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Fisica II

20AXPNX

A.A. 2022/23

2021/22

Fisica II

Questo insegnamento, collocato nel I semestre del secondo anno, intende fornire le basi teoriche da utilizzare nei corsi per gli Ingegneri Elettronici dei semestri successivi. E' quindi un corso centrale per la futura formazione dell'ingegnere elettronico. Il corso e suddiviso in due parti: nella prima (Modulo Elettromagnetismo Classico) sono trattati argomenti fondamentali quali l'elettromagnetismo classico e le equazioni di Maxwell, l'ottica fisica e ondulatoria. Nella seconda parte (Modulo Introduzione alla Meccanica Quantistica e alla Struttura della Materia) verra sviluppata la fisica quantistica necessaria per la descrizione delle proprieta elettroniche della materia, con particolare riguardo alla classificazione dei materiali dielettrici/semiconduttori e metallici.

Fisica II

Aim of the course (1st semester, 2nd year) is to provide the students of Electronic Engineering the theoretical concepts to be used in all courses of the following semesters. This is therefore a pivotal course for the ensuing career of an electronic engineer. The course is divided in two sections: in the first one (Classical Electromagnetism), fundamental subjects of basic physics are treated, such as: electromagnetism and the Maxwell's equations, physical and geometrical optics. In the second section (Introduction to Quantum Mechanics and Structure of Matter), the quantum physics concepts needed to describe the electronic properties of matter are developed, with emphasis to the classes of dielectric/semiconductor and metallic materials.

Fisica II

- Conoscenza della magnetostatica. - Capacita di applicare la magnetostatica a problemi semplici. - Conoscenza dei principi base dei campi elettrici e magnetici dipendenti dal tempo. - Conoscenza delle equazioni di Maxwell. - Capacita di applicare le equazioni di Maxwell per risolvere problemi elettromagnetici elementari. - Conoscenza dell'ottica ondulatoria come conseguenza delle equazioni di Maxwell. - Conoscenza delle leggi dell'ottica ondulatoria e delle proprietà delle onde elettromagnetiche. - Capacita di applicare le leggi dell'ottica ondulatoria e geometrica in problemi base e in strumenti ottici semplici. - Conoscenza preliminare delle leggi e dei principi della meccanica quantistica. - Capacita di risolvere problemi elementari di meccanica quantistica. - Conoscenza delle statistiche quantistiche. - Capacita di usare le statistiche quantistiche nella descrizione delle proprietà della materia condensata. Lo studente deve apprendere la teoria discussa a lezione sopra dettagliata, ed essere in grado di applicarla al fine dello svolgimento di esercizi.

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- Knowledge of magnetostatics. - Ability to apply magnetostatics to simple problems. - Knowledge of basic principles of time-dependent electric and magnetic fields. - Knowledge of Maxwell's equations. - Ability to apply the Maxwell's equations to solve elementary problems of electromagnetism. - Knowledge of wave optics as a consequence of Maxwell's equations. - Knowledge of wave optics laws and of properties of electromagnetic waves. - Ability to apply the laws of wave and geometrical optics e to basic problems and simple optical instruments. - Preliminary knowledge of laws and principles of quantum mechanics. - Ability to solve elementary problems of quantum mechanics - Preliminary knowledge of quantum statistics - Ability to use quantum statistics in the description of condensed matter properties.

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- Fisica di base (meccanica, termodinamica) - Matematica di base e geometria

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- Basic physics (mechanics, thermodynamics) - Basic mathematics and geometry

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- Richiami di elettrostatica: forza elettrica, campo e potenziale elettrico; campi magnetostatici e loro generazione; corrente elettrica e legge di Ohm; forze magnetiche su correnti elettriche; leggi di Ampere-Laplace e Biot-Savart; polarizzazione elettrica della materia; campo magnetico nella materia (diamagnetismo, paramagnetismo e ferromagnetismo); campi elettrici e magnetici dipendenti dal tempo; induzione elettromagnetica ( 3,5 CFU) - Equazioni di Maxwell e propagazione di campi elettromagnetici; ottica geometrica ed ondulatoria (interferenza e diffrazione) (1,5 CFU) - Transizione dalle fisica classica alla fisica quantistica; equazione di Schrodinger; misura di una grandezza fisica; principio di indeterminazione; problemi quantistici unidimensionali; equazione di Schrodinger per una schiera infinita di buche di potenziale; elettroni nei solidi cristallini; distribuzione di Bose-Einstein e Fermi-Dirac. (2 CFU) - Proprieta elettriche di semiconduttori e metalli (trattazione quantistica) (1 CFU)

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- Recall of electrostatics: electric force, electric field and potential; magnetostatic field and their generation; electric current and Ohm law; Ampere-Laplace e Biot-Savart laws; electric polarization of matter; magnetic field in matter (diamagnetism, paramagnetism and ferromagnetism); time dependent electric and magnetic fields; electromagnetic induction (3,5 CFU) - Maxwell?s equations and electromanetic waves propagation; geometrical and wave optics (interference and diffraction) (1,5 CFU) - From classical to quantum physics; the Schroedinger's equation; measurement of a physical quantity; indeterminacy principle; one-dimensional quantum problems; the Schroedinger's equation for an infinite array of potential wells; electrons in crystalline solids; Bose-Einstein and Fermi-Dirac distrubutions. (2 CFU) - Electrical properties of semiconductors and metals (quantum approach) (1 CFU)

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Le esercitazioni in aula riguardano la risoluzione di semplici problemi, con applicazioni di quanto trattato nelle lezioni immediatamente precedenti. Puo essere richiesto in taluni casi l'uso di calcolatrici scientifiche (personali, di ciascuno studente). Le lezioni verranno erogate in aula; nel caso di emergenza sanitaria, verranno erogate in modalita remota.

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Class exercises concern with simple problem solving activities, in strict correlation with the previous theoretical lectures. In some cases scientific calculators (students' personal property) may be required. Due to sanitary emergency regime, the theoretical lectures will be performed in remote mode.

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Modulo Elettromagnetismo Classico: - "Elementi di FISICA Elettromagnetismo e onde" P. MAZZOLDI, M. NIGRO e C. VOCI -II Edizione (ED. EDISES) - Dispense a cura di F. Giorgis Modulo Introduzione alla Meccanica Quantistica e alla Struttura della Materia: - Dispense a cura di F. Giorgis and S. Ferrero

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Classical Electromagnetism: - "Elementi di FISICA Elettromagnetismo e onde" P. MAZZOLDI, M. NIGRO e C. VOCI -II Edizione (ED. EDISES) - F. Giorgis? notes Introduction to Quantum Mechanics and Structure of Matter: - Notes by F. Giorgis and S. Ferrero

Fisica II

Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Prova orale facoltativa;

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L'esame finale comprende uno scritto e un orale (facoltativo). Lo scritto comprende: a) quesiti a risposta multipla di teoria sulla prima parte, b) domande di teoria a risposta aperta sulla seconda parte, c) problemi simbolici e/o numerici relativi agli argomenti principali della prima e seconda parte. Il voto massimo conseguibile nella parte di problemi e di 15 trentesimi, quello conseguibile nella parte di quesiti a risposta multipla/domande a risposta aperta e di 15 trentesimi. Il tempo complessivamente assegnato per la prova e di 2h 30min, e per superare lo scritto occorre ottenere un punteggio complessivo pari a 18 trentesimi. All'esame scritto gli studenti possono avvalersi solo dell'ausilio di una calcolatrice. L'orale (facoltativo), dedicato solo a coloro che hanno conseguito la sufficienza allo scritto, ha una durata di 20-30 min, e riguarda tutti gli argomenti trattati nelle lezioni inerenti alla seconda parte del corso (Introduzione alla Meccanica Quantistica). Il voto finale è una media pesata della valutazione di scritto (che verte su tutto il programma) e orale (che verte solo sulla parte di Meccanica Quantistica).

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Exam: Written test; Optional oral exam;

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The exam include a written and an oral proof. The written proof concerns with: a) multiple-answer quiz on the classical electromagnetism theory, b) questions on quantum mechanics theory, c) problems (either symbolic or numeric) referring to the main subjects of all the course. The maximum mark of the problems section is 15/30, that of the questions section is 15/30. The total scheduled time for the written exam is 2h 30min. The written proof is passed with a total score of at least 18/30. The oral proof lasts 20-30 mins. and deals with all the subjects treated in lectures of Quantum Mechanics and Structure of Matter. The final mark is a weighted average of written/oral scores.

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Modalità di esame: Prova orale obbligatoria; Prova scritta a risposta aperta o chiusa tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo Exam integrata con strumenti di proctoring (Respondus);

Fisica II

L'esame finale comprende un quiz online e un orale. Il quiz online (da svolgere al PC su piattaforma Exam con Proctoring Respondus) comprende 15 domande a risposta multipla (si considera solo il programma di Elettromagnetismo Classico). Durante il quiz online gli studenti possono avvalersi solo dell'ausilio di una calcolatrice. Nel caso in cui il quiz online sia superato si ha accesso all'esame orale (modalità remota) che verte sia sul programma di Elettromagnetismo Classico che su Meccanica Quantistica (e richiesto lo svolgimento simbolico di esercizi e la risposte a domande di teoria) Il quiz online si compone di 15 domande (teoria e brevi esercizi simbolici o numerici), il tempo max di svolgimento e di 40 min. Ad ogni risposta corretta vengono assegnati pt. 2, per risposta errata pt. -0.66, per risposta non data pt. 0. Il quiz viene superato con soglia superiore a 14.5 L'esame orale ha una durata complessiva di circa 40 min e verte su tutto il programma. Il voto finale è basato prevalentemente sulla valutazione orale.

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Exam: Compulsory oral exam; Computer-based written test with open-ended questions or multiple-choice questions using the Exam platform and proctoring tools (Respondus);

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The final exam includes an 'online' multiple-answer quiz and an oral proof. The online quiz (supported by PC on Exam platform with Proctoring Respondus) concerns 15 multiple-answer questions (focused only on Classical Physics program). Calculator can be used as support. If the online quiz is passed, students can access the oral exam (in remote way) wich deals both on Classical Physics and on Quantum Mechanics (the development of exercises from a symbolic point of view and the answer to specific theoretical questions is requested)

Fisica II

Modalità di esame: Prova orale obbligatoria; Prova scritta a risposta aperta o chiusa tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo Exam integrata con strumenti di proctoring (Respondus);

Fisica II

L'esame finale comprende un quiz online e un orale. Il quiz online (da svolgere al PC su piattaforma Exam con Proctoring Respondus) comprende 15 domande a risposta multipla (si considera solo il programma di Elettromagnetismo Classico). Durante il quiz online gli studenti possono avvalersi solo dell'ausilio di una calcolatrice. Nel caso in cui il quiz online sia superato si ha accesso all'esame orale (modalità remota) che verte sia sul programma di Elettromagnetismo Classico che su Meccanica Quantistica (e richiesto lo svolgimento simbolico di esercizi e la risposte a domande di teoria) Il quiz online si compone di 15 domande (teoria e brevi esercizi simbolici o numerici), il tempo max di svolgimento e di 40 min. Ad ogni risposta corretta vengono assegnati pt. 2, per risposta errata pt. -0.66, per risposta non data pt. 0. Il quiz viene superato con soglia superiore a 14.5 L'esame orale ha una durata complessiva di circa 40 min e verte su tutto il programma. Il voto finale e basato prevalentemente sulla valutazione orale.

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Exam: Compulsory oral exam; Computer-based written test with open-ended questions or multiple-choice questions using the Exam platform and proctoring tools (Respondus);

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The 'online' multiple-answer quiz concerns 15 questions (theory and brief exercises), the max time is 40 min. For each correct answer are assigned pt. 2, for each wrong answer are assigned pt -0.66 (malus), for answer not given pt. 0. The quiz is passed with an obtained mark > 14.5 The oral exam has a total duration of about 40 min, dealing on all the program.

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