|
8067258 -
FONDAMENTI DI FISICA ATOMICA E MOLECOLARE
(obiettivi)
OBIETTIVI FORMATIVI:
L' obiettivo del corso, nell’ambito della Scienza dei Materiali, è quello di fornire le conoscenze di base della Fisica Atomica e Molecolare. Il corso è, di fatto, l'applicazione della fisica quantistica le cui basi gli studenti hanno acquisito nel precedente corso di introduzione alla meccanica quantistica. Va da sé che la fisica atomica e molecolare è indispensabile per affrontare in modo consapevole i successivi corsi legati alla scienza dei materiali.
CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE:
Per quanto concerne la fisica atomica si approfondisce la teoria dell'atomo di idrogeno (l'atomo più semplice) introducendo alcuni effetti perturbativi all'equazione di Schroedinger contenente il solo potenziale coulombiano; le perturbazioni relativistiche sono le più importanti. Inoltre si studiano gli effetti delle interazioni con i campi esterni magnetico ed elettrico sugli stati elettronici dell'atomo.
Il cuore del programma è lo studio degli atomi a molti elettroni dall'atomo di elio in poi. Lo si fa introducendo il modello teorico più noto e per certi versi più semplice: il modello di Hartree-Fock.
Per quanto riguarda la fisica molecolare ci si concentra sulle maggiori approssimazioni che permettono di trattare gli stati elettronici,vibrazionali e rotazionali delle molecole. Tuttavia l'approfondimento di queste tematiche è limitato alle molecole biatomiche poiché lo studio delle molecole più complesse richiede la conoscenza della teoria dei gruppi che non fa parte del programma di codesto corso.
Sia per gli atomi sia per le molecole lo studente deve apprendere le basi delle spettroscopie, principalmente ottiche, necessarie alla verifica sperimentale dei risultati teorici.
CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE:
Lo studente deve sviluppare le capacità di applicare le conoscenze acquisite attraverso la soluzione degli esercizi e problemi proposti durante l'anno accademico. Le soluzioni saranno discusse in aula coinvolgendo l'intera classe.
Alle esercitazioni numeriche è dedicato il 40% dell'intero corso.
AUTONOMIA DI GIUDIZIO:
Lo studente sviluppa lo spirito critico e quindi l'autonomia di giudizio non solo sulla base delle conoscenze acquisite in codesto corso ma grazie alla somma di tutto ciò che è stato in grado di assimilare nell'intiero corso degli studi. Al più, le basi della fisica atomica e molecolare possono aiutare lo studente a valutare la validità dei risultati di un dato sperimentale e la sua coerenza rispetto alla teoria.
ABILITÀ COMUNICATIVE:
Le abilità comunicative dovrebbero essere state acquisite durante gli anni trascorsi nella scuola secondaria superiore.
Nel caso specifico del corso di fisica atomica e molecolare, come d'altra parte in tutte le discipline scientifiche, l'obiettivo è quello di insegnare allo studente l'uso di un linguaggio tecnico, chiaro, che focalizzi l'argomento in discussione esaurientemente.
CAPACITÀ DI APPRENDIMENTO:
Tenendo conto che ogni studente ha un diverso stile di apprendimento, il corso mira a acquisire/sviluppare capacità di comprensione, di comunicazione e di applicazione di quanto appreso in contesti diversi.
-
FANFONI MASSIMO
( programma)
Fisica Atomica: Interazione fine nell’atomo di idrogeno (equazione di Pauli); Atomo idrogenoide in campi (campo magnetico forte, medio e debole; campo elettrico polarizzabilità); Interazione dell’atomo di idrogeno con la radiazione elettromagnetica (transizioni elettroniche e regole di selezione di dipolo); atomo a due elettroni (trattazione perturbativa e variazionale dello stato fondamentale e perturbativa degli stati eccitati);
Atomi a molti elettroni (multipletti), Approssimazione di Campo Centrale, Modello di Hatree-Fock.Fisica Molecolare: Approssimazione di Born-Oppenheimer; Ione idrogeno (LCAO); molecola H2 (LCAO e VB); Interazione delle configurazioni e termine ionico nell’hamiltoniano; Modello di Huckel; Moto dei nuclei (vibrazioni e rotazioni); Principio di Franck-Condon.
Esercitazioni numeriche riguardanti sia la fisica atomica, sia la fisica molecolare.
 Physics of Atoms and Molecules di Bransden, Joachain-Pearson;
Atomi, Molecole e Solidi: Esercizi risolti di Balzarotti, Cini, Fanfoni-Springer Italia;
Meccanica quantistica molecolare di Atkins e Friedman -Zanichelli-(Molecular Quantum Mechanics-Oxford University Press)
-
GOLETTI CLAUDIO
( programma)
Fisica Atomica: Interazione fine nell’atomo di idrogeno (equazione di Pauli); Atomo idrogenoide in campi (campo magnetico forte, medio e debole; campo elettrico polarizzabilità); Interazione dell’atomo di idrogeno con la radiazione elettromagnetica (transizioni elettroniche e regole di selezione di dipolo); atomo a due elettroni (trattazione perturbativa e variazionale dello stato fondamentale e perturbativa degli stati eccitati);
Atomi a molti elettroni (multipletti), Approssimazione di Campo Centrale, Modello di Hatree-Fock.Fisica Molecolare: Approssimazione di Born-Oppenheimer; Ione idrogeno (LCAO); molecola H2 (LCAO e VB); Interazione delle configurazioni e termine ionico nell’hamiltoniano; Modello di Huckel; Moto dei nuclei (vibrazioni e rotazioni); Principio di Franck-Condon.
Esercitazioni numeriche riguardanti sia la fisica atomica, sia la fisica molecolare.
Physics of Atoms and Molecules di Bransden, Joachain-Pearson;
Atomi, Molecole e Solidi: Esercizi risolti di Balzarotti, Cini, Fanfoni-Springer Italia;
Meccanica quantistica molecolare di Atkins e Friedman -Zanichelli-(Molecular Quantum Mechanics-Oxford University Press)
|
8
|
FIS/03
|
48
|
24
|
-
|
-
|
Attività formative caratterizzanti
|
ITA |
|
8067257 -
CHIMICA DEI SOLIDI CON LABORATORIO
(obiettivi)
OBIETTIVI FORMATIVI:
Il corso è volto a fornire una solida formazione di base di Chimica dello Stato Solido nell’ambito della Scienza dei Materiali che, per sua natura, richiede una equilibrata composizione di conoscenze di fisica e di chimica. L'obiettivo del corso è quello di completare la formazione scientifica degli studenti con le conoscenze di base sulla struttura e le proprietà dei sistemi in fase solida. A tal fine si individuano- quali argomenti formativi- le tematiche connesse alla classificazione delle strutture cristalline mediante le tecniche di diffrazione dei raggi X; l' analisi delle proprietà e della struttura dei solidi in equilibrio termodinamico; lo studio delle strutture difettive dei solidi; la teoria del trasporto di materia nei solidi; l'analisi del comportamento dei solidi in condizioni di non-equilibrio nelle reazioni chimiche allo stato solido.
CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE:
Le lezioni vertono sulle proprietà e la struttura dei solidi cristallini perfetti e difettivi, la loro caratterizzazione mediate tecniche spettroscopiche, e i principali processi che si verificano in condizioni di non-equilibrio termodinamico. Il corso intende fornire allo studente gli strumenti di base necessari per comprendere le proprietà macroscopiche (termodinamiche) dei solidi in termini di una descrizione microscopica e i meccanismi che sono alla base delle reazioni chimiche dei solidi. Le conoscenze interdisciplinari che caratterizzano il corso sono in armonia con la natura interdisciplinare del corso di Scienza dei Materiali che induce gli studenti ad integrare ed armonizzare nozioni provenienti da ceppi culturali differenti (Chimica e Fisica).
CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE:
Lo studente dovrà esser in grado di individuare la tecnica spettroscopica adeguata alla caratterizzazione di un sistema solido, in base alla classificazione delle strutture cristalline. Dovrà mostrare di aver compreso le diverse tipologie di solido sotto la prospettiva delle interazioni tra costituenti (legame chimico). Dovrà essere in grado di descrivere le principali proprietà dei solidi mediante l'impiego della termodinamica e di una modellizzazione atomistica con particolare riferimento ai processi chimici e fisici che sono alla base della loro interazione con altre fasi, siano esse solide o gassose. Lo studente sarà anche in grado di affrontare problemi scientifici nuovi e di leggere testi in inglese su argomenti di chimica dei solidi connessi alla scienza dei materiali.
AUTONOMIA DI GIUDIZIO:
Agli studenti viene richiesta la capacità di utilizzare le conoscenze acquisite in maniera critica, nello specifico per la caratterizzazione chimico-fisica di un solido, mediante la determinazione delle sue proprietà strutturali, termodinamiche e di trasporto, al fin di valutarne le caratteristiche per un appropriato impiego nel campo della scienza dei materiali.
ABILITÀ COMUNICATIVE:
Viene prestata particolare attenzione alla capacità di utilizzare, in maniera appropriata e in un contesto concettualmente coerente e rigoroso, i termini acquisiti nel corso delle lezioni.
CAPACITÀ DI APPRENDIMENTO:
Stimolare ed indirizzare gli studenti all’ uso di testi specialistici, anche al fine di apprendere il medesimo argomento da più di una fonte, approfondendone così la comprensione e ampliando, al contempo, la capacità di analisi dello studente. In questo contesto viene fortemente consigliata la lettura di alcuni articoli originali, “storici”, che hanno contribuito, in maniera determinante, allo sviluppo della Chimica e della Fisica dello stato solido.
-
TOMELLINI MASSIMO
( programma)
Reticoli cristallini. Diffrazione dei raggi X e determinazione delle strutture cristalline. Calore specifico dei solidi. Espansione termica. Compressibilità. Equazione di stato. Coesione dei solidi ionici, dei metalli e dei cristalli di gas nobili. Stabilità delle strutture di: NaCl, CsCl e ZnS. Termodinamica dei difetti di punto. Equilibri tra difetti e reazioni gas-solido. Ossidi semiconduttori. Trasporto di materia nei solidi. Leggi di Fick. Il “random walk”. Equazioni di trasporto generalizzate. Coefficiente di diffusione chimico. Equazione di Nernst-Einstein. Sensori elettrochimici a stato solido. Ossidazione dei metalli, diagramma di Ellingham. Cinetica di ossidazione dei metalli. Teoria di Wagner. Tecniche per la caratterizzazione dei solidi: XPS (Xray Photoelectron Spectroscopy) AUGER, RBS (Rutherford Backscattering Spectroscopy), ISS (Ion scattering Spectroscopy), RAMAN Spectroscopy), SEM (Scanning Electron Microscopy).
R.J. Borg, G.J. Dienes: “The physical Chemistry of solids” Academic Press
H. Ibach , H. Lüth “Solid state physics: an introduction to principles of materials science”, Springer
M. Tomellini “Appunti di chimica fisica dello stato solido “ Aracne Editrice “
-
TERRANOVA MARIA LETIZIA
( programma)
Reticoli cristallini. Diffrazione dei raggi X e determinazione delle strutture cristalline. Calore specifico dei solidi. Espansione termica. Compressibilità. Equazione di stato. Coesione dei solidi ionici, dei metalli e dei cristalli di gas nobili. Stabilità delle strutture di: NaCl, CsCl e ZnS. Termodinamica dei difetti di punto. Equilibri tra difetti e reazioni gas-solido. Ossidi semiconduttori. Trasporto di materia nei solidi. Leggi di Fick. Il “random walk”. Equazioni di trasporto generalizzate. Coefficiente di diffusione chimico. Equazione di Nernst-Einstein. Sensori elettrochimici a stato solido. Ossidazione dei metalli, diagramma di Ellingham. Cinetica di ossidazione dei metalli. Teoria di Wagner. Tecniche per la caratterizzazione dei solidi: XPS (Xray Photoelectron Spectroscopy) AUGER, RBS (Rutherford Backscattering Spectroscopy), ISS (Ion scattering Spectroscopy), RAMAN Spectroscopy), SEM (Scanning Electron Microscopy).
R.J. Borg, G.J. Dienes: “The physical Chemistry of solids” Academic Press
H. Ibach , H. Lüth “Solid state physics: an introduction to principles of materials science”, Springer
M. Tomellini “Appunti di chimica fisica dello stato solido “ Aracne Editrice “
|
8
|
CHIM/03
|
48
|
-
|
20
|
-
|
Attività formative affini ed integrative
|
ITA |
|
8066176 -
FISICA DEI MATERIALI CON LABORATORIO
(obiettivi)
OBIETTIVI FORMATIVI:
Gli obiettivi formativi del corso sono quattro.
Il primo obiettivo formativo è quello di far comprendere agli studenti la profonda interconnessione tra fabbricazione, struttura (atomica, microscopica e macroscopica), proprietà meccaniche e fisico-chimiche e prestazioni di un materiale. In questo contesto, si approfondirà la stretta correlazione tra struttura atomica, microscopica e macroscopica di un materiale e le sue risposte agli stimoli meccanici, fisici o chimici.
Un secondo, non meno importante, obiettivo formativo del corso è quello di fornire agli studenti la conoscenza di alcuni metodi di indagine sperimentale atti ad evidenziare la struttura, le proprietà meccaniche, le proprietà chimico-fisiche dei materiali.
Il terzo obiettivo è quello di far sperimentare agli studenti con diverse esperienze in laboratorio, la relazione tra fabbricazione, struttura, proprietà e prestazioni dei materiali.
Il quarto obiettivo è quello di dare agli studenti i primi rudimenti di scrittura di un articolo scientifico.
CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE:
Il corso e' rivolto agli studenti del primo semestre del terzo anno e necessita della conoscenza della struttura degli atomi, della tavola periodica, dei legami chimici, della fisica classica studiata il primo e il secondo anno e di alcune nozioni di base di fisica quantistica. Pur essendo il corso a carattere prevalentemente qualitativo e sperimentale, è richiesta una ottima conoscenza delle equazioni differenziali e del significato del concetto di hamiltoniano e dell'equazione di Schrodinger. Inoltre, per analisi dei dati misurati in laboratorio è necessaria la conoscenza dei primi rudimenti di teoria di elaborazione dei dati e di teoria degli errori che si studia nel corso di Esperimentazione Fisica 1. Questi prerequisiti sono importanti per permettere allo studente di comprendere gli argomenti trattati nel corso.
CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE:
I primi tre obiettivi del corso intendono dare allo studente gli strumenti per avere una visione chiara, seppure per la maggior parte solo qualitativa, della relazione tra fabbricazione, struttura, proprietà e prestazioni di un materiale. Aver chiara questa visione, insieme ad una prima introduzione ai metodi di fabbricazione e agli strumenti di indagine della struttura, delle proprietà e delle prestazioni di un materiale, sono strumenti necessari per fornire allo studente la capacità di comprendere la natura di un materiale ed in prospettiva intendono costituire le basi per la progettazione e realizzazione di nuovi materiali.
AUTONOMIA DI GIUDIZIO:
Il corso vuole fare sviluppare autonomamente ad ogni studente la capacità di valutare le proprietà e prestazioni di un materiale in relazione alla sua struttura e ai metodi di fabbricazione per ottenerlo, non sottovalutando anche i costi di realizzazione, la durata nel tempo, l'impatto ambientale e l'eventuale smaltimento.
ABILITÀ COMUNICATIVE:
Il corso è composto di lezioni teoriche frontali ed esperienze di laboratorio.
L'intento del docente è quello di stimolare curiosità e domande da parte degli studenti ed indurli a sviluppare le proprie capacità comunicative. Le esperienze di laboratorio sono organizzate in modo che gruppi di 3-4 studenti dovranno collaborare per prendere le misure, analizzare i dati, scrivere la relazione. Il lavoro di gruppo intende favorire uno scambio di idee e metterà gli studenti nelle condizioni di comunicare tra loro e proporre diverse soluzioni ai vari problemi.
Inoltre, ogni esperienza dovrà essere descritta e commentata in una relazione scritta (in italiano o in inglese) in un formato simile ad un articolo scientifico. Verranno forniti agli studenti le conoscenze di base necessarie per scrivere un articolo scientifico e le relazioni verranno corrette entro breve tempo dalla consegna in modo che le correzioni possano servire da punto di partenza per migliorare la successiva. Tutto questo ha il duplice scopo di abituare gli studenti a sintetizzare e spiegare, con linguaggio scientifico, la serie di osservazioni e dati sperimentali da loro stessi ottenuti ed elaborati e a porre le basi per la comunicazione scientifica futura.
CAPACITÀ DI APPRENDIMENTO:
Si prevede di migliorare lo sviluppo della capacità di apprendimento degli studenti, stimolando un'interazione molto marcata studente-docente, sia durante le lezioni frontali che con le esperienze di laboratorio e la richiesta di redigere le relazioni relative alle varie esperienze.
-
BONANNI BEATRICE
( programma)
Introduzione dei concetti di fabbricazione, struttura, proprietà e prestazioni di un materiale e loro correlazione. Ciclo dei materiali. Le forze di coesione. Stato solido, condensazione della materia, cristalli. Strutture cristalline. Reticolo diretto. Vetri e varie altre aggregazioni dello stato condensato. Diffrazione di raggi X. Struttura molecolare dei polimeri organici. Imperfezioni nei solidi. Difetti puntiformi, dislocazioni, bordi di grano. Microscopia ottica ed elettronica. Diffusione. Proprietà meccaniche di metalli, vetri e polimeri: resistenza; sforzo e deformazioni, energia di deformazione ed effetto anelastico. Dislocazioni e meccanismi per aumentare la resistenza. Rottura dei materiali. Leghe e diagrammi di fase. Trasformazioni di fase. Acciai. Proprietà elettriche, termiche ed ottiche. Modello di Drude: conducibilità elettrica, effetto Hall, riflettività dei metalli. Proprietà magnetiche. Esperienza di diffrazione di raggi X, di proprietà meccaniche di acciaio, alluminio, rame, polimeri; di sinterizzazione; di analisi al microscopio a scansione elettronica; di realizzazione e misura di una cella solare commerciale e una a base di nanotubi di carbonio e silicio.
“Materials Science and Engineering: An Introduction”, William D. Callister, Jr., John Wiley & Sons, Inc. 7th ed., 2007, ISBN-13: 978-0-471-73696-7
-
FRANCINI ROBERTO
( programma)
Introduzione dei concetti di fabbricazione, struttura, proprietà e prestazioni di un materiale e loro correlazione. Ciclo dei materiali. Le forze di coesione. Stato solido, condensazione della materia, cristalli. Strutture cristalline. Reticolo diretto. Vetri e varie altre aggregazioni dello stato condensato. Diffrazione di raggi X. Struttura molecolare dei polimeri organici. Imperfezioni nei solidi. Difetti puntiformi, dislocazioni, bordi di grano. Microscopia ottica ed elettronica. Diffusione. Proprietà meccaniche di metalli, vetri e polimeri: resistenza; sforzo e deformazioni, energia di deformazione ed effetto anelastico. Dislocazioni e meccanismi per aumentare la resistenza. Rottura dei materiali. Leghe e diagrammi di fase. Trasformazioni di fase. Acciai. Proprietà elettriche, termiche ed ottiche. Modello di Drude: conducibilità elettrica, effetto Hall, riflettività dei metalli. Proprietà magnetiche. Esperienza di diffrazione di raggi X, di proprietà meccaniche di acciaio, alluminio, rame, polimeri; di sinterizzazione; di analisi al microscopio a scansione elettronica; di realizzazione e misura di una cella solare commerciale e una a base di nanotubi di carbonio e silicio.
“Materials Science and Engineering: An Introduction”, William D. Callister, Jr., John Wiley & Sons, Inc. 7th ed., 2007, ISBN-13: 978-0-471-73696-7
-
CASTRUCCI PAOLA
( programma)
Introduzione dei concetti di fabbricazione, struttura, proprietà e prestazioni di un materiale e loro correlazione. Ciclo dei materiali. Le forze di coesione. Stato solido, condensazione della materia, cristalli. Strutture cristalline. Reticolo diretto. Vetri e varie altre aggregazioni dello stato condensato. Diffrazione di raggi X. Struttura molecolare dei polimeri organici. Imperfezioni nei solidi. Difetti puntiformi, dislocazioni, bordi di grano. Microscopia ottica ed elettronica. Diffusione. Proprietà meccaniche di metalli, vetri e polimeri: resistenza; sforzo e deformazioni, energia di deformazione ed effetto anelastico. Dislocazioni e meccanismi per aumentare la resistenza. Rottura dei materiali. Leghe e diagrammi di fase. Trasformazioni di fase. Acciai. Proprietà elettriche, termiche ed ottiche. Modello di Drude: conducibilità elettrica, effetto Hall, riflettività dei metalli. Proprietà magnetiche. Esperienza di diffrazione di raggi X, di proprietà meccaniche di acciaio, alluminio, rame, polimeri; di sinterizzazione; di analisi al microscopio a scansione elettronica; di realizzazione e misura di una cella solare commerciale e una a base di nanotubi di carbonio e silicio.
“Materials Science and Engineering: An Introduction”, William D. Callister, Jr., John Wiley & Sons, Inc. 7th ed., 2007, ISBN-13: 978-0-471-73696-7
|
8
|
FIS/03
|
56
|
-
|
20
|
-
|
Attività formative caratterizzanti
|
ITA |
