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SCIENZE E TECNOLOGIE
Docente
Creazione
NICOLA MANINI
Data di
nascita
Codice
fiscale
06/06/1967
MNNNCL67H06C794P
Stato
Chiusura Conferma
Approvato
19/01/2016
27/09/2016
Dipartimento di
afferenza
Settore
Carriera
A.A.
DIPARTIMENTO DI FISICA
FIS/03-Fisica della materia
PROFESSORE UNIVERSITARIO DI
RUOLO II FASCIA
2015/16
Corso di Studio
Strutt.Responsabile Insegnamento
Modulo
FISICA (Classe L-30)
(F63)
FISICA (Classe L-30)
(F63)
()
Struttura della Materia 1
(F63-19)
Forme didattiche previste dal Piano Didattico
- Lezioni
(40 ore)
- Esercitazioni(40 ore)
Note
L'esercitazione del 25/11/2015 e` stata tenuta dalla dott. E. Molteni.
Riepilogo Attività
Forma didattica
Stato
Esercitazioni
Lezioni
Approvata
Approvata
Numero
19
21
Ore
38
42
Dettaglio attività
Stato Data
1 of 3
Ora
Forma
Ore Aula Sede
Argomento/Note
inizio
didattica
Approvata MAR 29/09/2015 14:00
2
B
Dip.
Lezioni
Fisica
Presentazione del corso. Introduzione alla fisica della Materia. Brevi richiami
di meccanica quantistica. Equazioni e scale caratteristiche della materia. Lo
spettro elettromagnetico ed effetti relativistici. Spettroscopie di assorbimento
e di emissione, meccanismi di allargamento spettrale. Introduzione alla fisica
atomica e all'atomo a 1 elettrone.
Approvata MER 30/09/2015 10:30
2
B
Dip.
Lezioni
Fisica
Atomi a 1 elettrone: livelli energetici, spettri, funzioni d'onda, serie spettrali,
distribuzione di probabilita` angolare, momento angolare orbitale.
Approvata GIO 01/10/2015 10:30
2
C
Dip.
Lezioni
Fisica
Approvata MAR 06/10/2015 14:00
2
B
Approvata MER 07/10/2015 10:30
2
B
Approvata GIO 08/10/2015 10:30
2
C
Approvata MAR 13/10/2015 14:00
2
B
Dip.
Lezioni
Fisica
Approvata MER 14/10/2015 10:30
2
B
Approvata GIO 15/10/2015 10:30
2
C
Dip.
Esercitazioni Armoniche sferiche, parita`, normalizzazione e medie. Struttura fine dei livelli
Fisica
dell'atomo d'idrogeno. Elementi di matrice, intensita` di transizione di dipolo
elettrico.
Dip.
Lezioni
Atomi a molti elettroni, particelle composite, spin e statistica. Stati di base a
Fisica
elettroni indipendenti. Il principio di esclusione di Pauli. L'approssimazione di
elettroni indipendenti. Spettroscopia dell'atomo di elio: teoria perturbativa,
stati di singoletto e di tripletto: interazione di scambio.
Approvata MAR 20/10/2015 14:00
2
B
Funzioni d'onda radiali. Distribuzione di probabilita` radiale. Momento
magnetico e momento angolare. L'esperimento di Stern-Gerlach. Lo spin
dell'elettrone. Interazione di spin-orbita. Cenno alla teoria delle perturbazioni
in MQ.
Dip.
Esercitazioni Livelli energetici e transizioni di atomi/ioni a 1 elettrone. Effetti della massa
Fisica
nucleare, spettroscopie. Funzioni radiali atomo di H, normalizzazione. Medie
radiali sullo stato fondamentale dell'atomo a 1 elettrone.
Dip.
Esercitazioni Medie con funzioni d'onda e distribuzioni radiali.
Fisica
Dip.
Lezioni
Accoppiamento spin-momento orbitale, il momento angolare totale.
Fisica
Correzioni relativistiche. Correzione relativistica all'energia cinetica, e
struttura fine dell'atomo a 1 elettrone. Osservazioni della struttura fine e
Lamb shift nell'atomo di H. Struttura iperfine.
Dip.
Lezioni
Fisica
Intensita` di transizione radiativa. Regole di selezione in approssimazione di
dipolo elettrico. Spettri in campo magnetico, il fattore giromagnetico di
Lande`, effetto Zeeman e Paschen-Back. Introduzione alle particelle
identiche: bosoni e fermioni.
Il principio variazionale e il modello di campo autoconsistente di
Hartree-Fock. Approssimazione sferica per gli atomi, potenziale efficace,
notazione di occupazione delle shell atomiche. Confronti con dati
sperimentali. La tavola periodica. Energia totale, potenziali di ionizzazione.
10/16/2016 06:54 PM
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Proprieta` generali degli spettri atomici.
2 of 3
Approvata MER 21/10/2015 10:30
2
B
Dip.
Lezioni
Fisica
Livelli e spettroscopie di core, notazione e applicazioni delle spettroscopie di
core. Legge di Moseley. Metalli alcalini, e configurazioni 1-elettrone. Ground
states atomici. Atomi con shell degeneri incomplete.
Approvata GIO 22/10/2015 10:30
2
C
Dip.
Esercitazioni Calcolo dell'intensita` di transizione di dipolo elettrico. Funzione d'onda di
Fisica
atomi a molti elettroni. Spettri di raggi X. Z efficaci.
Approvata MAR 27/10/2015 14:00
2
B
Dip.
Lezioni
Fisica
Approvata MER 28/10/2015 10:30
2
B
Approvata GIO 29/10/2015 10:30
2
C
Approvata MAR 03/11/2015 14:00
2
B
Dip.
Esercitazioni Stato fondamentale di atomi a shell incomplete, regole di Hund. Esperimento
Fisica
di Stern-Gerlach.
Dip.
Esercitazioni Atomi alcalini, spettri ottici, splittings di spin-orbita. Splitting Zeeman e
Fisica
Paschen-Bach, atomi alcalini. Stato fondamentale ed eccitazioni ottiche di
atomi a molti elettroni.
Dip.
Lezioni
Introduzione al legame chimico, lo ione H2+. Legami covalenti, orbitali
Fisica
molecolari come combinazioni lineari di orbitali atomici. Esempi di legami
covalenti omopolari. Legami eteropolari, legami ionici. Ibridizzazione, legami
direzionali, molecole poliatomiche. Introduzione alle forze di dispersione.
Interazione dipolo-dipolo indotto, forze di Van der Waals.
Approvata MER 04/11/2015 10:30
2
B
Approvata GIO 05/11/2015 10:30
2
C
Approvata MAR 10/11/2015 14:00
2
B
Approvata MER 11/11/2015 10:30
2
B
Approvata GIO 12/11/2015 10:30
2
C
Approvata MAR 17/11/2015 14:00
2
B
Approvata MER 18/11/2015 10:30
2
B
Approvata GIO 19/11/2015 10:30
2
C
Approvata MAR 24/11/2015 14:00
2
B
Approvata MER 25/11/2015 10:30
2
B
Approvata GIO 26/11/2015 10:30
2
C
Approvata MAR 01/12/2015 14:00
2
B
Approvata MER 02/12/2015 10:30
2
B
Approvata GIO 03/12/2015 10:30
2
C
Regole di Hund e multipletti atomici. Effetto Zeeman e Paschen-Back,
misura del momento magnetico atomico. Regole di selezione di dipolo
elettrico per atomi a molti elettroni. Introduzione alla fisica delle molecole.
L'approssimazione adiabatica.
Dip.
Lezioni
Fisica
Polarizzabilita` atomica, il potenziale di Lennard-Jones. Classificazione dei
legami molecolari. Dinamica molecolare: moto rotazionale e vibrazionale.
Spettroscopia molecolare, regole di selezione. Transizioni puramente
rotazionali. Transizioni roto-vibrazionali. Cenno alla spettroscopia Raman.
Transizioni elettroniche, principio di Franck-Condon. Energia di punto zero
vibrazionale nelle molecole.
Dip.
Esercitazioni Regola di Lande' dell'intervallo. Stato fondamentale ed eccitazioni ottiche di
Fisica
atomi a molti elettroni, assegnazione degli stati. Meccanica delle molecole
diatomiche.
Dip.
Lezioni
Fisica
Introduzione alla fisica statistica. Probabilita` e distribuzioni statistiche.
L'ipotesi ergodica. L'operatore densita` in meccanica quantistica.
Distribuzione d'equilibrio, l'ensemble canonico, la distribuzione di Boltzmann.
Introduzione alla connessione tra statistica e termodinamica. Connessione
statistica-termodinamica. Il significato microscopico della temperatura.
Dip.
Lezioni
L'entropia e il secondo principio della termodinamica. Sistemi non
Fisica
interagenti, introduzione al gas ideale. Gas ideale ad alta temperatura,
equazione di stato e contributo traslazionale al calore specifico. Gas ideale
ad alta temperatura. Distribuzioni di velocita` e d'energia cinetica.
Dip.
Esercitazioni Gradi di liberta` interni di molecole. Contributi rotazionali e vibrazionali alle
Fisica
proprieta` termodinamiche del gas: energia libera, energia interna, calore
specifico. Andamento globale della capacita` termica di un gas molecolare.
Intensita` delle linee nella spettroscopia rotovibrazionale.
Dip.
Esercitazioni Statistica di molecole diatomiche. Contributi molecolari all'entropia. Problemi
Fisica
di meccanica molecolare. Problemi di spin in campo magnetico.
Dip.
Esercitazioni Statistica dei gradi di liberta` di spin, e proprieta` magnetiche. Suscettivita`
Fisica
magnetica (di Curie). Statistica di un sistema a 2 livelli. Statistica di un
sistema a 3 livelli (spin 1) e di un sistema a 4 livelli.
Dip.
Lezioni
Introduzione ai gas degeneri, ensemble grancanonico. Equazione di stato
Fisica
dei gas ideali: correzione ad alta temperatura dovuta alla statistica.
Distribuzioni di Fermi-Dirac e di Bose-Einstin. Gas degenere di fermioni,
proprieta` a temperatura nulla: energia di Fermi, energia interna, pressione.
Dip.
Lezioni
Fisica
Calore specifico del gas di Fermi. Suscettivita` di spin del gas di Fermi.
Applicazione agli elettroni di conduzione nei metalli semplici. Bosoni a bassa
temperatura, condensazione di Bose-Einstein, evidenza sperimentale. Il gas
di fotoni, densita` di oscillatori, spettro di radiazione all'equilibrio. Radianza
spettrale. Leggi di Wien e di Stefan-Bolzmann. Tassi di transizione nei
fenomeni radiativi. Interazione radiazione-materia, equazioni di Einstein.
Dip.
Esercitazioni [Esercitazione effettuata da E. MOLTENI] Sistemi con un numero finito di
Fisica
livelli. Suscettivita dielettrica di un gas di dipoli elettrici classici. Gas di Fermi:
risultati base a T=0. Gas di Fermi: energia interna, pressione. Fotoemissione
nei metalli, nel modello di elettroni liberi non interagenti, funzione lavoro e
fondo della banda di conduzione.
Dip.
Esercitazioni Statistica di livelli atomici eccitati termicamente. Il limite ultrarelativistico del
Fisica
gas di Fermi. Il gas di Fermi a temperatura finita. Capacita` termica
elettronica nei metalli.
Dip.
Esercitazioni Suscettivita` paramagnetica di Pauli. Il modello del gas di Fermi applicato a
Fisica
3He. Gas di Fermi a temperatura finita ed effetto termoionico.
Dip.
Lezioni
Discussione delle conseguenze delle equazionei di Einstein. Inversione di
Fisica
popolazione e il laser. Considerazione finali sulla meccanica statistica.
Introduzione alla fisica dello stato solido. Prevalenza di energia potenziale
sull'energia cinetica. Energia di coesione. Semplici modelli per solidi
molecolari, massimizzazione della coordinazione, reticoli ad impaccamento
denso. I solidi dei gas nobili. Solidi cristallini e loro difetti. Solidi amorfi. I
solidi cristallini: introduzione alla simmetria reticolare. Reticolo di Bravais.
Vettori primitivi. Alcuni esempi.
Dip.
Esercitazioni Introduzione alla radiazione elettromagnetica, formulazione in termini di
Fisica
oscillatori. Densita` di stati della radiazione elettromagnetica. La radiazione
termica all'equilibrio in una cavita`. Proprieta` spettrali delle superfici. Origine
del nome "corpo nero". Proprieta` integrate, legge di Stefan-Boltzmann,
capacita` termica del vuoto. La legge di Wien. Massimo della distribuzione
spettrale.
10/16/2016 06:54 PM
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Approvata MER 09/12/2015 10:30
2
B
Dip.
Esercitazioni Calcolo del numero di fotoni all'equilibrio. Assorbimento ed emissione:
Fisica
equazioni di Einstein. Es. di applicazione a risonanza magnetica nucleare.
Approvata GIO 10/12/2015 10:30
2
C
Dip.
Lezioni
Fisica
Approvata MAR 15/12/2015 14:00
2
B
Dip.
Lezioni
Fisica
Approvata MER 16/12/2015 10:30
2
B
Dip.
Esercitazioni Popolazioni in variazione dinamica: rate equations. Struttura dei cristalli e
Fisica
diffrazione di radiazione (raggi X, neutroni, elettroni, atomi...).
Approvata GIO 17/12/2015 10:30
2
C
Dip.
Lezioni
Fisica
Approvata MAR 22/12/2015 14:00
2
B
Approvata GIO 07/01/2016 10:30
2
C
Approvata MAR 12/01/2016 14:00
2
B
Approvata MER 13/01/2016 10:30
2
B
Approvata GIO 14/01/2016 10:30
2
C
Dip.
Esercitazioni Struttura e diffrazione. Modello tight binding per le bande degli elettroni nei
Fisica
solidi.
Dip.
Lezioni
Conduzione termica nei metalli, legge di Wiedmann-Franz. Cenni all'effetto
Fisica
Hall e alla massa efficace nei cristalli. Introduzione ai semiconduttori:
struttura, bande e gap. Portatori, stima della densita` dei portatori in
semiconduttori intrinseci. Resistivita` in semiconduttori intrinseci.
Semiconduttori estrinseci: portatori e conduttivita`. Giunzione p-n
all'equilibrio. Giunzione p-n polarizzata, diodo ad effetto tunnel. Cenno alle
applicazioni di semiconduttori drogati.
Dip.
Lezioni
Misure delle bande elettroniche nei solidi: fotoemissione, spettroscopie di
Fisica
assorbimento ed emissione X. Misure di assorbimento/riflettivita` ottica nei
solidi. Fononi nei solidi: teoria generale, conteggio dei modi normali.
Evidenze sperimentali delle branche fononiche nei solidi. Modello di Debye
per fononi e proprieta` termiche dei solidi. Cenni a conducibilita` termica e
dilatazione termica dei solidi.
Dip.
Esercitazioni Esempi Tight-binding in 1D, 2D, 3D, calcolo delle bande. Esercizi su tightFisica
binding in solidi e molecole. Esercizi su bande elettroniche nei solidi.
Vibrazioni in una catena lineare monoatomica.
Dip.
Esercitazioni Fononi di catena lineare biatomica. Problemi vari di fononi, e modello di
Fisica
Debye. Argomenti riassuntivi e outlook: Discussione dell'approssimazione
adiabatica nei metalli, cenni a superconduttivita`, magnetismo e ad
argomenti piu` avanzati di fisica della materia.
Cella primitiva. Cella di Wigner-Seitz. Strutture cristalline. Base. Esempi.
Cella convenzionale. Gruppo puntuale e spaziale (cenno). Trasformata di
Fourier e reticolo reciproco, esempio monodimensionale. Reticolo reciproco
in tre dimensioni. Esempi. Significato dei vettori G. La prima zona di Brillouin.
Introduzione alla diffrazione di radiazioni varie (raggi X, neutroni, atomi,
elettroni). Il fattore di forma atomico. Esempi di diffrattogrammi, e loro
interpretazione in termini di trasformata di Fourier.
La condizione di Bragg per la diffrazione da cristalli. Solidi con base: il fattore
di struttura. Esperimenti di diffrazione da polveri, la costruzione di Ewald.
Stati elettronici nei solidi. Il teorema di Bloch. Bande di energia e gaps nei
solidi. Funzioni d'onda di Bloch. Cenno al modello di legame forte (tightbinding).
Il metodo della base delle onde piane come esempio di calcolo delle bande
nei solidi (cenno). Riempimento delle bande: conteggio dei punti k e degli
elettroni, metalli e isolanti. Il modello semiclassico per la conduzione nei
metalli: introduzione e problemi associati. Collisioni degli elettroni.
Conduzione elettrica nei metalli.
10/16/2016 06:54 PM
