Università degli studi dell'Insubria

FISICA DELLA MATERIA CON ESERCITAZIONI

A.A. di erogazione 2018/2019
Insegnamento obbligatorio

Laurea triennale in Fisica
 (A.A. 2016/2017)
L'insegnamento è composto da diversi moduli, consultare il dettaglio nella sezione Moduli.
Anno di corso: 
3
Crediti: 
10
Ore di attivita' frontale: 
80

Introduzione alla struttura della materia: dalla struttura atomica a quella molecolare allo stato solido. Si forniscono le basi concettuali dei meccanismi di aggregazione della materia con particolare attenzione ai principali metodi di indagine sperimentale e alla descrizione su base statistica dei sistemi macroscopici.
Le conoscenze acquisite in ambito fisico dovranno essere anche tradotte nelle seguenti abilita':
1) capacita' di ridurre un problema complesso nei suoi elementi essenziali per poi formalizzarli matematicamente.
2) capacita' di individuare gli strumenti di indagine piu' appropriati per investigare una data proprieta' fisica.

Prerequisiti: 

Familiarita' con l'elettromagnetismo e le basi della meccanica quantistica.

Primo Modulo:
1) Richiami di teorie cinetiche ed elementi di fisica statistica. Ipotesi di ergodicita'. Teoria degli insiemi rappresentativi. Teorema di equipartizione. Distribuzione di Maxwell-Boltzmann. Collisioni, sezioni d'urto e libero cammino medio. Coefficienti del trasporto nei gas. Moto Browniano (12 h)
2) Richiami sull'interazione radiazione-materia in fisica classica. Richiami di fisica quantistica: teoria del momento angolare, atomo di idrogeno (8 h).
3) Assorbimento ed emissione di radiazione, regola d'oro di Fermi. Coefficienti di Einstein. Effetto Zeeman. Spin dell'elettrone. Effetti relativistici: interazione spin-orbita. Struttura fine delle righe di emissione. Lamb shift. Effetto Zeeman anomalo. (10 h)
4) Struttura atomica. Atomi a piu' elettroni: atomo di elio. Campo autoconsistente. Tavola periodica degli elementi. Antisimmetria della funzione d'onda e principio di Pauli. Modello a shell. Interazione spin-orbita. Regole di Hund. Effetto Zeeman (10 h).

Secondo Modulo:
1) Cenni di struttura molecolare in molecole biatomiche. Approssimazione di Born--Oppenheimer. Ione molecolare idrogeno. Parita'. Orbitali molecolari. Molecola di idrogeno. Legame covalente, legame ionico, approssimazione di Heitler--London. Affinita' elettronica, esempi di legami di tipo ionico. Forze di Van der Waals. Moti rotazionali e vibrazionali. Spettri. Principio di Franck--Condon. Molecole poliatomiche. Ibridizzazione (14 h)
2) Statistiche quantistiche e applicazioni.
Statistiche quantistiche e indistinguibilita'. Maxwell—Boltzmann, Bose-Einstein, Fermi--Dirac. Limite classico. Radiazione in equilibrio con la materia: fotoni. Condensazione di Bose-Einstein. Calore specifico dei solidi (Einstein e Debye): fononi. Gas elettronico degenere: energia di Fermi, pressione di degenerazione, calore specifico (14 h).
3) Cenni di stato solido. Struttura di solidi cristallini: reticoli periodici. Diffusione di raggi X da cristalli. Proprieta' di trasporto in metalli: modello di Drude—Sommerfeld. Struttura a bande: teorema di Bloch. Metalli, isolanti e semiconduttori (12 h).

Gli obiettivi formativi del corso verranno raggiunti attraverso lezioni frontali per un totale di 40 ore in ciascuno dei due moduli, comprensive di esercitazioni in cui verranno affrontati problemi atti ad applicare le conoscenze acquisite e a verificare le abilita' raggiunte.

Modalita' di verifica dell'apprendimento: 

Le prove sono mirate a verificare il grado di apprendimento delle basi della Fisica della Materia; l'abilita' nella comprensione di testi avanzati nell'ambito della fisica atomica, molecolare e dello stato solido; la capacita' di risolvere problemi di struttura atomica e molecolare e di fisica statistica classica e quantistica. La verifica avverra' attraverso prove scritte seguite da un colloquio.
Alla fine del primo modulo verra' effettuata una
prova scritta, della durata di 2 ore in cui lo studente dovra' risolvere un problema relativo agli argomenti trattati nel corso. Nell'affrontare l'esercizio verranno verificate le abilita' di comprensione del testo e di soluzione di problemi. Lo scritto verra' valutato con un giudizio sintetico che rendera' lo studente consapevole del livello acquisito in tali abilita'. Alla fine del secondo modulo lo studente dovra' eseguire una seconda prova scritta con le medesime modalita' della prima, relativa alla seconda parte del programma. Successivamente lo studente dovra' superare una prova orale in cui esporra' uno o piu' argomenti del programma del secondo modulo. In questo modo verranno anche valutate le capacita' di comunicazione. La votazione complessiva terra' conto dell'esito delle due prove scritte e dell'orale. Su richiesta dello studente potra' essere organizzata anche un'unica prova scritta su tutto il programma, seguita dalla prova orale.

Lo studente potra' trovare il meteriale esposto nei seguenti testi:
F. Reif: Fundamentals of Statistical and Thermal Physics
B.H. Bransden, C.J. Joachain: Physics of Atoms and Molecules
N.W. Ashcroft, N.D. Mermin: Solid state physics

Un ulteriore utile testo e' anche:
N. Manini: Introduction to the Physics of Matter: Basic Atomic, Molecular, and Solid-state Physics

Sono inoltre disponibili testi a livello leggermente piu' elementare, che trattano i principali argomenti del corso:
R.M. Eisberg, R. Resnick: Quantum Physics of Atoms, Molecules, Solids, Nuclei, and Particles
J.J. Brehm, W.J. Mullins: Introduction to the Structure of Matter: A Course in Modern Physics

Ricevimento studenti su appuntamento da concordare via e-mail al docente:
alberto.parola@uninsubria.it

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A.A. 2019/2020

Anno di corso: 3
Curriculum: PERCORSO COMUNE

A.A. 2018/2019

Anno di corso: 3
Curriculum: PERCORSO COMUNE

A.A. 2017/2018

Anno di corso: 3
Curriculum: PERCORSO COMUNE

A.A. 2015/2016

Anno di corso: 3
Curriculum: PERCORSO COMUNE

A.A. 2014/2015

Anno di corso: 3
Curriculum: PERCORSO COMUNE

A.A. 2013/2014

Anno di corso: 3
Curriculum: PERCORSO COMUNE