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Fisica II - Talenti
05QPWLZ, 05QPWJM, 05QPWLI, 05QPWLN, 05QPWLS, 05QPWLX, 05QPWMA, 05QPWMB, 05QPWMK, 05QPWMN, 05QPWPI, 05QPWPL
A.A. 2020/21
Lingua dell'insegnamento
Italiano
Corsi di studio
Corso di Laurea in Ingegneria Aerospaziale - Torino
Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica (Mechanical Engineering) - Torino
Corso di Laurea in Ingegneria Dell'Autoveicolo (Automotive Engineering) - Torino
Corso di Laurea in Ingegneria Dell'Autoveicolo - Torino
Corso di Laurea in Ingegneria Dei Materiali - Torino
Corso di Laurea in Ingegneria Elettrica - Torino
Corso di Laurea in Ingegneria Biomedica - Torino
Corso di Laurea in Ingegneria Chimica E Alimentare - Torino
Corso di Laurea in Ingegneria Energetica - Torino
Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica - Torino
Corso di Laurea in Ingegneria Gestionale - Torino
Corso di Laurea in Ingegneria Gestionale - Torino
Mutua
05QPWMC 05QPWMH 05QPWMO
Organizzazione dell'insegnamento
| Didattica | Ore |
|---|---|
| Lezioni | 80 |
| Esercitazioni in aula | 20 |
Docenti
| Docente | Qualifica | Settore | h.Lez | h.Es | h.Lab | h.Tut | Anni incarico |
|---|
Collaboratori
Didattica
| SSD | CFU | Attivita' formative | Ambiti disciplinari | FIS/01 FIS/03 |
5 5 |
A - Di base A - Di base |
Fisica e chimica Fisica e chimica |
|---|
Questo insegnamento, collocato al I semestre del secondo anno, fornisce solide basi teoriche e specifici approfondimenti destinati agli studenti delle aree dell'Ingegneria Industriale e Gestionale appartenenti al Percorso per i Giovani Talenti. E' quindi un corso di elevato profilo culturale idoneo ad arricchirne il percorso di formazione.
Il corso è suddiviso in due parti: nella prima (Elettromagnetismo Classico) sono trattati argomenti fondamentali quali l'Elettromagnetismo Classico, le Equazioni di Maxwell e le proprietà delle Onde Elettromagnetiche piane. La seconda parte (Onde ed Introduzione alla Meccanica Quantistica) contiene approfondimenti sui fenomeni ondulatori classici, l'ottica ondulatoria, il tema della crisi della fisica classica e della transizione alle basi della fisica moderna, con particolare riguardo alle implicazioni metodologiche e pratiche della fisica quantistica.
Maggiori dettagli relativi a tali approfondimenti sono disponibili consultando la scheda descrittiva del Percorso per i Giovani Talenti
(https://didattica.polito.it/avvisi/pdf/GT_Scheda_descrittiva_a_a_2017_18.pdf)
Aim of the course (1st semester, 2nd year) is to provide the students of Electronic Engineering and 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 electronic engineer and a physics 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), students are divided in two groups, composed of all physics engineers (SQ1) and all electronic engineers (SQ2). For students of Physics Engineering, 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. For students of Electronic Engineering, the quantum physics concepts needed to describe electronic and optical properties of matter are developed, with emphasis to the classes of semiconductor and metallic materials.
- Conoscenza degli effetti delle correnti elettriche e 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 delle proprietà delle onde elettromagnetiche.
- Conoscenza dell'equazione delle onde in tre dimensioni.
- Capacità di utilizzare l'equazione delle onde per risolvere il problema dell'irraggiamento di onde meccaniche ed elettromagnetiche in tre dimensioni da sorgenti puntiformi
- Conoscenza dell'ottica fisica basata su fenomeni ondulatori.
- Capacità di applicare le leggi dell'ottica ondulatoria a semplici problemi.
- Conoscenza preliminare delle leggi e dei princìpi della meccanica quantistica.
- Capacità di risolvere problemi elementari di meccanica quantistica.
- Conoscenza delle statistiche quantistiche.
- 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, matematica avanzata, geometria
- Basic physics (mechanics, thermodynamics)
- Basic mathematics and geometry
Prima parte
- Richiami di elettrostatica: forza elettrica, campo e potenziale elettrico; corrente elettrica e legge di Ohm; forze magnetiche su correnti elettriche; campi magnetostatici e loro generazione; 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 (4,5 CFU)
- Equazioni di Maxwell, soluzioni ondulatorie e propagazione di campi elettromagnetici (1,5 CFU)
Seconda parte
- Onde in tre dimensioni; radiazione di monopòlo e dipòlo; ottica fisica: interferenza e diffrazione (1,5 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 Schrödinger; proprietà degli operatori quantistici in rappresentazione di Schrödinger; misura di una grandezza fisica; principio di indeterminazione (1,5 CFU)
- Analisi di problemi quantistici unidimensionali; cenni all'atomo di idrogeno; equazione di Schrödinger per una schiera infinita di buche di potenziale e origine delle bande di energia nei solidi; la distribuzione di Bose-Einstein per i fotoni e di Fermi-Dirac per gli elettroni (1 CFU)
Le esercitazioni in aula riguardano la risoluzione di semplici problemi, con applicazioni di quanto trattato nelle lezioni immediatamente precedenti. Può essere richiesto in taluni casi l'uso di calcolatrici scientifiche (personali, di ciascuno studente).
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)
SQ1
- 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. (1,5 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) (1,5 CFU).
SQ2
- 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); photon-matter interaction (1 CFU)
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.
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.
- "Elementi di FISICA Elettromagnetismo e onde" P. MAZZOLDI, M. NIGRO e C. VOCI -II Edizione (ED. EDISES)
- dispense o materiale didattico integrativo fornito dai docenti
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, C. Pirri and S. Ferrero
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L'esame finale comprende uno scritto obbligatorio ed un orale opzionale.
La prova scritta si divide a sua volta in due sezioni sequenziali; la prima sezione contiene tre problemi simbolici e/o numerici relativi agli argomenti principali della prima parte del corso e dell’ottica fisica (interferenza, diffrazione). Gli studenti che superano la prima sezione accedono alla seconda sezione che contiene tre domande di teoria a risposta aperta sulla prima e seconda parte del corso.
Il punteggio massimo conseguibile nella prima sezione è pari a 30 trentesimi, quello conseguibile nella seconda sezione è pari a 33 trentesimi. Il voto è la media aritmetica dei punteggi conseguiti, con arrotondamento all’intero più prossimo; se il voto è superiore a 30, viene attribuita la lode. Il tempo complessivamente assegnato per la prima sezione è di 2h e di 1h per la seconda; per accedere alla seconda sezione occorre aver realizzato un punteggio pari a 18 trentesimi. Durante la prima sezione della prova scritta gli studenti possono avvalersi solo dell’ausilio di una calcolatrice.
L'orale opzionale ha una durata di 20 min, e riguarda tutti gli argomenti trattati nelle lezioni. In caso di effettuazione della prova orale, il voto finale è una media pesata della valutazione di scritto e orale.
Gli studenti e le studentesse con disabilità o con Disturbi Specifici di Apprendimento (DSA), oltre alla segnalazione tramite procedura informatizzata, sono invitati a comunicare anche direttamente al/la docente titolare dell'insegnamento, con un preavviso non inferiore ad una settimana dall'avvio della sessione d'esame, gli strumenti compensativi concordati con l'Unità Special Needs, al fine di permettere al/la docente la declinazione più idonea in riferimento alla specifica tipologia di esame.
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.
In addition to the message sent by the online system, students with disabilities or Specific Learning Disorders (SLD) are invited to directly inform the professor in charge of the course about the special arrangements for the exam that have been agreed with the Special Needs Unit. The professor has to be informed at least one week before the beginning of the examination session in order to provide students with the most suitable arrangements for each specific type of exam.