Obiettivi formativi
Conoscenza e capacità di comprensione
• comprensione dei concetti di base della Fisica della materia e acquisizione dei modelli fisici e dei metodi di calcolo che permettono una adeguata interpretazione dei fenomeni di fisica molecolare e dello stato solido
Capacità di applicare conoscenza e comprensione
• capacita’ di comprendere e padroneggiare i modelli fisici fondamentali per l'interpretazione dei fenomeni su scala molecolare o riguardanti la fisica dello stato solido
• capacità di valutare gli ordini di grandezza, di svolgere calcoli elementari e di risolvere semplici problemi riguardanti la struttura della materia
Autonomia di giudizio
• saper valutare in modo critico i risultati delle esperimenti più utilizzati nel campo della fisica della materia
Abilità comunicative
• saper presentare le proprie conoscenze con un linguaggio scientifico appropriato
Capacità di apprendere
• saper autovalutare le proprie competenze e saper agire per migliorarle
Prerequisiti
Concetti base di Fisica Classica, di analisi e primi concetti di meccanica quantistica.
Contenuti dell'insegnamento
Fisica molecolare: -stati elettronici, rotazionali e vibrazionali di molecole biatomiche e poliatomiche
-Spettroscopia molecolare
Fisica dello stato solido:
-Reticoli e strutture
- Difetti reticolari
-Vibrazioni reticolari:
-Proprietà termiche dei solidi:
-Elettrone libero
-Bande nei solidi
-Proprietà magnetiche
-Semiconduttori
-Superconduttività
Programma esteso
Fisica molecolare:
-Approssimazione di Born Oppenheimer
-Molecole Biatomiche: vibrazioni e rotazioni nucleari; stato fondamentale ed eccitato della molecola di idrogeno ionizzato e delle molecola di idrogeno; stati elettronici di molecole a molti elelttroni; orbitali di legame e di antilegame
-Molecole poliatomiche: ibridizzazione
-Spettroscopia molecolare: spettri rotazionali, vibrazionali, rotovibrazionali ed elettronici; cenni sull'effetto Raman
Fisica dello stato solido:
-Reticoli e strutture: simmetrie e reticoli di Bravais; reticolo reciproco e tecniche di diffrazione; modelli di Bragg e di Laue
- Difetti reticolari: difetti puntuali Schottky , Frankel e centri di colore; difetti estesi, dislocazioni
-Vibrazioni reticolari: relazioni di dispersione per la catena lineare monoatomica e biatomica; concetto di fonone
-Proprietà termiche dei solidi: modello di Einstein e di Debye
-Elettrone libero
-Elettrone di Block: bande di energia; metalli e isolanti
-Principali proprietà dei Semiconduttori
-Cenni di superconduttività
-Proprietà magnetiche: diamagnetismo, paramagnetismo di Langevin ; teoria quantistica del paramagnetismo; paramagnetismo di Pauli; ordine ferromagnetico e antiferromagnetico
Bibliografia
G.B. Bachelet, V.D.P.Servedio - Elementi di Fisica Atomica e molecolare e dei solidi- Aracne Editrice (2014)
B.H. Bransden and C.J. Joachain - Physics of Atoms and Molecules - Longman Scientific (1985)
C.Kittel- Introduction to Solid State Physics- Wiley (2004)
Metodi didattici
Lezioni frontali; esercitazioni in classe; compiti a casa con correzione
Modalità verifica apprendimento
Per gli studenti frequentanti la verifica dell'apprendimento avverrà attraverso:
• tre prove scritte in corso d’anno riguardanti esercizi di Fisica molecolare (una) e dello stato solido (due), volte a verificare la capacità dello studente ad applicare correttamente i modelli fisici fondamentali per l'interpretazione dei fenomeni, padroneggiare gli ordini di grandezza delle osservabili fisiche, svolgere calcoli elementari per risolvere problemi. La prima prova scritta consisterà in esercizi riguardanti problemi di fisica molecolare. La seconda prova conterrà esercizi relativi alla struttura cristallina (spazio diretto e spazio reciproco), alla diffrazione x e ai difetti reticolari sia puntiformi che estesi. Nella terza prova gli esercizi riguardano le proprietà termiche elettroniche e magnetiche dei sistemi solidi, con particolare riferimento ai metalli e ai semiconduttori.
• Una eventuale prova orale (a scelta dello studente) volta a migliorare il risultato ottenuto nelle prove scritte.
La valutazione sarà la media delle tre prove scritte e della eventuale prova orale
Per gli studenti non frequentanti la verifica dell'apprendimento avverrà attraverso:
• una prova scritte riguardanti esercizi di Fisica molecolare e dello stato solido, volte a verificare la capacità dello studente ad applicare correttamente i modelli fisici fondamentali per l'interpretazione dei fenomeni, padroneggiare gli ordini di grandezza delle osservabili fisiche, svolgere calcoli elementari per risolvere problemi di fisica atomica e dello stato solido.
• Una eventuale prova orale (a scelta dello studente) con domande e dimostrazioni riguardanti tutti gli argomenti delle lezioni frontali. La prova orale è volta a migliorare il risultato ottenuto nelle prove scritte.
Durata della prove scritte: 2 ore. Sarà consentito portare alla prova scritta libri o appunti; saranno disponibili dati essenziali (e.g. costanti fondamentali, tabella periodica degli elementi ed alcune formule fondamentali) per poter svolgere gli esercizi.
Altre informazioni
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