Il segno «–» che compare nella legge di Faraday-Neumann ha un legame profondo con il principio di conservazione dell’energia. Per comprenderlo, ricordiamo che il flusso del campo magnetico totale che attraversa un circuito indotto è formato da...

In un circuito si origina una fem indotta quando varia nel tempo il flusso del campo magnetico totale attraverso di esso. Il campo magnetico totale è la somma dell’eventuale campo magnetico dovuto a una sorgente esterna e di quello creato dalla...

Per il principio di conservazione dell’energia, la potenza che un generatore eroga a un circuito deve uguagliare la somma delle potenze utilizzate da ogni elemento di circuito. Nel caso di un circuito RL, il bilancio energetico può essere analizzato...

Quando è connesso a un circuito, l’alternatore genera una corrente il cui verso cambia nel tempo con la stessa frequenza f = ω/(2π) con la quale si inverte la polarità della fem: per questa ragione si parla di corrente alternata e l’alternatore...

La potenza istantanea assorbita da un circuito ohmico e dissipata nel resistore per effetto Joule è \[ {P}\left({t}\right)={R}{\left[{{i}\left({t}\right)}\right]}^{{2}}={R}\:{i}_{0}^{\,{2}}\:{\mathrm{sen}}^{2}\left({{\omega}{t}}\right) \]   Il...

La potenza elettrica media trasferita da un generatore di tensione alternata a un circuito puramente resistivo è data dalla (42) in cui Z = R e il fattore di potenza è uguale a 1: \[ \overline{P}={\mathcal{E}}_{\mathrm{eff}}{i}_{\mathrm{eff}} \] Un...

Consideriamo due triangoli rettangoli simili, con rapporto di similitudine k, che hanno quindi: gli angoli corrispondenti uguali; indichiamo con α l’ampiezza di Â; i lati legati dalle relazioni: AB=kAB′          BC=kB′C′      ...

Le grandezze scalari, o semplicemente scalari, sono grandezze descritte in modo completo da un numero e da un’unità di misura. Per esempio, sono scalari la lunghezza e la temperatura. Esistono poi grandezze, come lo spostamento e la forza, che...

Consideriamo un sistema di riferimento cartesiano Oxy. Scomponendo un vettore \(\vec A\) del piano lungo gli assi coordinati, si ottengono due vettori \(\vec A_x\) e \(\vec A_y\), detti i componenti di \(\vec A\), tali che \[\vec A=\vec A_x +\vec...

    

 

Per la legge di Faraday-Neumann la variazione del flusso magnetico attraverso la superficie di un circuito genera una corrente indotta in esso: ciò implica che le cariche risentono di una forza che le sposta lungo il circuito. In presenza di un campo...

Nel caso di campi statici, cioè non variabili nel tempo, le due leggi sulla circuitazione di \( \vec{E} \) e di \( \vec{B} \) hanno una struttura simile, in quanto in ciascuna di esse compare un solo campo: conservatività del campo elettrostatico...

Con la scoperta della corrente di spostamento, Maxwell porta a compimento oltre due secoli di ricerche sui fenomeni elettrici e magnetici. Nel suo Treatise on electricity and magnetism del 1873, un’opera che rappresenta uno dei vertici della fisica...

Le onde meccaniche vengono generate da una sorgente che trasmette energia al mezzo elastico, per esempio una mano che muove in modo ritmico una corda tesa. In modo del tutto analogo, le onde elettromagnetiche possono essere create ponendo in...

I campi \( \vec{E} \) e \( \vec{B} \) di un’onda elettromagnetica oscillano in un piano perpendicolare alla direzione di propagazione dell’onda. Quando viene emessa da un dipolo elettrico, l’onda è formata da campi che oscillano in un piano. Per...

La lunghezza d’onda λ, la frequenza f e la velocità di propagazione c di un’onda elettromagnetica sono legate dalla relazione \[ {c}={\lambda}\>{f} \] La frequenza dell’onda è determinata dalle caratteristiche fisiche della sorgente e dal...

Nella dinamica il moto di un corpo è descritto mediante una funzione che stabilisce come la sua posizione, riferita a un sistema di coordinate, varia nel tempo. In particolare, si immagina che un osservatore nel suo sistema di riferimento sia in grado...

Nel 1905 Einstein pubblicò un articolo dal titolo Sull’elettrodinamica dei corpi in movimento, destinato a influenzare profondamente la fisica successiva, in cui espose in modo compiuto la teoria della relatività ristretta. Nella sua teoria, che...

Una conseguenza dei due principi di Einstein è la relatività degli intervalli di tempo. Ciò significa che se due osservatori sono in moto relativo l’uno rispetto all’altro, ciascuno vede l’orologio dell’altro segnare intervalli di tempo più...

Consideriamo due sistemi di riferimento A e B con le seguenti caratteristiche: l’osservatore in A esprime la posizione di un punto a un dato istante, misurato con il suo orologio, con le coordinate (xA, yA, zA, tA); in modo analogo B utilizza (xB,...

Una conseguenza della costanza di c è che gli oggetti in movimento nella direzione del moto si accorciano, sia in avvicinamento che in allontanamento. 1Consideriamo una barra. Misurata nel sistema di riferimento B in cui è ferma ha una...

Nella cinematica classica la legge di composizione delle velocità deriva dalle trasformazioni di Galileo (3): come mostra il disegno sotto, se B si muove con velocità costante \( \vec{v} \) rispetto ad A, le velocità \( {\vec{{u}}}' \) e \(...

Una sorgente S genera onde aventi frequenza fs. Se un osservatore A si muove rispetto alla sorgente, a causa del suo moto rileva una frequenza diversa da fs: se A va incontro all’onda la frequenza che rileva è maggiore di quella emessa, se se ne...

La quantità di moto \( \vec{p} \) è una grandezza fisica di importanza fondamentale nell’analisi del moto in quanto si conserva nei sistemi isolati. Questa proprietà non dipende dal sistema di riferimento inerziale in cui viene osservata: in un...

L’energia è una grandezza fondamentale perché si conserva in un sistema isolato. Per mantenere questa importante proprietà, nella relatività l’energia totale di un corpo viene definita come segue: \[...

La nascita della spettroscopia, che studia in modo sistematico la composizione spettrale della luce emessa da una sorgente, può essere fatta risalire all’esperimento con cui Newton scompose un raggio di Sole mediante un prisma, ottenendo i colori...

La radiazione termica è l’insieme delle onde elettromagnetiche che ogni corpo emette per effetto della sua temperatura: la sorgente di energia di questa radiazione è l’energia termica del corpo....

Planck risolve il problema della radiazione termica proponendo un’ipotesi di quantizzazione dell’energia che non ha alcun riscontro nella fisica classica e che trova la sua legittimazione solo nella straordinaria corrispondenza fra legge teorica e...

Il fotone viaggia alla velocità della luce c per cui la sua massa deve essere nulla. Per la teoria della relatività, un corpo di massa m0 ha energia totale \[ {E}=\frac{{m}_{0}{c}^{2}}{\sqrt{{1}-\frac{{v}^{2}}{{c}^{2}}}} \] da cui si ricava \[...

Negli ultimi decenni dell’Ottocento un numero crescente di ricerche in campo chimico e termodinamico convergevano sull’idea che la materia fosse composta da costituenti elementari, gli atomi. Da parte dei sostenitori della teoria atomica, la...

Attorno al 1913 tra i fisici è diffusa la convinzione che l’elettromagnetismo classico sia sostanzialmente inadeguato a descrivere i comportamenti di sistemi su scala atomica. In particolare, i principali problemi aperti sono:...

L’ottica classica si era sviluppata per secoli sulla contrapposizione di due modelli di luce: quello ondulatorio, originariamente proposto da Huyghens, e quello corpuscolare di Newton. Questi due modelli fornivano interpretazioni irriducibili l’una...

Nel tentativo di comprendere il dualismo ondulatorio-corpuscolare della luce, nei primi due decenni del Novecento vari fisici indagarono le analogie formali tra la meccanica dei corpi materiali e la teoria della propagazione ondulatoria. Nel 1924 il...

Nella meccanica classica i valori che assumono le grandezze relative a una particella possono essere misurati nello stesso istante con una precisione che è limitata solo dall’accuratezza della procedura sperimentale. In linea di principio, nulla...

L’analisi da parte di Heisenberg del processo di misura evidenzia che è impossibile conoscere simultaneamente i valori di tutte le grandezze che caratterizzano lo stato di un sistema. Nel caso di un elettrone, la conoscenza della sua...

Il modello di Bohr ha rappresentato il banco di prova per ogni proposta teorica relativa alla struttura atomica ed ha contribuito ad approfondire la conoscenza dei fenomeni connessi. Pur nascendo da una sintesi tra fisica classica e ipotesi...

La meccanica quantistica prevede l’esistenza di tre fenomeni elementari mediante i quali un atomo emette o assorbe un fotone: l’emissione spontanea, l’emissione stimolata e l’assorbimento. Analizziamoli facendo riferimento a un atomo che ha lo...

I processi elementari di interazione tra fotoni e atomi o molecole danno luogo a fenomeni collettivi che a livello macroscopico distinguiamo come sintetizza il diagramma seguente.   La spiegazione quantistica di questi fenomeni è estremamente...

L’evidenza sperimentale dell’esistenza del nucleo atomico fu ottenuta per la prima volta attorno al 1910 da Rutherford nei suoi esperimenti sulla diffusione di particelle α (nuclei di elio) da parte di un sottile bersaglio d’oro. Egli dimostrò...

Tra i protoni del nucleo agiscono forze elettrostatiche repulsive che tendono ad allontanarli gli uni dagli altri e dunque a distruggere la struttura nucleare. Poiché esistono nuclei stabili deve esercitarsi fra i nucleoni una forza attrattiva che...

La radioattività consiste nella trasformazione spontanea, detta decadimento radioattivo, di nuclei instabili o radionuclidi accompagnata dall’emissione di una o più particelle. Il decadimento radioattivo di un nucleo è un fenomeno intrinsecamente...

Nei primi anni del Novecento Rutherford dimostrò sperimentalmente che nei decadimenti radioattivi vengono emessi tre tipi di radiazioni nucleari: i raggi α, formati da nuclei di \( {}_{2}^{4}{\mathrm{He}} \) con carica elettrica +2e; i raggi β,...

Tra le reazioni nucleari che coinvolgono nuclei leggeri, particolare importanza rivestono le reazioni di fusione. Poiché l’energia di legame per nucleone cresce fino al \( {}_{\mathrm{28}}^{\mathrm{62}}{\mathrm{Ni}}, \) il nucleo prodotto nella...

In termini schematici una stella è un sistema fisico isolato caratterizzato dall’equilibrio dinamico fra due tendenze contrapposte: la contrazione indotta dall’attrazione gravitazionale e la dilatazione per effetto dell’energia prodotta al suo...

La fissione è una reazione in cui un nucleo pesante si divide in due frammenti con il rilascio di energia. Questo processo avviene spontaneamente solo nei nuclei con Z > 92: per gli altri nuclei può essere indotto dall’assorbimento di un...

Nel corso del Ventesimo Secolo l’impiego intensivo dei combustibili fossili ha garantito la disponibilità di un’enorme quantità di energia a basso costo che ha profondamente modificato la vita quotidiana nei Paesi industrializzati. La...

In termini molto schematici, in una centrale elettrica di tipo termico si distinguono tre stadi: un’unità termica, che converte l’energia fornita dal combustibile in energia termica e la cede a un fluido di lavoro (acqua); un circuito...

Lo scopo dei prossimi paragrafi è illustrare le principali caratteristiche tecniche di una centrale nucleare, sottolineando in particolare alcune delle varie criticità del ciclo del combustibile nucleare. A partire da queste nozioni di base, un...

La maggior parte dei reattori in funzione è del tipo LWR (light water reactor = reattore ad acqua leggera), cioè che utilizzano l’acqua sia come moderatore sia come fluido di raffreddamento. Si parla di acqua leggera per distinguerli dai reattori...