Introduzione ai campi elettromagnetici, elettrostatica e magnetostatica
Richiami sui vettori e sulle operazioni vettoriali. Campi scalari e vettoriali. Operatori: flusso e integrale di linea (e circuitazione). Operatori differenziali vettoriali (gradiente, divergenza, rotore). Teorema della divergenza e di Stokes. Proprietà integrali dei campi di tipo gradiente e rotore. Teorema di Helmholtz.
Forza e carica elettrica. Legge di Coulomb. Campo elettrico, densità di flusso elettrico e legge di Gauss. Il potenziale elettrostatico. Relazioni costitutive: campi nei mezzi materiali. Cenni agli aspetti molecolari e alla struttura atomica della materia. Condizioni al contorno sui campi elettrostatici all’interfaccia fra 2 mezzi. Energia elettrostatica. Capacità elettrica 2D e 3D. Concetto di corrente elettrica e legge di Ohm. Resistenza elettrica, legge di Joule. Metodo delle immagini per la soluzione dei campi elettrostatici.
Forze magnetiche e il campo magnetico stazionario. Il campo magnetico nei mezzi materiali
Relazioni costitutive: aspetti molecolari. Condizioni al contorno sui campi magnetostatici all’interfaccia fra 2 mezzi. Energia magnetostatica. Induttanza 2D e 3D, esterna ed interna.
Equazioni di Maxwell
Definizione di regime tempo variante. Legge di Faraday. Flusso dei vettori densità di flusso elettrico e magnetico. Legge di Ampere-Maxwell. Legge di conservazione della carica in forma integrale e differenziale. Relazione costitutive dei mezzi. Anisotropia e dispersione. Condizioni al contorno. Enunciazione dei teoremi di unicità e di Poynting. Regime stazionario sinusoidale: fasori e vettori fasori. Equazioni di Maxwell in regime stazionario sinusoidale.
Introduzione alle onde piane
Funzioni d’onda in regime sinusoidale. L’onda piana: proprietà fondamentali. Onde in mezzi senza perdite. Onde in mezzi con perdite: l’effetto pelle. Riflessione delle onde con incidenza normale e in mezzi senza perdite. Mezzi stratificati e i fenomeni di interferenza. Strati in lambda/4 e in lambda/2.
Linee di trasmissione in regime tempo variante
Linee di trasmissione: distribuzioni dei campi e.m. in una generica sezione. Linee TEM e Quasi TEM. Tensioni e correnti nelle linee di trasmissione. Equazioni delle linee di trasmissione nel dominio del tempo. Onde di tensione e corrente. Velocità di propagazione, impedenza caratteristica e coefficiente di riflessione. Transitorio su una linea di trasmissione.
Linee di trasmissione in regime sinusoidale
Equazioni delle linee di trasmissione in regime sinusoidale. Equivalente circuitale. Onde di tensione e corrente. Velocità di propagazione, impedenza caratteristica e coefficiente di riflessione. Rapporto d’onda stazionaria. Impedenza. Stato stazionario su una linea. Studio dei massimi e minimi dell’inviluppo della tensione lungo una linea di trasmissione. Flusso di potenza. e trasferimento di potenza ad un carico. Il diagramma di Smith.
Linee con perdite
Equivalente circuitale di un tratto di linea con perdite. Significato fisico dei parametri. Resistenza e conduttanza per unità di lunghezza. Linee con piccole perdite. Impedenza caratteristica e costante di propagazione in una linea con piccole perdite. Bilancio di potenza nelle linee con perdite.
Books
- C. Riva, G. G. Gentili, Appunti di campi elettromagnetici, Libreria Cortina.
- B. Guru, H. Hiziroglu, Electromagnetics Field Theory Fundamentals, Second Edition, Cambridge.
- Ramo, Whinnery, Van Duzer, Fields and waves in communication electronics, John Wiley.
- Ulaby, Fundamentals of Applied Electromagnetics, Prentice Hall.
- Conciauro, Introduzione alle onde elettromagnetiche, McGraw-Hill.
- N.N. Rao, Elements of engineering electromagnetics, Pearson.
- D’Amico, Gentili, Esercizi di campi elettromagnetici, CUSL.
Didactic material
Esercizi
Esercizi di riepilogo elettrostatica e magnetostatica
Eserciziario A. Ratti e M. Savino
Temi d'esame
AA. 2002-2003 AA. 2004-2005 AA. 2005-2006
AA. 2006-2007 AA. 2007-2008 AA. 2008-2009
Temi d'esame con soluzione
AA. 2005-2006 AA. 2006-2007
AA. 2007-2008 AA. 2008-2009