Università degli studi dell'Insubria

FISICA DELLA MATERIA CON ESERCITAZIONI MOD.2: FISICA MOLECOLARE E DEI SOLIDI

A.A. di erogazione 2017/2018

Laurea triennale in Fisica
 (A.A. 2015/2016)

Docenti

Anno di corso: 
3
Tipologia di insegnamento: 
Caratterizzante
Settore disciplinare: 
FISICA DELLA MATERIA (FIS/03)
Crediti: 
5
Ciclo: 
Secondo Semestre
Ore di attivita' frontale: 
50
Dettaglio ore: 
Lezione (50 ore)

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.

Familiarita' con l'elettromagnetismo e la 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).

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