauss per il magnetismo, la circuitazione e il teorema di Ampère con le sue applicazioni, e le proprietà magnetiche dei materiali.
Charges moving in electric and magnetic fields
Come si muove una particella carica in un campo elettrico uniforme e in un campo magnetico uniforme (accelerazione, deflessione parabolica, moto circolare ed elicoidale) e come questi moti si usano nel selettore di velocità, nell'esperimento di Thomson, nello spettrometro di massa, nel ciclotrone e nell'effetto Hall.
Electromagnetic induction
Come la variazione del flusso magnetico genera una forza elettromotrice e una corrente in un circuito, come si calcolano la f.e.m. media e istantanea con la legge di Faraday-Neumann, come si trova il verso della corrente indotta con la legge di Lenz, la f.e.m. di una sbarretta in moto con il suo bilancio energetico, le correnti di Foucault e il campo elettrico indotto.
Self-inductance, RL circuits and magnetic energy
Che cos'è l'induttanza di un circuito e come si calcola per un solenoide, come cresce e come si annulla la corrente in un circuito RL, quanta energia è immagazzinata in un induttore e nel campo magnetico, e che cos'è la mutua induzione tra due circuiti.
Alternating current and transformer
Come un alternatore produce una forza elettromotrice sinusoidale, che cosa sono i valori efficaci, come si comportano resistori, induttori e condensatori in corrente alternata, come si calcolano impedenza, sfasamento, risonanza e potenza media di un circuito RLC in serie, come funziona il trasformatore e come oscilla la carica in un circuito LC.
Maxwell equations and electromagnetic waves
Come un campo magnetico variabile genera un campo elettrico e un campo elettrico variabile genera un campo magnetico, quali sono le quattro equazioni di Maxwell, come sono fatte le onde elettromagnetiche e quanta energia, intensità e quantità di moto trasportano, fino alla polarizzazione e allo spettro elettromagnetico.
Special relativity: space and time
Che cosa affermano i postulati di Einstein e come da essi seguono la relatività della simultaneità, la dilatazione dei tempi, la contrazione delle lunghezze, le trasformazioni di Lorentz, la nuova legge di composizione delle velocità e l'intervallo invariante, con i diagrammi di Minkowski e il paradosso dei gemelli.
Special relativity: dynamics and energy
Come si scrivono in relatività la quantità di moto e l'energia di una particella, perché la massa equivale a un'energia, come energia e quantità di moto si conservano negli urti, nei decadimenti e nella creazione di coppie, quanta energia si libera nella fissione e nella fusione dei nuclei e che cosa afferma il principio di equivalenza della relatività generale.
Blackbody, photoelectric effect and Compton effect
Come emettono radiazione i corpi caldi e perché per spiegarlo Planck introdusse i quanti di energia, come Einstein spiegò l'effetto fotoelettrico con i fotoni e come l'effetto Compton mostra che il fotone ha anche una quantità di moto.
Bohr atom, matter waves and uncertainty principle
Come gli spettri a righe e l'esperimento di Rutherford portano al modello atomico di Bohr, come si ricavano raggi e livelli di energia dell'atomo di idrogeno, che cosa sono le onde di materia di de Broglie, che cosa afferma il principio di indeterminazione di Heisenberg e come si calcolano i livelli di energia di una particella in una scatola.