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Corso di Laurea in Scienza dei Materiali
Corso di Struttura della Materia IIo modulo
G. Rinaudo - a.a.2002/03
Programma dettagliato del corso
Prima parte: complementi di elettromagnetismo
1. Analisi dimensionale, unità di misura e costanti naturali
Conoscere e saper utilizzare
a) l’analisi dimensionale, applicata alle relazioni fra grandezze fisiche
b) le unità di misura delle grandezze nel sistema internazionale (diapositiva elm-1)
c) i valori di alcune costanti naturali utili per i calcoli nelle unità del sistema internazionale, in
particolare le costanti o e o (diapositiva elm-2)
d) significato delle costanti o e o e calcolo del valore del campo elettrico e magnetico atomico
(Halliday capp. 28 e 34; diapositive elm-35)
e) le unità di misura nel sistema di Gauss e loro conversione al sistema internazionale (diapositive
elm-6,7)
f) i valori delle principali costanti naturali rilevanti a livello microscopico (diapositiva elm-8)
g) calcolo dell’energia potenziale elettrica atomica nelle unità di Gauss (diapositiva elm-9)
2. Richiami sulle equazioni di Maxwell (Halliday capp. 40 e 41)
a) le equazioni di Maxwell in forma “integrale” (diapositiva elm-10)
b) l’equazione dell’onda e il significato dei suoi parametri (frequenza, pulsazione, numero d’onda,
lunghezza d’onda, velocità) (diapositiva elm-11)
c) lo spettro elettromagnetico (diapositive elm-12,13)
d) flusso di energia, vettore di Poynting, quanti di energia del campo elettromagnetico e relazione
di Planck (diapositive elm-14,15)
e) generazione dell’onda elettromagnetica (diapositive elm-1519)
f) la pressione di radiazione (diapositiva elm-20)
3. Richiami sulle leggi della rifrazione (Halliday capp. 42 - 43)
a) velocità della luce in un mezzo di indice di rifrazione n e legge di Snell (diapositive spettr1 1-6)
b) principio di Fermat del tempo minimo (diapositiva spettr1 7)
c) principio di Huygens (diapositive spettr1 8-9)
4. L’interferenza (Halliday cap. 45)
a) interferenza da lamine sottili (diapositiva spettr1 10)
b) interferenza da doppia fenditura e calcolo della figura di interferenza (diapositive spettr1 11-12)
c) lunghezza di coerenza (diapositiva spettr1 13)
5. Il reticolo di diffrazione (Halliday cap. 47)
a) il reticolo di diffrazione (diapositiva spettr2 - 1)
b) calcolo della figura di interferenza da reticolo (diapositiva spettr2 - 2)
c) potere risolutivo del reticolo (diapositive spettr2 3-4)
d) diffrazione da raggi X (diapositive spettr2 22-26)
6. La diffrazione da singola fenditura (Halliday cap. 46)
a) origine della diffrazione (diapositive spettr2 5)
b) calcolo della figura di diffrazione (diapositive spettr2 6-8)
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c) il “punto chiaro di Poisson (diapositiva spettr2 - 9)
7. La polarizzazione (Halliday cap. 48)
a) trasversalità dell’onda elettromagnetica (diapositiva spettr2 10)
b) polarizzazione lineare con filtri e legge di Malus (diapositive spettr2 11-13)
c) polarizzazione per riflessione (diapositive spettr2 15-16)
d) birifrangenza (diapositive spettr2 17-20)
e) polarizzazione rotatoria (diapositiva spettr2 21)
Seconda parte: transizioni e LASER
8. Transizioni radiative e spettroscopia (“Nota: transizioni di dipolo elettrico”)
a) sviluppo storico della spettroscopia:
- la misura della lunghezza d’onda,
- le leggi di Kirchoff (diapositiva trans 1)
- la serie di Balmer, il principio di ricombinazione di Ritz, Bohr e le transizioni fra “stati
stazionari”, i processi di emissione e assorbimento della radiazione (diapositive trans 2-8)
- Einstein e l’emissione stimolata (diapositiva trans 9);
b) interazione radiazione-materia:
- conservazione dell’energia nei tre processi di assorbimento, emissione spontanea ed emissione
indotta (diapositiva trans 10),
- hamiltoniana di interazione dipendente dal tempo nei fenomeni di assorbimento e di emissione
stimolata: sintonizzazione e accoppiamento (diapositive trans 11-12),
- accoppiamento di dipolo elettrico (diapositiva trans 13),
- un esempio: il forno a microonde (diapositive trans 14-17)
- calcolo della probabilità di transizione per unità di tempo: regola d’oro di Fermi e principio del
bilancio dettagliato (diapositive trans 18-23),
- calcolo della probabilità di transizione nell’esempio del forno a microonde (diapositive trans
24-26)
- l’emissione spontanea (diapositive trans 27-28)
- calcolo dell’elemento di matrice di dipolo elettrico e regole di (diapositive trans2 1-19).
9. Transizioni di spin (“Nota: transizioni di spin”)
- livelli energetici legati al momento magnetico
- accoppiamento di dipolo magnetico
- esperimenti EPR ed NMR
10. Statistica dei bosoni (Alonso e Finn, III volume, cap. 13)
- richiami sulla statistica di Boltzmann (diapositive stat 1-9)
- indistinguibilità quantistica (diapositiva stat 10)
- statistica di Bose e spettro del corpo nero (diapositive stat 11-15)
- equilibrio radiazione – materia e coefficienti di Einstein (diapositive stat 16-17)
11. Il LASER (“Nota: LASER e MASER”)
- inversione di popolazione
- pompaggio
- larghezza naturale, cavità e modi di oscillazione
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