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

Oggetto:

Anno accademico 2012/2013

Codice dell'attività didattica
MFN0565
Docenti
Prof. Ettore Vittone (Titolare del corso)
Prof. Paolo Olivero (Titolare del corso)
Prof. Stefano Giovanni Spataro (Esercitatore)
Corso di studi
008703 Laurea in Fisica
Anno
3° anno
Tipologia
B=Caratterizzante
Crediti/Valenza
9
SSD dell'attività didattica
FIS/01 - fisica sperimentale
FIS/03 - fisica della materia
Oggetto:

Sommario insegnamento

Oggetto:

Obiettivi formativi

Introduzione alla fisica atomica, molecolare e dello stato solido. 

Presentazione dellla strumentazione e illustrazione delle metodologie e delle tecniche sperimentali necessarie per condurre un esperimento su tematiche di struttura della materia.

Introduction to atomic, molecular and solid state physics.

Presentation of instrumentation and explanation of the methologies and experimental techniques which are necessary for the conduction of an experiment on the structure of matter.

Oggetto:

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 punto necessarie per eseguire misure complesse che richiedono un'elaborazione e un'analisi statistica dei dati raccolti.

Understanding the physical models, being able to perform basic calculations and have a basic understanding the recent scientific literature on phenomena of atomic, molecular and solid state physics.

Learning the employment of advanced instrumentation, perform calibrations and setups which are necessary to perform complex measurements requiring processing and statistical analysis of acquired data.

Oggetto:

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 presso il sito 

http://www.dfs.unito.it/solid/Didattica/Struttura_Materia_Fisica/index-str-mat-fisica-12-13.html

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

Il programma svolto nell'AA 2011-2012 è disponibile al sito

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

Lezioni propedeutiche alle attività di laboratorio:

Le lezioni propedeutiche alle attività di laboratorio sono così organizzate:

  • 3 lezioni (6 ore) su tematiche generali di tecniche e tecnologie nella fisica sperimentale della materia (tecniche lock-in di misura, tecniche di misura della temperatura, tecniche di misura del campo magnetico);
  • 2 lezioni (4 ore) per ognuna delle esperienze di laboratorio; ogni gruppo è tenuto a seguire soltanto le lezioni introduttiva all'esperienza che verrà svolta in laboratorio.

La partecipazione alle lezioni propedeutiche è obbligatoria, pena l'esclusione dalle esperienze di laboratorio.

Esperienze di laboratorio:

Effetto Hall e conducibilità in funzione della temperatura: studio del meccanismo di conduzione in solidi metallici; 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.

Celle a Idrogeno:  studio 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 ottica.

Diffrazione di Raggi X: studio della relazione di Bragg in un cristallo di NaCl, Misura della distanza interatomica per alcuni cristalli.

La partecipazione alle esperienze di llaboratorio è obbligatoria.

Lectures

The course is articulated on 48 hours (corresponding to 6 CFU) of lectures and numerical exercises which will be focused on 4 main topics: physics of multi-electronic atoms, molecular physics, solid state physics and quantum statistics. Before these topics, "summary" lectures are given on basic topics of quantum mechanics and statistics which are essential for the understanding of the topics of the course. The program will be available on the website:

http://www.dfs.unito.it/solid/Didattica/Struttura_Materia_Fisica/index-str-mat-fisica-12-13-UK.html

where, for each lecture, the teacher will report the topic of the lecture, the bibliographic references and numerical exercises.

The program of the AA 2011-2012 is available at the website: 

Introduction to the laboratory experiences:

The introductory lectures will be organized as follows:

  • 3 lectures (6 hours) on general topics of techniques and technologies in experimental matter physics (lock-in techniques, temperature measurement techniques, magnetic field measurement techniques);
  • 2 lectures (4 hours) for each of the laboratory experiences; each group must follow only the lectures relevant to the experience that will be performed in laboratory.

The participation to the introductory lectures is mandatory, or no access will be granted to the laboratory sessions.

Laboratory experiences:

Hall effect and conductivity vs temperature: study of the conduction mechanism in metallic solids; study of the concentration and mobility of charge carriers in semiconductors; study of the variation of charge carriers concentration vs temperature in semiconductors.

Hydrogen cells: study of the operation of a hydrogen cell, both in electrolytic mode for the production of hydrogen and in H-combustion mode for the production of energy.

Photoconductivity: determination of the forbidden gap in a semiconductor from optical absorption and transmissione measurements.

X-ray diffratction: study of Bragg diffraction conditions in a NaCl crystal, measurement of the interatomic distace in several crystals.

The participation to the laboratory experiences is mandatory.

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] 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 powerpoint presentate a lezione

- esempi di problemi risolti,

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

- manuali della strumentazione utilizzata

[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.

On this website, the following material is availanle from the "materiale didattico" link:

- lecture notes,

- copy of powerpoint slides of the lectures

- examples of solved numerical problems

- notes of the laboratory experiences

- manuals of employed instrumentation in the laboratory experiences



Oggetto:

Note

AVVISO: A causa di indisposizione del docente (P. Olivero), la lezione di martedì 22 gennaio (11:00-13:00, aula A: misure con tecniche di lock-in) è stata rimandata a martedì 29 gennaio (9:00-11:00, aula A).

Il corso si svolge nel secondo periodo didattico e comprende:

  • lezioni frontali con esercitazioni in aula per un totale di 48 ore (6 CFU) riguardanti una introduzione alla fisica atomica, molecolare e dello stato solido;
  • lezioni frontali su tecniche sperimentali di fisica dello stato solido (6 ore) e lezioni frontali propedeutiche alle esperienze di laboratorio (4 ore), per un totale di 10 ore (1 CFU);
  • attività  sperimentali in laboratorio, per un totale di 20 ore (2 CFU).

Informazioni relative all'organizzazione delle lezioni e dei turni di laboratorio sono state fornite nella lezione introduttiva del 14/01/2013, le cui slides sono scaricabili dalla sezione "Materiale didattico".

È richiesta l'iscrizione al corso tramite i) registrazione mediante procedura CampusNet e ii) comunicazione al docente delle esperienze di laboratorio (P. Olivero) delle preferenze relative alla composizione dei gruppi di laboratorio ed ai turni di laboratorio.


Modalità d'esame

Il calendario degli appelli è riportato nel sito CampusNet  o sul sito Esse3 di Ateneo.

Appelli straordinari possono essere concessi solo a studenti in procinto di discutere la tesi finale, che non abbiano più alcun corso da seguire e a cui rimanga soltanto un esame da sostenere.

L'esame si articolerà in quattro prove:

Relazioni di laboratorio: le relazioni di gruppo delle esperienze di laboratorio dovranno essere consegnate al docente entro 7 giorni dalla conclusione delle esperienze stesse. Le relazioni verranno valutate dal docente.

Prova Orale (lezioni di laboratorio): saranno ammessi al colloquio gli studenti che avranno riportato una votazione sufficiente della loro relazione di laboratorio. Nell'esame verranno discusse la fisica, la strumentazione utilizzata ed i risultati dei dati analizzati relativi all'esperienza svolta in laboratorio.

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. Lo scritto sostenuto in una sessione d'esame 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.

Prova Orale (lezioni frontali): saranno ammessi al colloquio gli studenti che avranno superato la prova scritta con un punteggio di almeno 18/30. Allo studente verrà  richiesto di discutere quanto riportato nella prova scritta e di rispondere a domande riguardanti argomenti svolti durante il corso. 

La valutazione finale sarà  data dalla media dei punteggi ottenuti nelle 4 prove (valutazione delle relazioni di laboratorio, esame scritto e 2 esami orali).

NOTE: Due to the teacher's (P. Olivero) personal impediments, the lecture of Tuesday 22 January (11:00-13:00, aula A: measurements with lock-in techniques) has been postponed to Tuesday 29 January (9:00-11:00, aula A).

The course takes place during the second teaching period and it includes:

  • lectures with numerical exercises for a total of 48 hours (6 CFU) on the introduction to atomic, molecular and solid state physics;
  • lectures on experimental techniques in solid state physics (6 hours) and introductory lectures to the laboratory experiences (4 hours), for a total of 10 hours (1 CFU);
  • laboratory activities, for a total of 20 hours (2 CFU).

Information on the organization of the lectures and laboratory experiences was given in the introductory lecture of 14/01/2013, whose slides can be downloaded from the "Materiale didattico" section.

Students are requested to enrol to the course by i) registering on the CampusNet procedure and ii) communicating to the teacher of the laboratory experiences (P. Olivero) their preferences with regards to the composition of laboratory groups and laboratory turns.

 

Exams rules

The calendar of exams sessions is shown on the  CampusNet   website or on the Esse3 website.

Extraordinary sessions can be granted to students only if they are close to their thesis disseration, and if they don't have any courses left to follow and only one exam left to undertake.

The exam will be articulated in four parts:

Laboratory reports: the laboratory groups will have to present their group-based laboratory reports to the teacher within 7 days from the conclusion of the laboratory sessions. The reports will be evaluated by the teacher.

Oral exam (laboratory experiences): only students with a sufficient evaluation of their laboratory reports will be admitted to this exam. The exam will be focused on the physics, the instrumentation and the results obtained from the analysis of acquired data, relatively to the laboratory experience performed by the student.

Written exam: the exam will consiste in numerical exercise of atomic physics, quantum statistics and solid state physics; the duration of the exam is 2 hours. Students will not be allowed to carry books or notes; synthetic notes (with fundamental constants, periodic table of elements, several fundamental formulas) will be available to support the students in the exam. The written exam taken in a session is only valid for that session. If two exams are scheduled in a session, a student that took both exams can undertake the oral exam after choosing the highest of the two marks.

Oral exam (lectures): only students with a sufficient (i.e. 18/30) mark from the written exam will be admitted to the oral exam. The exam will be focused on the discussion of the written exam and on topics trated during the course lectures.

The final mark will result from the average of the marks obtained in the 4 above-mentioned exams (evaluation of the laboratory reports, written exam, 2 oral exams).

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Ultimo aggiornamento: 25/06/2013 15:31
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