- Oggetto:
- Oggetto:
Struttura della materia con laboratorio (corso B)
- Oggetto:
Atomic and solid state physics with Laboratory experiments
- Oggetto:
Anno accademico 2022/2023
- Codice dell'attività didattica
- MFN1319
- Docente
- Ettore Vittone (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
- Tradizionale
- Lingua di insegnamento
- Italiano
- Modalità di frequenza
- Facoltativa
- Tipologia d'esame
- Scritto ed orale
- Prerequisiti
-
Gli insegnamenti 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 - Oggetto:
Sommario insegnamento
- Oggetto:
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 alle/gli studentesse/i 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 web page), 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 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
- Per la parte relativa alle lezioni frontali:
- conoscenza dei concetti alla base della moderna Fisica della materia e capacità di comprensione dei modelli fisici per una adeguata interpretazione dei fenomeni di fisica atomica, molecolare e dello stato solido ed applicazione delle statistiche quantistiche.
- Per la parte relativa alla attività laboratoriale (vedi il relativo sito CAMPUSNET):
- 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
- Per la parte relativa alle lezioni frontali:
- capacita' 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
- Per la parte relativa alla attività laboratoriale:
- 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
Knowledge and understanding
- as regards the lectures:
- knowledge of the basic concepts of modern Matter Physics and 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
- As regards the laboratory activities (vedi il relativo sito CAMPUSNET):
- 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
- As regards the lectures:
- ability to understand and master the fundamental physical models to interpret phenomena at the atomic or molecular scale or regarding the solid state physics or quantum statistics
- 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
- As regards the laboratory activities (see the CAMPUSNET web page):
- ability to make measurements, using modern instrumentation and adopting a suitable experimental protocols
- ability to interpret the experimental data using a correct statistical data analysis
- ability to write a clear scientific report, using correct scientific terminology
- Per la parte relativa alle lezioni frontali:
- Oggetto:
Modalità di insegnamento
Tutta l'attività didattica si svolgerà in presenza, salvo nuove disposizioni rettorali, secondo quanto riportato nel sito dell'ateneo alla voce "Disposizioni per chi studia e lavora in UniTo".
Lezioni frontali
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 frontali è facoltativa.
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 .
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.
All teaching activities will be conducted in presence, in agreement with the provisions of the University on the website "Disposizioni per chi studia e lavora in UniTo".
Lectures:
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.
Meetings or other teaching activities will be organized in presence or online.
Laboratory activities
The teaching organization of the laboratory activities is given in the CAMPUSNET web page:
https://fisica.campusnet.unito.it/do/corsi.pl/Show?_id=rrwc
Attendance of the laboratory activity is compulsory.
- Oggetto:
Modalità di verifica dell'apprendimento
Dall’inizio di ottobre 2022, fatte salve differenti disposizioni ministeriali, gli esami torneranno a svolgersi esclusivamente in presenza, con la sola eccezione per gli studenti e le studentesse che autodichiarano, in relazione al Covid-19, fragilità personale o positività.
La verifica dell'apprendimento si svolgerà secondo le seguenti modalità:
- la valutazione delle attività svolte in laboratorio, volta a verificare la capacità della/o studentessa/e 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 7 giorni dalla conclusione delle esperienze stesse. Le relazioni verranno valutate dal docente.
- prova orale : saranno ammessi al colloquio le/gli studentesse/studenti che avranno riportato una votazione sufficiente della loro relazione di laboratorio. 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.
- una prova scritta riguardante esercizi di Fisica atomica e dello stato solido, volta a verificare la capacità della/o studentessa/e 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 le/gli studentesse/studenti che avranno superato la prova scritta con un punteggio di almeno 18/30. Alla/o studentessa/studente verrà richiesto di discutere quanto riportato nella prova scritta e di rispondere a domande riguardanti argomenti svolti durante l'insegnamento.
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.
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).
Per la valutazione dell'attività laboratoriale, si veda la relativa pagina CAMPUSNET:
https://fisica.campusnet.unito.it/do/corsi.pl/Show?_id=rrwc
Since the beginning of October 2022, except for new ministerial provisions, the exams will take place in presence, with the exception of students who self-declare positive to COVID-19.
The exam is organized as follows:
- 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 exam is organized as follows:
- evalutation of the 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: only students with a sufficient evaluation of their laboratory reports will be admitted to this exam. The exam will be focused on i) the physics, the instrumentation and the results obtained from the analysis of acquired data, relatively to the laboratory experience performed by the student; ii) the subjects presented in the general and introductory lectures.
- 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.
Important: the frequency of the laboratory sessions has a validity of 2 years. After therse 2 years, if the student has not given the laboratory exam, he/she will have to follow again the laboratory sessions (with a different lab experience) and produce a new lab report.
The final mark will result from the average of the marks obtained in the 3 above-mentioned exams (evaluation of the laboratory activities, written exam, oral exam).
- Oggetto:
Attività di supporto
Al termine dell'insegnamento saranno organizzate esercitazioni in aula per rafforzare l'abilità a risolvere gli esercizi che verranno proposti nella prova scritta.
Le esercitazioni proposte sono disponibili in Moodle.
At the end of the course, numerical exercises will be performed to strengthen exercise solving skills, in view of the written exam.
The exercises are available in Moodle.
- Oggetto:
Programma
Lezioni frontali
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
- Il 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
- il 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 in Moodle.
Attività laboratoriali
Si veda le descrizione dettagliata nella pagina CAMPUSNET dedicata
Frontal lectures
The course consists of 48 hours (corresponding to 6 CFU) of lectures and numerical exercises
- Atom Physics:
- The hydrogen atom
- The helium atom
- Multi electron atoms
- The periodic system of elements
- Molecular physics:
- The Born-Oppenheimer approximation
- The LCAO method
- The H2+ molecule
- Bi-atomic omonuclear molecules
- Bi-atomic heteronuclear molecules
- Quantum statistics
- The Fermi-Dirac statistics
- The 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
- The Drude model
- The quantum model
- Introduction to the band theory
- The Kronig Penney model
- Metals, insulators, semiconductors
The detailed program is available at this link.
Laboratory activities:
The program is given on the CAMPUSNET page
https://fisica.campusnet.unito.it/do/corsi.pl/Show?_id=rrwc
- Fisica Atomica:
Testi consigliati e bibliografia
- Oggetto:
- Libro
- Titolo:
- Fundamental University Physics, Vol III, Quantum and Statistical Physics
- Anno pubblicazione:
- 1980
- Editore:
- Addison Wesley Publishing Inc. 12th ed.,
- Autore:
- M. Alonso, E.J. Finn
- ISBN
- Obbligatorio:
- No
- Oggetto:
- Libro
- Titolo:
- Elementi di struttura della materia
- Anno pubblicazione:
- 2002
- Editore:
- Hoepli Milano
- Autore:
- Luciano Colombo
- ISBN
- Obbligatorio:
- No
- Oggetto:
- Libro
- Titolo:
- Introduction to Solid State Physics
- Anno pubblicazione:
- 1996
- Editore:
- John Wiley & Sons
- Autore:
- Charles Kittel
- ISBN
- Obbligatorio:
- No
- Oggetto:
- Libro
- Titolo:
- La fisica di Feynman, vol. 3, Meccanica Quantistica
- Anno pubblicazione:
- 2007
- Editore:
- Zanichelli
- Autore:
- R. P. Feynman, R.B.Leighton, M. Sands
- ISBN
- Obbligatorio:
- No
- 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. Hallyday, R.Resnik, K.S. Krane, Fisica 2, IV edizione,Casa Editrice Ambrosiana, Milano 1994.
[8] Peter William Atkins, Julio de Paula, Chimica fisica, Zanichelli 2012, ISBN: 9788808261380
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
[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.
[8] D. Hallyday, R.Resnik, K.S. Krane, Fisica 2, IV edizione,Casa Editrice Ambrosiana, Milano 1994.
[9] Peter William Atkins, Julio de Paula, Chimica fisica, Zanichelli 2012, ISBN: 9788808261380
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
L'insegnamento 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 alle statistiche quantistiche ed alla fisica atomica, molecolare e dello stato solido;
- lezioni frontali propedeutiche su tecniche e metodologie sperimentali di fisica dello stato solido (6 ore) e lezioni introduttive 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).
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.
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;
- general lectures on experimental techniques and methodologies 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).
Students are requested to enroll in 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.
- Oggetto:
