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PORTALE DELLA DIDATTICA

Physics II

19AXPOD, 22AXPMQ

A.A. 2019/20

Course Language

Italian

Course degree

1st degree and Bachelor-level of the Bologna process in Physical Engineering - Torino
1st degree and Bachelor-level of the Bologna process in Mathematics For Engineering - Torino

Course structure
Teaching Hours
Lezioni 80
Esercitazioni in aula 20
Tutoraggio 20
Teachers
Teacher Status SSD h.Les h.Ex h.Lab h.Tut Years teaching
Pirri Candido Professore Ordinario FIS/03 80 0 0 0 7
Pirri Candido
Fisica II - Talenti
Professore Ordinario FIS/03 80 0 0 0 7
Teaching assistant
Espandi

Context
SSD CFU Activities Area context
FIS/01
FIS/03
6
4
A - Di base
A - Di base
Fisica e chimica
Fisica e chimica
2018/19
Questo insegnamento, collocato nel I semestre del secondo anno, intende fornire le basi teoriche da utilizzare nei corsi di fisica e ingegneria per gli studenti del CdS in Ingegneria Fisica e ddel percorso Talenti. E' quindi un corso centrale per la futura formazione dell'ingegnere. Il corso è 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 di Fisica Moderna) verrà affrontato il tema della crisi della fisica classica e della transizione alle basi della fisica moderna, con particolare riguardo alla fisica quantistica ed alle sue implicazioni metodologiche e pratiche.
Aim of the course (1st semester, 2nd year) is to provide the students of Physical Engineering with 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 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 Modern Physics) the subjects involve the crisis of classical mechanics, the transition to the fundaments of modern physics, with emphasis on quantum physics and its implications in terms of methods and practice.
- Conoscenza della magnetostatica. - Capacità di applicare la magnetostatica a problemi semplici. - Conoscenza dei principi base dei campi elettrici e magnetici dipendenti dal tempo. - Conoscenza delle equazioni di Maxwell. - Capacità 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. - Capacità 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. - Capacità di risolvere problemi elementari di meccanica quantistica. - Conoscenza delle statistiche quantistiche. - Capacità di usare le statistiche quantistiche nella descrizione delle proprietà della materia condensata.
- 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.
- Fisica di base (meccanica, termodinamica) - Matematica di base e geometria
- Basic physics (mechanics, thermodynamics) - Basic mathematics and geometry
- 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) (2,5 CFU) - Inadeguatezza della fisica classica (descrizione di alcuni esperimenti cruciali e loro interpretazione, necessità di formulazione di una nuova teoria fisica); equazione e rappresentazione di Schrodinger; proprietà degli operatori quantistici un rappresentazione di Schrodinger; autofunzioni e autovalori di un operatore quantistico; misura di una grandezza fisica; principio di indeterminazione (2,0 CFU) - Analisi di problemi quantistici unidimensionali; cenni all'atomo e alla molecola di idrogeno; equazione di Schrodinger per una schiera infinita di buche di potenziale; elementi di meccanica statistica applicata a sistemi quantistici (l'oscillatore armonico); il gas di fotoni e di fononi (distribuzione di Bose-Einstein); la soluzione del problema del corpo nero; calore specifico dei solidi (modello di Einstein); il gas di elettroni (distribuzione di Fermi-Dirac) (2 CFU)
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) (2,5 CFU) - Recalls of classical thermodynamics; Inadequacies of classical physics (crucial experiments, their description and their interpretation; need to formulate a new physical theory); the Schroedinger's equation and representation; properties of quantum operators in the Schroedinger's representation; eigenfunctions and eigenvalues of a quantum operator; measurement of a physical quantity; indeterminacy principle. (2,0 CFU) - Analysis of one-dimensional quantum problems; an overview of the Hydrogen atom and molecule; the Schroedinger's equation for an infinite array of potential wells; elements of statistical mechanics applied to quantum systems (the harmonic oscillator); the gas of photons and phonons (the Bose-Einstein's distribution), the solution of the black-body problem; the specific heat of solids (in the Einstein's approach), the electron gas (the Fermi-Dirac's distribution) (2,0 CFU).
Le esercitazioni in aula riguardano la risoluzione di semplici problemi, con applicazioni di quanto trattato nelle lezioni. Può essere richiesto in taluni casi l'uso di calcolatrici scientifiche (personali, di ciascuno studente).
Class exercises concern with simple problem solving activities, in strict correlation with the theoretical lectures. In some cases scientific calculators (students' personal property) may be required.
Modulo Elettromagnetismo Classico: - "Fisica II: Elettromagnetismo - Ottica" Corrado Mencuccini, Vittorio Silvestrini - Editore Zanichelli - "Elementi di FISICA Elettromagnetismo e onde" P. MAZZOLDI, M. NIGRO e C. VOCI -II Edizione (ED. EDISES) - Dispense a cura dei docenti del corso Modulo Introduzione alla Meccanica Quantistica e alla Struttura della Materia: - Dispense a cura dei docenti del corso
Classical Electromagnetism: - "Fisica II: Elettromagnetismo - Ottica" Corrado Mencuccini, Vittorio Silvestrini - Editore Zanichelli - "Elementi di FISICA Elettromagnetismo e onde" P. MAZZOLDI, M. NIGRO e C. VOCI -II Edizione (ED. EDISES) - Notes by teachers Introduction to Quantum Mechanics and Structure of Matter: - Notes by teachers
Modalità di esame: prova scritta; prova orale obbligatoria;
L‘accertamento finale comprende uno scritto e un orale obbligatorio. Lo scritto consiste di 2 parti: PARTE 1 «Elettromagnetismo Classico» – DURATA 60 min: 4 quesiti a risposta multipla (punteggio max 6) 1 domanda di teoria a risposta aperta (punteggio max 6,8) 1 problema simbolico e/o numerico (punteggio max 4) PARTE 2 «Fisica Moderna» – DURATA 60 min: 4 quesiti a risposta multipla (punteggio max 4) 1 domanda di teoria a risposta aperta (punteggio max 5) 1 problema simbolico e/o numerico (punteggio max 2,2) Punteggio massimo conseguibile nello scritto: 28/30 Il tempo complessivamente assegnato per la prova è di 2h Per superare lo scritto occorre ottenere un punteggio almeno pari a 10,8 /30 per la PARTE 1 e almeno pari a 7,2 /30 per la PARTE 2 All’esame scritto gli studenti possono avvalersi solo dell’ausilio di una calcolatrice L'orale ha una durata di 20-30 min e riguarda tutti gli argomenti trattati nelle lezioni Punteggio massimo conseguibile nell’ orale: 5 Il voto finale è la somma della valutazione di scritto e orale.
Exam: written test; compulsory oral exam;
L‘accertamento finale comprende uno scritto e un orale obbligatorio. Lo scritto consiste di 2 parti: PARTE 1 «Elettromagnetismo Classico» – DURATA 60 min: 4 quesiti a risposta multipla (punteggio max 6) 1 domanda di teoria a risposta aperta (punteggio max 6,8) 1 problema simbolico e/o numerico (punteggio max 4) PARTE 2 «Fisica Moderna» – DURATA 60 min: 4 quesiti a risposta multipla (punteggio max 4) 1 domanda di teoria a risposta aperta (punteggio max 5) 1 problema simbolico e/o numerico (punteggio max 2,2) Punteggio massimo conseguibile nello scritto: 28/30 Il tempo complessivamente assegnato per la prova è di 2h Per superare lo scritto occorre ottenere un punteggio almeno pari a 10,8 /30 per la PARTE 1 e almeno pari a 7,2 /30 per la PARTE 2 All’esame scritto gli studenti possono avvalersi solo dell’ausilio di una calcolatrice L'orale ha una durata di 20-30 min e riguarda tutti gli argomenti trattati nelle lezioni Punteggio massimo conseguibile nell’ orale: 5 Il voto finale è la somma della valutazione di scritto e orale.


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