STRUTTURA DELLA MATERIA I
Anno accademico e docente
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- English course description
- Anno accademico
- 2022/2023
- Docente
- LUCIA DEL BIANCO
- Crediti formativi
- 6
- Periodo didattico
- Primo Semestre
- SSD
- FIS/03
Obiettivi formativi
- Il corso tratta i fenomeni fisici più importanti che hanno posto le basi per la transizione dalla Fisica Classica alla Fisica Quantistica, sviluppando i concetti di radiazione termica, interazione radiazione-materia, dualismo onda-corpuscolo e la descrizione dei primi modelli atomici.
Inoltre, il corso presenta il formalismo della statistica classica e quantistica trattando alcune applicazioni alla fisica dei solidi. Infine, vengono fornite nozioni di base per la descrizione dei solidi cristallini.
Alla fine del corso, lo studente avrà acquisito conoscenze sulle principali teorie e esperimenti che hanno determinato l’inizio della Fisica moderna (in particolare, la teoria di Planck per la radiazione di corpo nero, l’effetto fotoelettrico, l’effetto Compton, l’esperimento di Davisson Germer, la teoria di De Broglie sulle onde di materia, il principio di indeterminazione di Heisenberg) e sui primi modelli atomici (Thomson, Rutherford, Bohr). Inoltre, avrà acquisito conoscenze di meccanica statistica, sulle differenze fra le leggi statistiche classica e quantistiche e su come esse sono state utilizzate nella descrizione di importanti fenomeni fisici (modello di Debye per il calore specifico di un solido cristallino, gas elettronico, condensazione di Bose Einstein). Infine avrà appreso concetti base di cristallografia.
Lo studente avrà sviluppato le abilità necessarie per risolvere calcoli e problemi sugli argomenti indicati. Prerequisiti
- E’ indispensabile la conoscenza della Fisica classica.
Contenuti del corso
- RADIAZIONE TERMICA (6 ore)
Proprietà della radiazione termica. Corpo nero. Legge di Stefan. Legge di Wien. Formula di Rayleigh-Jeans. Teoria di Planck.
INTERAZIONE RADIAZIONE MATERIA (6 ore)
Effetto fotoelettrico: teoria quantistica di Einstein; i fotoni. Effetto Compton. Produzione di raggi X. Produzione e annichilazione di coppia. Definizione di sezione d'urto.
FENOMENOLOGIA QUANTISTICA (10 ore)
Postulato di de Broglie. Esperimento di Davisson e Germer. Dualismo onda-corpuscolo. Principio di indeterminazione. Spettri atomici. Modelli atomici: modello di Thomson, di Rutherford e di Bohr. Cenno al modello di Sommerfeld.
FISICA STATISTICA (20 ore)
Statistica classica e quantististica. Calcolo delle leggi di distribuzione di Maxwell-Boltzmann, Fermi-Dirac e Bose-Einstein.
Applicazione della statistica classica: il gas ideale.
Calore specifico di un solido cristallino: legge di Dulong Petit, modello di Einstein, modello di Debye. Concetto di degenerazione statistica. Applicazione della statistica di Fermi Dirac: il gas di elettroni liberi; calore specifico del gas di elettroni.
Applicazione della statistica di Bose-Einstein: gas di fotoni; fononi in reticolo unidimensionale. Condensazione di Bose Einstein
INTRODUZIONE ALLO STATO SOLIDO (6 ore)
Il reticolo di Bravais. Cella unitaria. Semplici strutture cristalline. Cella di Wigner-Seitz. Piani reticolari e indici di Miller. Diffrazione di raggi X; legge di Bragg. Metodi didattici
- Lezioni frontali ed esercitazioni.
Modalità di verifica dell'apprendimento
- L’obiettivo della prova d’esame è quello di verificare se lo studente abbia assimilato gli argomenti trattati in modo critico, raggiungendo quindi gli obiettivi formativi del corso, e se sia in grado di stabilire dei collegamenti fra essi .
L’esame consiste in una prova scritta, volta a verificare il grado di abilità raggiunto nella risoluzione di calcoli ed esercizi, seguita da una prova orale, volta a verificare le conoscenze acquisite. La prova scritta prevede la risoluzione di alcuni problemi inerenti il programma e si intende superata con un punteggio di 18/30. La prova orale consiste nella trattazione di alcuni argomenti richiesti dal docente. Il voto finale terrà conto del risultato complessivo delle due prove d'esame. Testi di riferimento
- 1) R.Eisberg, R.Resnick "Quantum Physics of Atoms, Molecules, Solids, Nuclei and Particles", 2nd Edition, J.Wiley & Sons, 1985
2) Alonso-Finn "Quantum and statistical Physics" vol. 3, Addison-Wesley
3) John D. Mcgervey “Introduction to Modern Physics”
Academic Press, Inc. (capitolo 11)
