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Anno Accademico 2017/18
05QPWMQ
Fisica II - Talenti
Corso di Laurea in Matematica Per L'Ingegneria - Torino
Docente Qualifica Settore Lez Es Lab Tut Anni incarico
Pirri Candido ORARIO RICEVIMENTO O2 FIS/03 80 20 0 20 5
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
FIS/01
FIS/03
5
5
A - Di base
A - Di base
Formazione fisica
Formazione fisica
Presentazione
Questo insegnamento, collocato nel I semestre del secondo anno, intende fornire le basi teoriche da utilizzare nei corsi di fisica e ingegneria per Ingegneri Elettronici ed Ingegneri Fisici dei semestri successivi. E' quindi un corso centrale per la futura formazione dell'ingegnere fisico ed elettronico.
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 Introduzione alla Meccanica Quantistica e alla Struttura della Materia) gli studenti vengono divisi in due squadre, una formata dagli studenti iscritti al corso di Laurea in Ingegneria Fisica (SQ1) e l'altra formata dagli studenti iscritti al corso di Laurea in Ingegneria Elettronica (SQ2). Per quanto riguarda gli studenti iscritti al corso di Laurea in Ingegneria Fisica 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. Per quanto riguarda gli studenti iscritti al corso di Laurea in Ingegneria Elettronica verrà sviluppata la fisica quantistica necessaria per la descrizione delle proprietà elettroniche e ottiche della materia, con particolare riguardo alla classificazione dei materiali semiconduttori e metallici.
Risultati di apprendimento attesi
- 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.
Prerequisiti / Conoscenze pregresse
- Fisica di base (meccanica, termodinamica)
- Matematica di base e geometria
Programma
- 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)

SQ1
- Richiami di termodinamica classica; 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 (1,5 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) (1,5 CFU)

SQ2
- 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)
- Proprietà elettriche di semiconduttori e metalli (trattazione quantistica); interazione fotoni-materia (1 CFU)
Organizzazione dell'insegnamento
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).
Testi richiesti o raccomandati: letture, dispense, altro materiale didattico
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, C. Pirri, S. Ferrero
Criteri, regole e procedure per l'esame
L'esame finale comprende uno scritto e un orale.
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 è di 15 trentesimi, quello conseguibile nella parte di quesiti a risposta multipla/domande a risposta aperta è di 15 trentesimi. Il tempo complessivamente assegnato per la prova è 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, 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.
Il voto finale è una media pesata della valutazione di scritto e orale.
Altre informazioni

Il corso viene tenuto da due docenti responsabili rispettivamente; a) della prima parte a squadre unificate e della seconda parte destinata agli studenti iscritti al Corso di Laurea in Ingegneria Fisica (8 crediti) e b) della sola seconda parte destinata agli studenti iscritti al Corso di Laurea in Ingegneria Elettronica (4 crediti).
Orario delle lezioni
Statistiche superamento esami

Programma definitivo per l'A.A.2015/16
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