Programma del corso di FISICA DELLA MATERIA, Laurea magistrale in Ingegneria dei Materiali 9 crediti formativi Docenti: Eleonora Alfinito (ricevimento: Venerdi h11:00-13:00 – Corpo O, I piano) Il corso si articolera’ in una parte teorica (60 h ) ed una di esercitazioni (21 h) Argomenti trattati 1) Richiami: onde in mezzi elastici. Effetto Doppler. Onde elettromagnetiche, trasformazioni di Galileo e di Lorentz, principi di relativita’ speciale, relazione massa-energia 2) La fisica agli albori del 1900: scoperta dell’elettrone, scoperta dei raggi X e della radioattivita’ naturale, esperimento di Rutherford, effetto fotoelettrico ed effetto Compton 3)La radiazione elettromagnetica secondo Planck ed Einstein, ipotesi di de Broglie, principio di indeterminazione di Heisenberg 4) Equazione di Shroedinger : formulazione e proprieta`. Potenziali notevoli: buca rettangolare, barriera rettangolare, oscillatore armonico. 5) L’atomo di idrogeno: i livelli energetici e gli spettri atomici. Teoria di Bohr. 6) Lo spin dell’elettrone, esperienza di Stern-Gerlach, effetto Zeeman, accoppiamento spin-orbita, principio di esclusione di Pauli. Tavola degli elementi, effetto Zeeman anomalo 7)La molecola di idrogeno ionizzata 8) Statistica di Maxwell-Boltzmann, Fermi-Dirac e Bose-Einstein. Radiazione di corpo nero 9)Tipi di solidi: isolanti, conduttori, semiconduttori 10) Superconduttori e proprieta’ magnetiche della materia TESTI CONSIGLIATI: R.A. Serway, C.J. Moses C.A. Moyer,Modern Physics (Saunders College Publishing, Philadelphia ) R. Eisberg, R. Resnick, Quantum Physics (John Wiley and sons) R. Gautreau, W. Savin, Fisica moderna (McGraw-Hill) W. E. Gettys, F.J. Keller, M.J. Skove, Fisica II, McGraw-Hill

Superando le trasformazioni di Galileo Trasformazioni di Galileo (TG) La meccanica Newtoniana e` invariante rispetto alle TG F=ma in qualsiasi riferimento inerziale N. B. Il tempo e’ invariante …ma anche la massa è invariante Infine:

Le trasformazioni di Lorentz Lo spazio ed il tempo svolgono ruoli simmetrici Le onde em cambiano le prospettive: La propagazione e’ nel vuoto- (ipotesi dell’etere) La velocita’ c non e’ relativa ad un mezzo (come si trasforma?) Le equazioni d’onda non sono covarianti rispetto a TG…

Equazione delle onde

Perche` le equazioni di Maxwell sono invarianti rispetto alle TL? In quale mezzo si propagano le onde EM? 1887 Esperimento di Michelson e Morley esclude l’esistenza dell’ etere (…ipotesi del trascinamento etc.) 1905 A. Einstein ricompone il puzzle: a) l’etere non esiste quindi non esiste un riferimento privilegiato : la luce si propaga nel vuoto, con velocita` c, in ogni riferimento inerziale b) Le trasformazioni inerziali corrette sono quelle di Lorentz, il cui limite di bassa velocita` e` dato dalle trasformazioni di Galileo.

Il cono luce e la linea d’Universo “distanza” invariante sotto TL Superficie del cono-luce Gli eventi hanno una distanza di tipo luce Interno del cono-luce Gli eventi hanno una distanza di tipo tempo Esterno del cono-luce Gli eventi hanno una distanza di tipo spazio Non hanno connessione causale

Relativizzazione della distanza e del tempo “ dilatazione del tempo” Un osservatore solidale con il riferimento (in moto) O` misura un intervallo di tempo (tempo proprio) Nel riferimento O` non c’è spostamento Usando l’invarianza della distanza s e la condizione Otteniamo:

Relativizzazione della distanza e del tempo Un osservatore solidale con il riferimento O misura la lunghezza di un oggetto in moto,  x=L, di lunghezza a riposo  “ contrazione delle lunghezze ” Perche` l’operazione sia corretta, gli estremi x2 x2 ed x 1 vanno misurati allo stesso istante:  x 0 =0 Ne consegue che:

Trasformazione delle velocita` Ricordando che: Consideriamo 2 riferimenti inerziali in moto relativo lungo l’asse x-x` Otteniamo, per la componente x della velocita`: Tutte le componenti della velocita` si trasformano

Massa ed energia relativistica la massa dipende dalla velocita` In 1 sola componente spaziale