Obiettivi formativi
Grazie alle nozioni acquisite in questo corso, lo studente raggiungerà una conoscenza operativa della Fisica dello Materia; sarà in grado di utilizzare gli strumenti e i concetti di base appresi nel primo modulo del corso per 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
Il Corso richiede di aver acquisito le competenze di Fisica e Matematica fornite nei corsi del primo anno,
• Fisica I
• Matematica I e Matematica II
Si richiede inoltre di aver seguito le lezioni dei corsi del primo semestre del secondo anno:
• Struttura della Materia, modulo 1
• Termodinamica dei Materiali
Contenuti dell'insegnamento
Costruendo su quanto appreso nel Corso del primo modulo di Struttura della Materia, in questo Corso si analizzano le origini quantistiche delle proprietà fisiche dei solidi (conducibilità, proprietà magnetiche, proprietà termiche, proprietà ottiche superconduttività).
Programma esteso
- La teoria cinetica dei gas
o Il gas ideale secondo la meccanica statistica
o Distribuzione di Maxwell delle velocità
o Libero cammino medio delle molecole
- Introduzione ai solidi Cristallini
o Reticolo cristallografico – definizione e introduzione,
o Diffrazione di onde dai cristalli – Legge di Bragg – Reticolo reciproco – Zone di Brillouin
o Interazioni tra atomi nei cristalli
- Moto degli atomi in un cristallo
o Sistemi massa-molla
o Fononi
o Non linearità delle forze interatomiche: Calore specifico dei solidi, Dilatazione termica
- Teoria elettronica dei solidi
o Richiami Gas di elettroni liberi
o Teorema di Block: esistenza di soluzioni periodiche dell’equazione di Schroedinger per un potenziale periodico
o Tight binding e struttura a bande
o Massa efficace dei portatori
o Isolanti e conduttori
- Conduzione elettronica
o Conduzione nei metalli (Sommerfeld)
o Conducibilità a bassa temperature nei metalli
o Semiconduttori, livello di Fermi
o Introduzione ai dispositivi a semiconduttore
- Introduzione alla Struttura dei solidi amorfi
- Cenni alla Fisica dei Plasmi
Bibliografia
Per ciascuna lezione, verrano fornite slides e materiale didattico sulla piattaforma Elly. In ciascuno, saranno indicati i riferimenti specifici ai seguenti testi di riferimento:
• Franchetti, Rangagni, Mugnai - Elementi di Struttura della Materia – Zanichelli (testo principale)
• Fieschi, De Renzi – Struttura della Materia, Nuova Italia Scientifica
• Bassani, Grassano – Fisica dello Stato Solido – Bollati Boringhieri
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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Obiettivi agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
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