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Oggetto:
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Struttura della materia con laboratorio (corso A)

Oggetto:

Atomic and solid state physics with Laboratory experiments

Oggetto:

Anno accademico 2021/2022

Codice dell'attività didattica
MFN1319
Docente
Prof. Paolo Olivero (Titolare del corso)
Corso di studi
008703 Laurea in Fisica
Anno
3° anno
Periodo didattico
Secondo semestre
Tipologia
B=Caratterizzante
Crediti/Valenza
9
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

Propedeutico a

Introduzione alle Nanoscienze


Introduction to nanosciences
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Sommario insegnamento

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Obiettivi formativi

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 agli studenti 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.

In compliance with the educational objectives of the degree course in Physics oriented to a solid basic training in modern physics and is aimed to provide an introduction to quantum statistics as well as to modern atomic, molecular and solid state physics. 

The course, integrated with the laboratory part (see the CampusNet webpage), will provide an introduction to some experimental methodologies, with the objective to give students basic knowledge in the use of the instrumentation, autonomy of work and to strengthen skills in data analysis and in the preparation of technical reports on the conduction of experiments on the structure of the matter field.

 

Oggetto:

Risultati dell'apprendimento attesi

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


Knowledge and understanding

  • knowledge of the basic concepts of modern Matter Physics
  • understanding of the physical models for a comprehensive interpretation of phenomena in atomic physics, molecular physics and solid state physics and for the application of the quantum statistics

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
Oggetto:

Modalità di insegnamento

L'insegnamento 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.

La frequenza alle lezioni è facoltativa.

Seguendo le linee guida dell'Ateneo, l’insegnamento è erogato in presenza (in aula, se possibile, o in altra sede), in diretta streaming e la lezione viene registrata e sarà resa disponibile sulla piattaforma Moodle.

Sono previsti ulteriori momenti di didattica integrativa per gli/le studenti/studentesse (collegiali, a piccoli gruppi o individuali) online o, dove possibile, in presenza con chi può e online con chi segue la didattica a distanza.

Nota:le modalità di insegnamento riguardanti le attività laboratoriali sono disponibili alla relativa pagina CampusNet.

The course is organized 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.

Attendance at the frontal lectures is not mandatory.

Following the guidelines of the University, classroom lectures will be in live streaming through the e-learning platform of the University and the video records will be available at the Moodle platform.

Meetings or other teaching activities will be organized in presence or online.

Note: the teaching organization of the laboratory activities are given in the relevant CampusNet webpage.

Oggetto:

Modalità di verifica dell'apprendimento

La verifica dell'apprendimento si svolgerà secondo le seguenti modalità

  • una prova scritta riguardante esercizi di Fisica atomica e dello stato solido, volta a verificare la capacità dello studente  ad 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. 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 si presenterà alla prova orale con l'ultima valutazione ottenuta.
  • 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. 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 2 voti ottenuti nelle prove suddette e del voto ottenuto nella parte laboratoriale del corso, le cui modalità sono descritte nella relativa pagina CampusNet.

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 percui si è impossibilitati a uscire di casa per quarantena obbligatoria o cautelativa

possono chiedere di poter sostenere l'esame in modalità a distanza, compilando questo modulo ed inviandolo ai docenti.

The exam is organized as follows:

  • a written exam regarding numerical exercises of atomic physics and solid state physics, aimed to verify the ability of the student to properly apply the fundamental physical models for the physical phenomena at the atomic scale, to master the order of magnitude of the physical observables and to solve problems relevant to material properties. 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 with the last mark.
  • an oral exam relevant to topics trated during the course lectures, aimed to verify the knowledge of the fundamental physical models relevant to the atom and molecular physics, statistical physics and solid state physics.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 2 marks obtained in the above-mentioned exams and the mark relevant to the laboratory part of the course, whose exam is described in the relevant CampusNet webpage.

SANITARY EMERGENCY: These 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.

 

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Attività di supporto

Al termine del corso saranno organizzate esercitazioni in aula per rafforzare l'abilità a risolvere gli esercizi che verranno proposti nella prova scritta.

Le esercitazioni proposte sono disponibili alla voce "Materiale Didattico, Esercizi"

At the end of the course, numerical exercises will performed to strengthen exercise solving skills, in view of the written exam.

The exercises are available in the "Materiale Didattico, Esercizi" section

 

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Programma

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 a questo link della pagina e-learning del corso relativa all'anno accademico 2020-21.

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

 

The course consists of 48 hours (corresponding to 6 CFU) of lectures and numerical exercises 

  • Atom Physics:
    • Hydrogen atom 
    • Helium atom 
    • Multi electron atoms
    • Periodic system of elements
  • Molecular physics:
    • Born-Oppenheimer approximation
    • LCAO method
    • H2+ molecule
    • Bi-atomic omonuclear molecules 
    • Bi-atomic heteronuclear molecules 
  • Quantum statistics
    • Fermi-Dirac statistics
    • Bose-Einstein statistics 
      • Black body radiation 
      • Spontaneous and stimulated transitions
      • Laser
  • Solid state physics
    • Crystalline structure 
    • x-ray diffraction
    • Lattice vibrations 
    • Phonons
    • Specific heat of solids
    • Fermi gas
    • Electrical conduction in solids
      • Drude model 
      • Quantum model 
    • Introduction to band theory
      • The Kronig Penney model
      • Metals, insulators, semiconductors

The detailed program is available at this link of the e-learning page of the course for the 2020-2021 academic year.

Note: the program of the laboratory activities is described in the relevant CampusNet webpage.

Testi consigliati e bibliografia

Oggetto:

[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. HallydayR.Resnik, K.S. KraneFisica 2, IV edizione,Casa Editrice Ambrosiana, Milano 1994.

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

Inoltre, sulla pagina moodle/e-learning del corso sono disponibili:

- 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

[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. HallydayR.Resnik, K.S. KraneFisica 2, IV edizione,Casa Editrice Ambrosiana, Milano 1994.

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

On e-learning/moodle page of the course, the following material is available:

- 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

 



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Note

È richiesta l'iscrizione al corso 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.

Students are requested to enrol to the course by

  • registering on the CampusNet procedure
  • communicating to the teacher of the laboratory experiences their preferences with regards to the composition of laboratory groups and laboratory turns.
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Ultimo aggiornamento: 31/03/2022 15:29
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