Corso di laurea in Fisica

Struttura della materia con laboratorio -- Atomic and solid state physics with Laboratory experiments

Anno accademico 2011/2012

Sommario insegnamento

• Obiettivi formativi
• Risultati dell'apprendimento attesi
• Programma
• Testi consigliati e bibliografia
• Note
• Moduli didattici
• Strumenti didattici

Obiettivi formativi

Introduzione alla fisica atomica, molecolare e dello stato solido. 

Presentare la strumentazione e illustrare la metodologia e le tecniche sperimentali necessarie per condurre un esperimento su tematiche di struttura della materia.

Risultati dell'apprendimento attesi

Comprendere i modelli fisici, saper eseguire calcoli di base e riuscire a capire, a livello base, la letteratura scientifica recente sui fenomeni di fisica atomica, molecolare e dello stato solido

Apprendere l'uso di strumentazione ad avanzata tecnologia, effettuare tarature e messa a puntonecessarie per eseguire misure complesse che richiedono un'elaborazione e un'analisi statistica dei dati raccolti.

Programma

Lezioni in aula

Il corso si articola su 48 h (corrispondenti a 6 CFU) di lezioni ed esercitazioni che verteranno su 4 temi portanti: fisica degli atomi a molti elettroni, fisica molecolare, fisica dello stato solido e statistiche quantistiche. Alla presentazione dei 4 temi vengono premessi dei "richiami" riguardanti principalmente argomenti di meccanica quantistica e statistica essenziali per la comprensione degli argomenti del corso. Il programma dettagliato sarà disponibile entro il 12.01.2012 presso il sito 

http://www.dfs.unito.it/solid/Didattica/Struttura_Materia_Fisica/index-str-mat-fisica-11-12.html

dove, per ogni lezione, verranno indicati l'argomento trattato, i riferimenti bibliografici e gli eventuali esercizi svolti.

Lezioni propedeutiche alle attività in laboratorio:

Richiami su Effetto Hall, giunzioni n-p, Fotoconducibilità, Diffrazione Raggi X, Termoelettricità. Richiami di analisi dati.

Esperienze su:

Effetto Hall : studio e verifica del meccanismo di conduzione in solidi metallici; studio della concentrazione e della mobilità dei portatori di carica in un semiconduttore

Conducibilità in funzione della temperatura: studio della variazione della concentrazione dei portatori di carica in funzione della temperatura nei semiconduttori

Celle a Idrogeno:  studio e verifica del funzionamento di una cella in modalità elettrolitica per la produzione di idrogeno e  in modalità combustibile (usando idrogeno) per la produzione di energia. 

Fotoconducibilità: determinazione della gap di un semiconduttore da misure di assorbimento e transmittanza

Diffrazione di Raggi X: Relazione di Bragg con un cristallo di NaCl. Misura della distanza interatomica per alcuni cristalli.

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

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

[3] C. Kittel, Introduction to solid state physics, John Wiley& Sons, 7th ed., 1996 

[4] R. P. Feynman, R.B.Leighton, M. Sands, La fisica di Feynman, vol. 3, Meccanica Quantistica, Zanichelli, 2007. 

[5] Il linguaggio delle misure a cura di INRIM.

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

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

Inoltre, sono disponibili presso questo sito alla voce "materiale didattico":

- note in appoggio agli argomenti trattati a lezione,

- copia delle diapositive power point presentate a lezione

- esempi di problemi risolti,

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

- manuali della strumentazione utilizzata

Note

Il corso si svolge nel secondo periodo didattico e comprende

• lezioni frontali con esercitazioni in aula (per un totale di 6 CFU) riguardanti una introduzione alla fisica atomica/molecolare e dello stato solido.
• lezioni frontali propedeutiche alle esperienze da effettuarsi in laboratorio (per un totale di 1 CFU).
• attività sperimentale in laboratorio  (per un totale di 2 CFU).

Informazioni relative all'organizzazione delle lezioni e dei turni di laboratorio saranno disponibili entro il 12.01.2012.

E' richiesta l'iscrizione al corso tramite procedura campusnet 

MODALITA' D'ESAME

Il calendario degli appelli è riportato nel sito campusnet  o sul sito UniTo.

Appelli straordinari possono essere concessi solo a studenti in procinto di discutere la tesi finale e che non abbiano più alcun corso da seguire.

Per il modulo del corso svolto durante le lezioni frontali:

Prova Scritta: consiste in esercizi riguardanti problemi di fisica atomica e statistiche quantistiche; 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 Lo scritto sostenuto in uno qualsiasi dei due appelli vale per tutta la sessione e solo per quella. Nel caso ci siano due appelli nella stessa sessione  lo studente che superi entrambi gli scritti della sessione può presentarsi all'orale scegliendo la valutazione più favorevole. Punteggio Massimo: 11/30

Prova Orale: Saranno ammessi al colloquio gli studenti che avranno superato la prova scritta con un punteggio di almeno 6/30. Allo studente verrà richiesto di discutere e giustificare quanto riportato nello scritto e di rispondere a domande riguardanti  argomenti svolti durante il corso.  Punteggio Massimo: 11/30

Per il modulo del corso svolto riguardante l’attività di laboratorio:

Durante le prove pratiche in laboratorio i docenti e i tutor illustrano e discutono le varie fasi delle esperienze. I docenti in seguito discutono con gli studenti l'elaborazione e l'analisi dati che viene fatta sulle esperienze svolte. In questo modo si controlla che tutti gli studenti comprendano bene lo scopo delle esperienze e le tecniche di misura e di analisi utilizzate -Una prova scritta, che consiste in una relazione di alcune pagine sulle esperienze svolte in laboratorio, che viene preparata contestualmente con la raccolta e l'analisi dei dati -Una prova orale (durata media 30') in cui si discutono la fisica, la strumentazione utilizzata e i risultati dei dati analizzati relativi alle esperienze svolte in laboratorio. Punteggio Massimo: 11/30

La valutazione finale sarà data dalla somma dei punteggi ottenuti nelle tre prove, in ognuna delle quali dovrà essere riportato un punteggio di almeno 6/30.

Moduli didattici

• Laboratorio di struttura della materia (MFN?)
• Struttura della materia (MFN??)

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