Corso di laurea in Fisica

I corsi del 1o biennio e Meccanica Quantistica I

Questo insegnamento concorre agli obiettivi formativi del corso di laurea in Fisica orientati ad una solida formazione di base in fisica moderna, ed è volto a fornire le conoscenze fondamentali della fisica atomica (atomi a più elettroni), delle molecole semplici, dello stato solido e delle statistiche quantistiche.

L'insegnamento, integrato con la parte di attività laboratoriale (vedi il relativo sito CampusNet), fornirà anche un'introduzione ad alcune metodologie sperimentali adottate nell’ambito di Fisica della Materia, con l’obiettivo di far acquisire confidenza nell'uso della strumentazione, autonomia di lavoro e di consolidare le competenze nell’analisi dei dati sperimentali e nella loro presentazione critica sotto forma di elaborato tecnico.

Conoscenza e capacità di comprensione

• comprensione dei concetti alla base della moderna Fisica della Materia
• 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

Capacità di applicare conoscenza e comprensione

• capacità di comprendere e padroneggiare i modelli fisici fondamentali per l'interpretazione dei fenomeni su scala atomica, molecolare o riguardanti la fisica dello stato solido e le statistiche quantistiche
• capacità di valutare gli ordini di grandezza, di svolgere calcoli elementari e di risolvere semplici problemi riguardanti la struttura della materia

L'insegnamento si articola su 48 h (corrispondenti a 6 CFU) di lezioni ed esercitazioni

• Fisica Atomica
  • Atomo di idrogeno
  • Atomo di elio
  • Atomi multielettronici
  • Sistema periodico degli elementi
• Fisica Molecolare
  • Approssimazione di Born-Oppenheimer
  • Metodo LCAO
  • Molecola H₂⁺
  • Molecole biatomiche omonucleari
  • Molecole biatomiche eteronucleari 
• Statistiche quantistiche
  • Statistica di Fermi Dirac
  • Statistica di Bose-Einstein
    • Radiazione di corpo nero
    • Transizioni spontanee e stimolate
    • Laser
• Fisica dello Stato Solido
  • Struttura Cristallina
  • Diffrazione dei raggi x
  • Vibrazioni reticolari
  • Concetto di fonone
  • Capacità termica dei solidi
  • Gas di Fermi
  • Conduzione elettrica nei solidi
    • Modello di Drude
    • Modello quantistico
  • Introduzione alla teoria delle bande
    • Modello di Kronig Penney
    • Metalli, isolanti, semiconduttori

Il programma dettagliato è riportato nella pagina e-learning/moodle dell'insegnamento.

Nota: il programma delle attività laboratoriali è riportato nella relativa pagina CampusNet.

Tutta l'attività didattica si svolgerà in presenza.

Lezioni frontali

L'insegnamento si articola su 48 h (corrispondenti a 6 CFU) di lezioni ed esercitazioni che verteranno su 4 temi portanti: fisica atomica, fisica molecolare, fisica dello stato solido e statistiche quantistiche.

La frequenza alle lezioni frontali è facoltativa.

Attività laboratoriali

Le modalità di insegnamento riguardanti le attività laboratoriali sono disponibili alla pagina CAMPUSNET dedicata: 

https://fisica.campusnet.unito.it/do/corsi.pl/Show?_id=rrwc

La frequenza al modulo di laboratorio (incluse le lezioni propedeutiche generali e quelle introduttive alle esperienza, pena l'esclusione dalle sessioni di laboratorio) è obbligatoria.

Le prove di verifica si svolgeranno in presenza.

La verifica dell'apprendimento si svolgerà secondo le seguenti modalità:

• la valutazione delle attività svolte in laboratorio, volta a verificare la capacità 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

• valutazione delle relazioni di gruppo delle esperienze di laboratorio, che dovranno essere consegnate al docente entro 10 giorni dalla conclusione delle esperienze stesse. Le relazioni verranno valutate dal docente.
• prova orale: per essere ammessi al colloquio è necessario aver riportato una votazione sufficiente della loro relazione di laboratorio. Nell'esame verranno discussi
  1. li principi fisici, la strumentazione utilizzata ed i risultati dei dati analizzati relativi all'esperienza svolta in laboratorio;
  2. le tematiche trattate nelle lezioni propedeutiche e introduttive.

Criteri di valutazione: 

1. rigore metodologico nell'esecuzione delle misurazioni;
2. uso di una corretta notazione scientifica;
3. uso di una corretta ed esaustiva descrizione dell'esecuzione dell'esperienza.

Importante: la frequenza alle attività laboratoriali 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.

• una prova scritta riguardante esercizi di Fisica atomica e dello stato solido, volta a verificare la capacità di applicare correttamente i modelli fisici fondamentali per l'interpretazione dei fenomeni su scala atomica, padroneggiare gli ordini di grandezza delle osservabili fisiche, svolgere calcoli elementari per risolvere problemi di fisica atomica e dello stato solido. La prova scritta (vedi ultima prova scritta) consiste in esercizi riguardanti problemi di fisica atomica, statistiche quantistiche e fisica dello stato solido; durata della prova scritta: 2 ore. Non sarà consentito portare alla prova scritta libri o appunti; saranno disponibili dati essenziali (e.g. costanti fondamentali, tabella periodica degli elementi ed alcune formule fondamentali) per poter svolgere gli esercizi. La valutazione della prova scritta sostenuta in una sessione d'esame vale per tutta la sessione e solo per quella. Se la prova scritta è sostenuta in più appelli, verrà considerato sempre l'ultimo voto  conseguito.

Criteri di valutazione:

1. chiarezza nella derivazione delle espressioni risolutive gli esercizi;
2. correttezza dei calcoli numerici;
3. correttezza delle analisi dimensionali e nell'uso delle unità di misura.

• prova orale riguardante gli argomenti trattati nelle lezioni frontali, volta a verificare la conoscenza dei modelli fisici fondamentali riguardanti le statistiche quantistiche, la struttura degli atomi e delle molecole, la fisica dello stato solido. Per essere ammessi al colloquio è necessario aver superato la prova scritta con un punteggio di almeno 18/30. Verrà richiesto di discutere quanto riportato nella prova scritta e di rispondere a domande riguardanti argomenti svolti durante l'insegnamento. Il voto della prova scritta mantiene la sua validità per tutta la sessione d'esame. Se la prova orale risulta insufficiente, si annulla il voto della prova scritta.

Criteri di valutazione:

1. chiarezza nella esposizione dei modelli fisici;
2. accuratezza e rigore nella derivazione di tali modelli.

La valutazione finale sarà data dalla media dei punteggi ottenuti nelle 3 prove suddette (valutazione delle attività svolte in laboratorio, esame scritto ed esame orale). 

I docenti sono disponibili previo appuntamento, per dare qualsiasi supporto didattico.

Calendario delle sessioni di tutorato

[2] Luciano Colombo, "Elementi di struttura della materia", 2002, Hoepli Milano, ISBN 9788820330804

[3] Charles Kittel, "Introduction to Solid State Physics", 1996, John Wiley & Sons, ISBN 9780471680574

[4] R. P. Feynman, R.B.Leighton, M. Sands, La Fisica di Feynman, vol. 3, Meccanica Quantistica, 2007, ISBN 9788808042996

[5] The International System of Units (SI), a cura di "Bureau International des Poids et Measures".

[6] CODATA Internationally recommended values of the Fundamental Physical Constants from NIST.

[7]   D. Halliday, R.Resnik, K.S. Krane, Fisica 2, IV edizione,Casa Editrice Ambrosiana, Milano 1994, ISBN 9788840812793

[8]  Peter William Atkins, Julio de Paula, Chimica fisica, Zanichelli. 2012, ISBN: 9788808261380

Inoltre, sono disponibili presso la piattaforma Moodle:

- note in appoggio agli argomenti trattati a lezione,

- copia delle diapositive powerpoint presentate a lezione

- esempi di problemi risolti,

- dispense dei docenti con la fisica e la spiegazione delle esperienze

- manuali della strumentazione utilizzata

È richiesta l'iscrizione all'insegnamento tramite

• registrazione mediante procedura CampusNet
• comunicazione ai docenti delle esperienze di laboratorio delle preferenze relative alla composizione dei gruppi di laboratorio ed ai turni di laboratorio.

Nei casi di DSA o altra disabilità sono previste modalità di supporto e di accoglienza di Ateneo, ed in particolare sono dettagliate le procedure necessarie per il supporto in sede d’esame.