- Oggetto:
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Metodologie di caratterizzazione dei materiali con laboratorio
- Oggetto:
Anno accademico 2011/2012
- Codice dell'attività didattica
- MFN1266
- Corso di studi
- Scienza e Tecnologia dei Materiali
- Anno
- 2° anno
- Tipologia
- Affine o integrativo
- Crediti/Valenza
- 8
- SSD dell'attività didattica
- FIS/01 - fisica sperimentale
- Oggetto:
Sommario insegnamento
- Oggetto:
Obiettivi formativi
Il corso introduce agli studenti alcuni concetti fondamentali di Struttura della Materia per fornire le basi per una adeguata comprensione di alcune tecniche e della relativa strumentazione per la caratterizzazione fisica dei materiali. Il corso offre altresì agli studenti la possibilità di effettuare misurazioni di con strumentazione avanzata utilizzando tecniche introdotte nelle lezioni frontali e di analizzare i dati sperimentali con strumenti informatici dedicati.
Nozioni fondamentali di fisica atomica ed elementi di fisica nucleare per la comprensione dei fenomeni fisici alla base di alcune fra le più diffuse tecniche sperimentali per la caratterizzazione di materiali.
- Oggetto:
Risultati dell'apprendimento attesi
Conoscenza adeguata della natura corpuscolare della luce, della struttura dell’atomo e di concetti fondamentali della fisica del nucleo per la comprensione di alcune tecniche sperimentali per la caratterizzazione dei materiali. Acquisizione del metodo sperimentale per effettuare correttamente misurazioni e di metodologie di analisi dei dati per trarre dalle misure le informazioni necessarie per la caratterizzazione dei materiali.
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Programma
Elementi di meccanica statistica classica:
- Statistica di Boltzmann e applicazioni ai gas.
- Statistica di Bose Einstein: applicazioni al problema del corpo nero, cenni delle tecniche di colorimetria e termografia; principi di funzionamento del laser.
- Statistica di Fermi-Dirac: applicazione al problema del calore specifico dei solidi e del gas di elettroni.
La natura corpuscolare della luce:
- quantizzazione dell'energia del campo elettromagnetico
- effetto fotoelettrico
- effetto compton
La natura ondulatoria della materia
- Lunghezza d'onda di De Broglie; la relazione di indeterminazione
- La funzione d'onda elettronica; elementi di diffrazione elettronica
- Effetto Tunnel; cenni della microscopia tunnel a scansione (STM)
- Elettroni in buche di potenziale
Elementi di Fisica Atomica
- L'atomo di Bohr
- Atomo di idrogeno, orbitali atomici, momento angolare orbitale e di spin.
- Atomi multi elettronici: introduzione alle tecniche di fotoemissione (ESCA)
- Struttura della tavola periodica degli elementi
- Magnetismo atomico - effetto Zeeman
- Raggi X caratteristici
Interazione radiazione ionizzante/materia
- Introduzione alla microscopia elettronica a scansione (SEM)
- Introduzione alle tecniche di fluorescenza indotte da raggi x (XRF), da elettroni (EDS), protoni (PIXE).
- Radiografia Digitale/Tomografia
Elementi di fisica del nucleo
- proprietà del nucleo
- decadimenti radioattivi;
- Diffrazione neutronica,
L'attività di laboratorio si articolerà in esercitazioni su alcuni dei seguenti argomenti:
- Tecniche di fabbricazione e di misura delle basse pressioni.
- Spettroscopia di fotoemissione (XPS)
- Spettroscopia atomica
- Studio del decadimento di un radioisotopo
Statistical mechanics:
- Boltzmann statistics and applications to ideal gas.
- Bose Einstein statistics: applications to the black body problem: introduction to colorimetry and thermography; principles of laser.
- Fermi-Dirac statistics: evaluation of the specific heat in solids and electron gas.
The corpuscular nature of light.
- The photon
- Photoelectric effect
- Compton effect
The wave nature of matter
- De Broglie’s hypotheses; Heisenberg uncertainty principle
- The electron wavefunction: elements of electron diffraction.
- Tunnel effect; elements of scanning tunneling microscopi (STM).
- Electrons in potential wells.
Elements fo atomic physics
- The Bohr atom
- The hydrogen atom: atomic orbitals; orbital and spin angular momentum.
- Multi electron atoms: elements of the photoemission techniques (ESCA).
- The periodi table.
- The atomic magnetism; Zeeman effect
Characteristics x-ray and ionization radiation/matter interaction.
- Introduction to the Scanning Electron Microscopy (SEM)
- Elements of x-ray fluorescence induced by x-ray (XRF), electrons (EDS) and protons (PIXE).
- Radiography/Tomography
Elements of nuclear physics
- Nuclear structure
- Radioactive decay.
- Neutron diffraction
Experimental activities:
- Vacuum techniques
- X-ray induced photoemission spectroscopy (XPS)
- Atomic spectroscopy
- Analysis of the radioactive decay of a radioisotope.
Testi consigliati e bibliografia
- Oggetto:
- Halliday-Resnick-Krane, Fisica 2, Casa Editrice Ambrosiana, 2002
- M.Alonso, E.J.Finn, Fundamental University Physics, Vol. III, Quantum and Statistical Physics, Addison-Wesley Publishing Company Inc., 12th ed., 1980
- L. Colombo, Elementi di Struttura della materia, Hoepli-Milano, 2002
- Dispense fornite dal docente
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Note
Tipologia Insegnamento
Lezione, laboratorio, esercitazione
Modalità dell'esame
Esame scritto e orale separati. La prova orale riguarderà anche la discussione delle relazioni sulle attività di laboratorio.
Propedeuticità
Fisica Generale 1 con laboratorio
Fisica Generale 2 con laboratorio
Chimica Fisica 2
Frequenza
La frequenza alle lezioni non è obbligatoria. La frequenza ai corsi di laboratorio è obbligatoria e non può essere inferiore al 70% delle ore previste.
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