Obiettivi Formativi

Fornire conoscenze su: elementi di teoria della relatività – limiti del determinismo classico – corpo nero – elettroni e quanti di radiazione – nucleo atomico –spettri atomici – quantizzazione di Bohr –particelle e onde – atomo di idrogeno –momenti magnetici – spin ed effetti relativistici Il corso di laboratorio intende fornire conoscenze su alcuni esperimenti di Fisica moderna mediante l’esecuzione di esperimenti e l’elaborazione ed interpretazione dei dati così ottenuti.

Learning Goals

Provide knowledge of: Elements of the theory of relativity - the limits of classical determinism- black body – electrons and radiation quanta- atomic nucleus – atomic spectra - Bohrquantization – particles and waves - hydrogenatom - magnetic moments - spin and relativistic effects The laboratory course intends to supply with knowledge about some experiments of Modern Physics by means of the execution of experiments and the elaboration and interpretation of the so-obtained data.

Metodi didattici

Per il corso di Laboratorio: Lezioni frontali e attività di laboratorio in gruppi di lavoro formati da un singolo studente

Teaching Methods

Relative to the Laboratory course: Frontal lectures in lecture-hall with informatic supports and experiments in laboratory in single student working groups

Prerequisiti

Calcolo differenziale e integrale, analisi di Fourier. Meccanica ed elettromagnetismo classici, elementi di termodinamica. Relativamente al corso di laboratorio bisogna avere conoscenze su: - elementi di algebra e calcolo differenziale - le leggi fondamentali della fisica

Prerequisites

Integral and differential calculus. Fourier analisys. Classical mechanics and electromagnetism, basc thermodynamics. With regard to the laboratory course you must have knowledge about: - elements of algebra and differential calculus - the fundamental laws of Physics

Verifiche dell'apprendimento

Per il corso di Laboratorio: L’insegnamento prevede un esame unico con il Mod. Fisica 3 del corso di Fisica 3 con Laboratorio L’esame consiste nella presentazione di una tesina, dedicata all’approfondimento individuale di uno degli esperimenti eseguiti in laboratorio, e in una prova orale sull’intero programma con discussione della tesina. La tesina va consegnata almeno 15 giorni prima della prova orale. Ogni studente verrà esaminato da almeno 2 componenti della Commissione e sarà tenuto a rispondere ad almeno 3 domande inerenti gli argomenti illustrati nel programma e nella tesina. Per il superamento dell’esame lo studente dovrà dimostrare di aver acquisito al minimo una conoscenza sufficiente su ciascuno degli argomenti trattati. La valutazione finale terrà conto del livello di conoscenza dei contenuti, delle capacità espositive e di ragionamento dimostrate nella discussione condotta sugli argomenti richiesti

Assessment

Relative to the Laboratory course: The teaching should include a unique exam with the Physics 3 Mod. of the Physics 3 with Laboratory course The exam consists in a presentation of an original manuscript regarding the individual mastering of one of the experiments carried out in the laboratory and an oral examination about the whole program integrated with the manuscript discussion. The manuscript must be completed and delivered to the teacher at least 15 days before the oral examination. Each student will be examined at least by two members of the commission and will be asked to answer at least 3 questions relative to program and original manuscript subjects To be successful the student must show that he has acquired a sufficient knowledge about each discussed subjects. The final valuation will consider the subject knowledge level, the expositive abilities and the reasoning capabilities that the student will show in the discussion of the requested subjects

Programma del Corso

Radiazione termica e la teoria classica della radiazione in cavità - legge di Kirchhof, i risultati della termodinamica classica - leggi di Stefan-Boltzman, di Wien, legge di Rayleigh-Jeans - l'interpretazione di Plank Effetto fotoelettrico: il punto di vista classico e l'interpretazione di Einstein - Effetto Compton: i processi d'urto fra fotoni e particelle - La teoria atomica di Bohr - Esperimento di Davidson e Germer - Dualismo onda-particella - Postulato di De Broglie e proprietà ondulatorie delle particelle - Teoria di Scroedinger per l'atomo ad un elettrone - Interpretazione di Born della funzione d’onda e postulati della meccanica quantistica - Principio di sovrapposizione e di complementarietà - Esperimento di Stern e Gerlach - Momento orbitale, di spin e momento angolare totale - Interazione Spin-orbita - Invarianza galileiana ed equazioni di Maxwell - Gli esperimenti sulla presenza dell'etere I postulati di Einstein: simultaneità - Dilatazione del tempo - Contrazione delle lunghezze - Il gruppo di Lorentz ristretto - Calcolo tensoriale nello spazio tempo di Minkowski - Cinematica Relativistica Energia e Massa - Il campo elettromagnetico in forma covariante. esercitazioni: Quantizzazione del campo elettromagnetico e Calcolo del numero di modi Statistica classica e quantistica. Alcuni esempi di dinamica relativistica del punto. PROGRAMMA CORSO DI LABORATORIO: Introduzione al corso e obiettivi. Notizie di base su: -La spettroscopia e le diverse tipologie - Richiami sull' interazione della radiazione elettromagnetica con atomi e molecole: assorbimento ed emissione -Ampiezza ed intensità delle righe spettrali -Elementi base di un esperimento di spettroscopia -Rapporto segnale-rumore: potere di risoluzione di uno spettrometro -Richiami sull’effetto fotoelettrico e sulla teoria dei fotoni di Einstein e descrizione dell'esperienza da eseguire in laboratorio -Richiami sulla radiazione di corpo nero relativamente alla teoria classica, alla teoria di Planck e alle esperienze di Lummer e Pringsheim; descrizione dell'esperienza da eseguire in laboratorio; il prisma come elemento disperdente; i rivelatori ottici -Richiami sul rapporto carica/massa dell’elettrone, sua determinazione e descrizione dell'esperienza da eseguire in laboratorio -Richiami sui potenziali critici di un atomo e sulla loro determinazione attraverso un set-up sperimentale progettato da Hertz; descrizione dell'esperienza da eseguire in laboratorio; richiami sul funzionamento di un oscilloscopio, sulla resistenza interna di amperometri e voltmetri - Richiami sulla serie Balmer dell’atomo di idrogeno e sulla la costante di Rydberg; descrizione dell'esperienza da eseguire in laboratorio; richiami sul funzionamento di alcuni dispostivi o componenti ottici: spettrometro digitale, fibra ottica, reticolo di diffrazione, CCD) Esperienze di laboratorio: -Esecuzione dell’esperienza di Millikan sull’effetto fotoelettrico -Esecuzione dell’esperienza di Lummer e Pringsheim sullo spettro di radiazione di corpo nero -Esecuzione dell’esperienza atta a determinare la carica specifica dell’elettrone -Esecuzione dell’esperienza per la determinazione dei potenziali critici dell’atomo di elio - Esecuzione dell’esperienza sulla serie Balmer dell’atomo di idrogeno per la determinazione della costante di Rydberg

Course Syllabus

PROGRAM of the LABORATORY course: Introduction to the course and objective Basic notes about: - The spectroscopy and the different types - Recalls about electro-magnetic radiation interaction with atoms and molecules: absorption and emission. -Spectral lines width and intensity. -Basic elements of a spectroscopic experiment -Signal to noise ratio: resolution power of a spectrometer. -Recalls about the photoelectric effect and the photon theory of Einstein; description of the experiment to perform in laboratory -Recalls about the black body radiation in relation to the classic theory, the theory of Planck and the experiments of Lummer and Pringsheim; description of the experiment to perform in laboratory; the prism like dispersion element; optical detectors -Recalls about the electron specific charge e/m, its determination and description of the experiment to perform in laboratory -Recalls about the critical potentials of an atom and their determination by means of an experimental set-up designed by Hertz;description of the experiment to perform in laboratory; recalls about the operation of an oscilloscope and about the internal resistance of amperometers and voltmeters -Recalls about the Balmer serie of the hydrogen atom and the Rydberg constant; description of the experiment to perform in laboratory; recalls about the operation of some devices or optical components (digital spectrometer, optical fiber, diffraction grating, CCD) Laboratory experiments: - Execution of the Millikan experiment about the photoelectric effect - Execution of the Lummer and Pringsheim experiment about the black body radiation spectrum -Execution of the experiment for determining the specific charge e/m - Execution of the experiment for determining the critical potentials of a helium atom - Execution of the experiment about the Balmer serie of the hydrogen atom for determining the Rydberg constant