Obiettivi formativi
Il corso ha lo scopo di fornire gli strumenti di base della meccanica quantistica, utilizzati per la comprensione degli aspetti più significativi della Fisica della Materia. Grazie alle nozioni acquisite lo studente sarà in grado di descrivere le proprietà elettriche, termiche ed elettromagnetiche dei materiali, nonché la loro origine.
Oltre agli strumenti metodologici, lo studente acquisirà il linguaggio di base della Fisica dello Materia, mettendoli nella condizione di saper leggere e comprendere testi avanzati.
L’acquisizione del linguaggio tecnico specifico permetterà allo studente di dialogare con specialisti della materia e di tradurre concetti complessi in un linguaggio comprensibile ai non specialisti.
Lo studente sarà in grado di lavorare in gruppo per produrre elaborati, anche in forma multimediale, che approfondiscano alcuni argomenti di Struttura della Materia; saprà illustrare e discutere l’elaborato prodotto ai pari ed al docente.
Prerequisiti
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Contenuti dell'insegnamento
Crisi della Fisica classica e introduzione alla meccanica quantistica
Ripasso sulle onde
La dualità della materia
Elementi di algebra lineare per la meccanica quantistica
Vettori, spazi vettoriali e stati
Matrici e operatori
Spazi vettoriali in maggiore dettaglio
Gli osservabili
Principio di indeterminazione di Heisenberg
La rappresentazione di Schrödinger
I postulati della meccanica quantistica
La particella libera 1D, La particella libera 3D
Pacchetto d’onda
Barriere di potenziale
Oscillatore armonico
Intermezzo: coordinate polari
Moto rotazionale
Atomi idrogenoidi
Momenti angolari
I gas, in particolare la teoria cinetica dei gas e la distribuzione di Maxwell
I gas di fermioni e bosoni
L’origine quantistica delle proprietà dei solidi cristallini
Programma esteso
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Bibliografia
Per ciascuna lezione, verrano fornite slide e materiale didattico sulla piattaforma Elly. In ciascuna, saranno indicati i riferimenti specifici ai seguenti testi di riferimento:
Meccanica Quantistica Molecolare, P. W. Atkins R. S. Friedman 2000, Zanichelli
The Principles of Quantum Mechanics, P. A. M. Dirac 1958, Oxford University Press
Sei pezzi facili, R. P. Feynman 1963, Caltech
Cohen-Tannoudji, Diu, Laloë – Quantum Mechanics
Franchetti, Rangagni, Mugnai – Elementi di Struttura della Materia
Fieschi, De Renzi – Struttura della Materia
Bassani, Grassano – Fisica dello Stato Solido
Eisberg, Resnick - Quantum Physics: Of Atoms, Molecules, Solids, Nuclei, and Particles
Metodi didattici
Lezione frontale, supportata da slide ed altro materiale elettronico.
Durante il corso, sono previsti momenti in cui l’approfondimento di alcuni argomenti viene demandato al lavoro di gruppo degli studenti, coordinato dal docente, e alla successiva condivisione in classe di un elaborato (per esempio in forma di slide). Questa modalità di insegnamento stile “classe invertita” fornirà la base anche per la verifica in itinere degli apprendimenti.
Modalità verifica apprendimento
L’esame è un colloquio orale in presenza; la commissione è composta dai docenti dei due moduli del corso.
Nella valutazione degli apprendimenti, si tiene conto delle relazioni di gruppo prodotte durante il corso. Queste relazioni e la loro discussione in classe vengono valutate con un giudizio (sufficiente-buono-ottimo) che contribuisce alla formazione del voto finale.
Nella formazione del voto complessivo del corso, si partirà dalla media aritmetica dei voti conseguiti nei colloqui dei due moduli del corso.
Altre informazioni
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