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Oggetto:
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Metodologie di caratterizzazione dei materiali con laboratorio

Oggetto:

Anno accademico 2012/2013

Codice dell'attività didattica
MFN1266
Docenti
Prof. Ettore Vittone (Titolare del corso)
Prof. Sandro Uccirati (Titolare del corso)
Corso di studi
Scienza e Tecnologia dei Materiali
Anno
2° anno
Periodo didattico
Secondo semestre
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.

Oggetto:

Programma

 

  • Lezione I: Giovedì 14.03.2013 - Docente: Prof. S. Uccirati
    • Introduzione alla meccanica statistica: [1] 10.1
    • L'equilibrio statistico: [1] 10.2
    • La ditribuzione di Maxwell-Boltzmann: [1] 10.3 fino a eq. 10.7
  • Lezione II: Venerdi' 15.3.2013 - Docente: Prof. S. Uccirati
    • La ditribuzione di Maxwell-Boltzmann: [1] 10.3 fino alla fine (pag.440), Esempio 10.1 
    • Significato fisico di α e β : [1] 10.4 fino alla fine (pag. 446)
    • Spettro di corpo nero: [2] 49-1 (senza esempi) 
  • Lezione III: Martedi' 19.3.2013 - Docente: Prof. S. Uccirati
    • Spettro di corpo nero: [2] 49-2,49-3 (senza esempi)
    • Introduzione alle statistiche quantistiche: [1] 13.1
    • La ditribuzione di Bose-Einstein: [1] 13.5, Esempio 13.4
  • Lezione IV: Mercoledi' 30.3.2013 - Docente: Prof. S. Uccirati
    • Densita' degli stati di un gas di fotoni: [4]
    • Spettro di corpo nero come gas di fotoni: [1] 13.6, [4]
  • Lezione V: Venerdi' 22.3.2013 - Docente: Prof. S. Uccirati
    • Breve introduzione sui livelli energetici: [1] 1.7 fino a fig. 1-15
    • Transizioni radiative stimolate, Laser/Maser: [1] Esempi 13.5, 13.6
  • Lezione VI: Martedi' 26.3.2013 - Docente: Prof. S. Uccirati
    • La ditribuzione di Fermi-Dirac: [1] 13.2, Esempio 13.1
  • Lezione VII: Mercoledi' 27.3.2013 - Docente: Prof. S. Uccirati
    • Cenni sulla struttura a bande dei metalli presi da: [1] 6.3 
    • L'ipotesi di de Broglie: [2] 50-2 
    • Densita' degli stati per il gas di elettroni: [4]
    • Il gas di elettroni: [1] 13.3 fino a eq. 13.9 
  • Lezione VIII: Giovedi' 4.4.2013 - Docente: Prof. S. Uccirati
    • Il gas di elettroni: [1] 13.3 da eq. 13.9 alla fine (pag. 524), Esempio 13.2
    • Breve ripasso su interferenza e diffrazione
    • Comportamento ondulatorio delle particelle: [2] 50-1
    • Esperimento di Davisson-Germer e di G.P. Thomson: [2] 50-3
  • Lezione IX: Venerdì 5.4.2013 - Docente: Prof. E. Vittone 
    • Lo spettro di corpo nero [4]; esercizi
    • Introduzione alla colorimetria: la sensazione del colore [4]
  • Lezione X: Lunedì 8.4.2013 - Docente: Prof. E. Vittone 
    • Introduzione alla colorimetria: il diagramma cromatico CIE1931 [4]
  • Lezione XI: Martedì 9.4.2013 - Docente: Prof. E. Vittone 
    • La tecnica termografica;  [4]
    • introduzione all'attività in laboratorio riguardante la verifica della legge di Stefan Boltzman [4]
    • L'effetto fotoelettrico: [2] 49.5-49.6
  • Lezione XII: Mercoledì 10.4.2013 - Docente: Prof. E. Vittone 
    • Effetto fotoelettrico: esercizi
    • Effetto termoionico: [1] 13.4
  • LezioneXIII: Martedi' 16.4.2013 - Docente: Prof. S. Uccirati
    • Esercizi sulla lunghezza d'onda di de Broglie: [2] Esercizi 50.1, 50.3, 50 15
    • Particelle come pacchetti d'onda: [2] 50-4
    • La funzione d'onda: [2] 50-6
  • LezioneXIV: Giovedi' 18.4.2013 - Docente: Prof. S. Uccirati
    • L'effetto tunnel: [2] 50-8, Esempio 12 (pag. 1148), Esercizio 50.43
  • LezioneXV: Venerdi' 19.4.2013 - Docente: Prof. S. Uccirati
    • La teoria di Bohr dell'atomo di idrogeno: [2] 51-1
  • LezioneXVI: Martedi' 23.4.2013 - Docente: Prof. S. Uccirati
    • Atomo di idrogeno nella trattazione di Schrödinger: [2] 51-2
    • Momento angolare e magnetico dell'atomo di idrogeno: [2] 51-3
    • Dipolo magnetico in un campo disuniforme: [2] 51-4 fino a eq. 33
  • LezioneXVII: Giovedi' 2.5.2013 - Docente: Prof. S. Uccirati
    • Esperimento di Stern e Gerlach: [2] 51-4
    • Lo spin dell'elettrone: [2] 51-5
    • I numeri quantici dell'atomo d'idrogeno: [2] 51-6
    • Lo stato fondamentale dell'atomo d'idrogeno: [2] 51-7 (fino a eq. 41)
  • LezioneXVIII: Giovedi' 9.5.2013 - Docente: Prof. E. Vittone 
    • Introduzione alla tecnologia del vuoto: concetti fondamentali e unità di misura [4]
  • LezioneXIX: Venerdi' 10.5.2013 - Docente: Prof. E. Vittone
    • Apparati per la fabbricazione del vuoto (pompe) [4]
    • Strumenti per la misurazione delle basse pressioni (vacuometri) [4]
  • LezioneXX: Martedi' 14.5.2013 - Docente: Prof. S. Uccirati
    • Lo stato fondamentale dell'atomo d'idrogeno: [2] 51-7 (fino alla fine), Esempio 8 (pag. 1175)
    • Il primo stato eccitato dell'atomo d'idrogeno: [2] 51-8
    • Sdoppiamento delle linee spettrali, struttura fine ed effetto Zeeman: [2] 51-9 (fino a pag. 1178)
    • Lo spettro continuio dei raggi X: [2] 52-1 (fino a eq. 1), Esempio 1 (pag. 1187)
  • LezioneXXI: Giovedi' 16.5.2013 - Docente: Prof. S. Uccirati
    • Lo spettro caratteristico dei raggi X: [2] 52-1 (fino alla fine)
    • Classificazione degli elementi di Moseley: [2] 52-2, Esempi 2 e 3 (pag. 1189)
    • Regole per la costruzione degli atomi: [2] 52-3
  • LezioneXXII: Venerdi' 17.5.2013 - Docente: Prof. S. Uccirati
    • Struttura della tavola periodica, configurazioni elettroniche, Energia di ionizzazione, transizioni ottiche: [2] 52-4
    • Esercizi su raggi X e tavola periodica: [2] Esercizi 2, 6 e 23 del cap. 52 (pag. 1204,1205)
  • LezioneXXIII Martedi' 21.5.2013 - Docente: Prof. E. Vittone
    • introduzione alla Fisica Nucleare: [2] 54-1,-2
    • Esercizi [4]
  • LezioneXXIV: Giovedi' 23.5.2013 - Docente: Prof. E. Vittone 
    • Proprietà del nucleo, decadimento radioattivo: [2] 54-3
    • Esercizi [4]
  • LezioneXXV: Venerdi' 24.5.2013 - Docente: Prof. E. Vittone 
    • Decadimento alfa e beta: [2] 54-4,-5
    • la misura delle radiazioni ionizzanti: [2] 54-6
    • Le reazioni nucleari: [2] 54-8
    • La fissione nucleare: [2] 55-2, 55-3, 55-4  

Calendario di occupazione del laboratorio

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 

Elements of nuclear physics

  • Nuclear structure
  • Radioactive decay. 

Experimental activities:

  • Vacuum techniques
  • Optical spectroscopy in transmittance and reflectance
  • Colorimetry
  • x-ray spectroscopy 

 

Testi consigliati e bibliografia

Oggetto:

[1] M.Alonso, E.J.Finn, Fundamental University Physics, Vol. III, Quantum and Statistical Physics, Addison-Wesley Publishing Company Inc., 12th ed., 1980

[2] Halliday-Resnick-Krane, Fisica 2, Casa Editrice Ambrosiana, 2002

[3] L. Colombo, Elementi di Struttura della materia, Hoepli-Milano, 2002

[4] Dispense fornite dal docente e disponibili alla voce "Materiale Didattico"



Oggetto:

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.

Calendario di occupazione del laboratorio

 

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Ultimo aggiornamento: 29/05/2013 16:32