- Oggetto:
- Oggetto:
Struttura della materia con laboratorio (Laboratorio)
- Oggetto:
Atomic and solid state physics with Laboratory experiments (Lab)
- Oggetto:
Anno accademico 2021/2022
- Codice dell'attività didattica
- MFN1319
- Docenti
- Prof. Jacopo Forneris (Titolare del corso)
Dott. Federico Picollo (Titolare del corso) - Corso di studi
- 008703 Laurea in Fisica
- Anno
- 3° anno
- Periodo didattico
- Secondo semestre
- Tipologia
- B=Caratterizzante
- Crediti/Valenza
- 3
- SSD dell'attività didattica
- FIS/03 - fisica della materia
- Modalità di erogazione
- Mista
- Lingua di insegnamento
- Italiano
- Modalità di frequenza
- Obbligatoria
- Tipologia d'esame
- Scritto ed orale
- Prerequisiti
-
I corsi del 1o biennio e Meccanica Quantistica I
The courses of the first two years and Quantum Mechanics I
- Oggetto:
Sommario insegnamento
- Oggetto:
Obiettivi formativi
Il modulo di laboratorio del corso ha l’obiettivo di consentire agli studenti di acquisire confidenza ed autonomia di lavoro nell’uso delle principali tecniche sperimentali della moderna Fisica della Materia.
Il corso consentirà di consolidare le competenze nell’utilizzo di metodi per la trattazione, l’analisi e la presentazione dei dati sperimentali e la loro presentazione critica sotto forma di elaborato tecnico.
EMERGENZA SANITARIA: Obiettivi formativi invariati.The course aims at increasing the confidence and independence of the studence in laboratory activities through the utilization of the main experimental techniques adopted in modern Condensed Matter Physics.
The laboratory experiences will enable to consolidate the students skills in the utilization of methods needed to collect, handle and analyze the experimental data, together with their critical discuss in the form of a technical report. SANITARY EMERGENCY: The objectives of the course are unchanged.- Oggetto:
Risultati dell'apprendimento attesi
Conoscenza e capacità di comprensione
- comprensione dei concetti alla base della moderna Fisica della materia e acquisizione dei modelli fisici che permettono una adeguata modellizzazione delle statistiche quantistiche ed una interpretazione dei fenomeni di fisica atomica, molecolare e dello stato solido
- comprensione delle modalita' di funzionamento di strumentazione di laboratorio e delle relative tecniche sperimentali per lo studio della struttura della materia
- comprensione della trattazione statistica dei dati sperimentali per la realizzazione di una corretta misura delle osservabili fisiche
Capacità di applicare conoscenza e comprensione
- capacita' di comprendere e padroneggiare i modelli fisici fondamentali per la modellizzazione delle statistiche quantistiche e per l'interpretazione dei fenomeni su scala atomica, 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
- capacita' di effettuare misure di laboratorio con l'utilizzo di strumentazione moderna seguendo un adeguato protocollo sperimentale
- capacita' di interpretare i dati sperimentali attraverso una corretta trattazione statistica
- capacità di redigere un resoconto scientifico in modo chiaro utilizzando una notazione scientifica corretta
EMERGENZA SANITARIA: Risultati dell'apprendimento invariati.Knowledge and understanding
- understanding the basic concepts of modern Matter Physics and acquisition of the physical models for an effective modeling of quantum statistics as well as for a comprehensive interpretation of phenomena in amotic physics, molecular physics and solid state physics
- understanding of the functionalities of laboratory equipment and of relevant experimental techniques in Matter Physics
- understanding the proper statistical manipulation and interpretation of experimental data for the implementation of rigorous physical measurements
Applying knowledge and understanding
- ability to understand and manage fundamental physical models to model quantum statistics and to interpret atomic, molecular or solid state phenomena
- ability to evaluate the order of magnitude of the physical observables, to perform basic calculations and to solve simple problems relevant to the structure of matter
- ability to take experimental measurements, using modern instrumentation and adopting a suitable experimental protocol
- ability to interpret the experimental data using a correct statistical data analysis
- ability to write a clear scientific report, using correct scientific terminology
SANITARY EMERGENCY: The expected learning results of the course are unchanged.- Oggetto:
Modalità di insegnamento
Il modulo di laboratorio si articola in 30 ore, così strutturate:
- 3 lezioni in aula (6 ore) propedeutiche su tematiche generali di tecniche e metodologie nella fisica sperimentale della materia;
- 4 lezioni in aula (8 ore) introduttive alle esperienze di laboratorio; ogni gruppo è tenuto a seguire le lezioni introduttive di due esperienze, che nello specifico avranno i seguenti accoppiamenti: [Effetto Hall + Fotoconducibilità] e [Diffrazione di Raggi X + Effetto Zeeman];
- 4 lezioni in laboratorio (16 ore), in cui ogni gruppo svolgerà una specifica esperienza tra le quattro indicate nel programma.
La frequenza al modulo di laboratorio (incluse le lezioni propedeutiche generali e quelle introduttive alle esperienze, pena l'esclusione dalle sessioni di laboratorio) è obbligatoria.
EMERGENZA SANITARIA: Nel perdurare della emergenza sanitaria, verrà garantita l'erogazione di tutte le lezioni frontali in modalità telematica sincrona, ovvero seguendo una ben definita calendarizzazione delle lezioni stesse nel periodo didattico. Tali video-lezioni potranno consistere in registrazioni di lezioni in presenza oppure in video-registrazioni prodotte dai docenti in separata sede. In ogni caso, le video-registrazioni saranno successivamente disponibili per lo scaricamento dalla pagina e-learning/moodle del corso. Per quanto riguarda il modulo di laboratorio del corso, verrà garantita l'erogazione della didattica laboratoriale in presenza compatibilmente con le normative vigenti, ovvero in termini di numero massimo di frequentatori simultanei del laboratorio. Eventuali rimodulazioni della calendarizzazione delle sessioni laboratoriali saranno valutate dai docenti sulla base dei vincoli che saranno imposti all'accessibilità dei laboratori.
The laboratory module is divided into 30 hours, structured as follows:
- 3 lectures (6 hours) on topics related to techniques and methodologies in experimental matter physics;
- 4 lectures (8 hours) introductory to the laboratory experiences; each group is required to follow the introductory lessons of two experiences, having the following couplings: [Hall Effect + Photoconductivity] and [X-Ray Diffraction + Zeeman Effect];
- 4 laboratory sessions (16 hours), in which each group will carry out a specific experience among the four indicated in the program.
Attendance to the laboratory module (including general preparatory lessons and introductory lessons to the experiences, under penalty of exclusion from the laboratory sessions) is mandatory.
SANITARY EMERGENCY: In concurrence with the sanitary emergency, all lectures will be given online in synchronous mode, i.e. by following the planned timetable of the lectures during the teaching period. The video-lectures will consist of live recordings of the lectures given to the students, or alternatively of recordings of lectures given remotely by the teachers. In both cases, the recordings will be downloadable from the e-learning/moodel webpage of the course. As for the laboratory part of the course, the laboratory sessions in physical presence will be guaranteed, compatibly with the concurrent rules of access to the institute, particularly with regards to the maximum number of students allowed at the same time in the laboratories. Possible modifications to the laboratory sessions timetable will be evaluated by the teachers on the basis of the above-mentioned rules of access.
- Oggetto:
Modalità di verifica dell'apprendimento
La valutazione delle attività svolte in laboratorio è volta a verificare la capacità dello studente ad utilizzare, con procedure appropriate, la strumentazione, di analizzare adeguatamente i dati sperimentali, e la capacità di esporre le tecniche sperimentali ed i modelli interpretativi delle attività svolte in laboratorio.
La valutazione si articola in
- Relazioni tecniche di laboratorio, valutate collettivamente per l’intero gruppo, da consegnare entro due settimane dal termine delle esperienze di laboratorio. Le relazioni verranno valutate dai docenti utilizzando una griglia di valutazione disponibile sulla pagina Moodle del corso.
- Peer-review: il gruppo dovrà produrre un documento di valutazione per una relazione tecnica, fornita dai docenti, relativa all’esperienza di laboratorio complementare a quella svolta (es. il gruppo che svolge l’esperienza di Diffrazione con Raggi X revisionerà una relazione relativa a Effetto Zeeman). Gli studenti utilizzeranno la medesima griglia utilizzata dai docenti per la valutazione degli elaborati tecnici. Il documento dovrà essere prodotto entro due settimane dal termine delle esperienze di laboratorio.
- Prova orale : saranno ammessi al colloquio gli studenti i cui gruppi avranno consegnato i propri elaborati (se valutati sufficienti) entro le scadenze prefissate. Eventuali ritardi nella consegna degli elaborati comporteranno una penalizzazione nella loro valutazione. Nell'esame verranno discussi i) la fisica, la strumentazione utilizzata ed i risultati dei dati analizzati relativi all'esperienza svolta in laboratorio; ii) le tematiche trattate nelle lezioni propedeutiche e introduttive.
Assegnazione del voto per il modulo di laboratorio: al voto della prova orale espresso in trentesimi verranno sommati ±2 punti attribuiti dalla valutazione della relazione e ±1 punti dalla valutazione della peer-review
Importante: la frequenza alle lezioni di laboratorio ha una validità di 2 anni, dopo di che se non si è sostenuto l'esame di laboratorio è necessario svolgere nuovamente il laboratorio (su un'altra esperienza) e produrre una nuova relazione.
Viceversa, il superamento dell’esame di laboratorio ha durata illimitata anche qualora non venga sostenuto l’esame relativo alla parte frontale del modulo.La valutazione finale sarà data dalla media dei punteggi ottenuti nel modulo di laboratorio e il modulo teorico.
EMERGENZA SANITARIA:
Gli studenti che si trovano nelle seguenti condizioni:
1. fragilità
2. residenza o domicilio fuori regione;
3. assenza temporanea dal territorio regionale per esigenze documentabili
4. presentino delle fragilità di salute o ricadano in una delle condizioni per
cui si è impossibilitati a uscire di casa per quarantena obbligatoria o
cautelativaPossono chiedere di poter sostenere l'esame in modalità a distanza, compilando questo modulo ed inviandolo ai docenti. le modalità d'esame sono descritte qui sotto.
The evaluation of the the experimental activities carried out in the laboratory, aimed to verify the ability of the student to properly use experimental protocols and the laboratory instrumentation and to perform a suitable data analysis.
The evaluation is divided into
- evalutation of the report, assessed collectively for the entire group, to be delivered within two weeks of the end of the laboratory experiences. The reports will be evaluated by the teachers using an evaluation grid available on the Moodle page of the course.
- Peer-review: the group will have to produce an evaluation document for a report, provided by the teachers, relating to the laboratory experience complementary to that carried out (e.g. the group that carries out the experience of X-ray Diffraction will review a report on Zeeman effect). Students will use the same grid used by teachers for the evaluation of the reports. The document must be produced within two weeks from the end of the laboratory experiences.
- Oral exam: students whose groups have submitted their report (if evaluated as sufficient) within the set deadlines will be admitted to the interview. Any delays in the delivery of the documents will result in a penalty in their evaluation. The examination will discuss i) the physics, the instrumentation used and the results of the analyzed data relating to the experience carried out in the laboratory; ii) the topics covered in the introductory and introductory lessons.
Assignment of the mark for the laboratory module: ± 2 points awarded by the evaluation of the report and ± 1 points by the evaluation of the peer-review will be added to the mark of the oral exam
Important: attendance at laboratory lessons is valid for 2 years, after which if you have not taken the laboratory exam you will need to carry out the laboratory again (on another experience) and produce a new report. Conversely, passing the laboratory exam has an unlimited duration even if the exam relating to the front of the module is not taken.
The final evaluation will be given by the average of the scores obtained in the laboratory module and the theoretical module.
SANITARY EMERGENCY: Such procedures will be subject to possible variations, on the basis of future dispositions of the University of Torino and/or of the Physics Degree council.
- Oggetto:
Programma
Le 3 lezioni propedeutiche alle attività di laboratorio verteranno sulle seguenti tematiche:
- Introduzione alle proprietà dei semiconduttori;
- tecniche e metodologie di termometria;
- tecniche e metodologie di misura di magnetometria.
Le 4 lezioni introduttive saranno incentrate sulle rispettive esperienze di laboratorio:
- Effetto Hall: studio della concentrazione e della mobilità dei portatori di carica in un semiconduttore; studio della variazione della concentrazione dei portatori di carica in funzione della temperatura nei semiconduttori.
- Fotoconducibilità: determinazione della gap di un semiconduttore da misure di assorbimento e transmittanza ottica e tecnica di amplificazione lock-in.
- Diffrazione di Raggi X: studio della relazione di Bragg in un cristallo di NaCl, Misura della distanza interatomica per alcuni cristalli.
- Effetto Zeeman: misura dell'effetto Zeeman sulle righe spettrali del cesio e determinazione del magnetone di Bohr
The 3 preparatory lessons for the laboratory activities will focus on the following topics:
- Introduction to the properties of semiconductors;
- Techniques and methodologies of thermometry measurement;
- Techniques and methodologies of magnetometry measurement.
The 4 introductory lessons will be focused on the respective laboratory experiences:
- Hall effect: study of the concentration and mobility of carriers in a semiconductor; study of the variation of the carrier concentration at different temperatures
- Photoconductivity: determination of the band gap of a semiconductor through optical absorption and transmission measurements and lock-in amplification technique.
- X-ray diffraction: study of the Bragg relationship in a NaCl crystal; Measurement of the interatomic distance for some crystals.
- Zeeman effect: measurement of the Zeeman effect on the spectral lines of cesium and determination of the Bohr magneton.
Testi consigliati e bibliografia
- Oggetto:
-
- Oggetto:
Note
È richiesta l'iscrizione al corso tramit registrazione mediante procedura CampusNet
EMERGENZA SANITARIA: Nel perdurare della emergenza sanitaria, l'organizzazione delle lezioni frontali e di laboratorio sarà modificata come dettagliato nella sezione "Modalità di insegnamento". Le modalità di iscrizione al corso restano invariate.Students are requested to enrol to the course by registering on the CampusNet procedure
SANITARY EMERGENCY: In concurrence with the sanitary emergency, online teaching and of laboratory activities will be re-organized as described in the "Modalità di insegnamento" section. The course enrolment procedures are unchanged.- Oggetto:
