Programma del corso di Fisica Moderna Prof. Fulvio Peruggi

A.A. 2010-2011

Argomento Ore Crediti Libro di testo Scopo del corso. Inquadramento storico. Crisi della Meccanica Classica alla fine dell’800. Crisi dell’Elettrodinamica Classica agli inizi del ’900.

2 0,25

Onde Richiami sulle equazioni di Maxwell. Determinazione delle equazioni delle onde con sorgenti per i campi elettrico e magnetico. Determinazione delle equazioni delle onde con sorgenti per i potenziali. Trasformazioni di gauge per i potenziali.

2

2

S2 o R2

Potenziali ritardati. Natura fisica del ritardo. Onde elettromagnetiche libere. Soluzione dell’equazione di D’Alembert. Vincoli imposti dalle equazioni di Maxwell.

2 S2 o R2

Onde piane. Onde trasversali. Polarizzazione. Onde sferiche. 2 S2 o R2 Onde meccaniche. Onde sulle corde. Onde sulla superficie dei liquidi. Onde nel corpo di fluidi e solidi. Onde longitudinali. Energia trasportata dalle onde meccaniche.

2 S2 o R2

Sovrapposizione di onde meccaniche. Onde stazionarie. Generalizzazione a due e tre dimensioni. Battimenti. Effetto Doppler.

2 S2 o R2

Energia dei campi elettromagnetici in condizioni dinamiche. Energia di un’onda elettromagnetica. Vettore di Poyntig. 2 S2 o R2

Dipolo oscillante. Radiazione da carica accelerata. 2 S2 o R2 Passaggio di un’onda elettromagnetica da un mezzo a un altro. Riflessione, rifrazione, riflessione totale. Cenni sull’intensità delle onde riflesse e rifratte e sulla sua dipendenza dallo stato di polarizzazione.

2 S2 o R2

Relatività ristretta Teoria e fenomenologia dall’esperimento di Michaelson e Morley. Spiegazioni alternative dei risultati. 2

2

S1 o R2

Postulati di Einstein. Esperimenti ideali di Einstein. Sincronizzazione. 2 S1 o R2

Invarianza delle lunghezze trasversali rispetto al moto. Dilatazione del tempo. Contrazione delle lunghezze longitudinali rispetto al moto.

2 S1 o R2

Trasformazioni di Lorentz. Trasformazione delle velocità. 2 S1 o R2 Spazio-tempo tetradimensionale. Invarianti relativistici e quadrivettori. Quadrivettore posizione spazio-temporale. Preservazione della causalità.

2 S1 o R2

Quadrivettori a vista. Momento lineare. Forze, lavoro, energia. 2 S1 o R2 Forza di Minkowsky. Irraggiungibilità della velocità della luce. Urti relativistici. Vita media dei mesoni μ. 2 S1 o R2

La relatività ristretta e l’elettrodinamica. Quadrivettore densità di corrente/carica. Quadrivettore potenziale elettrodinamico. 2 S2 o R2

Fisica Statistica Introduzione alla Fisica Statistica. Caos molecolare. Teoria cinetica dei gas. 2

1

S1 o R1

Sistemi di particelle debolmente interagenti. Metodo combinatorio per l’enumerazione degli stati. Postulato di eguale probabilità a priori.

2 RKC

Formula di Stirling. Determinazione della statistica di Maxwell-Boltzmann. 2 RKC

Indistinguibilità delle particelle dal punto di vista quantistico. Statistica di Bose-Einstein. Particelle mutuamente esclusive. Statistica di Fermi-Dirac. Comparazione fra le tre statistiche.

2 RKC

Applicazioni delle statistiche Applicazioni della distribuzione di Maxwell-Boltzmann (1). Gas perfetti. Distribuzione delle velocità. Velocità medie delle molecole. Cammino libero medio. Equipartizione dell’energia.

2

2

RKC

Applicazioni della distribuzione di Maxwell-Boltzmann (2). Teoria di Drude della conduzione elettrica. Teoria della polarizzazione per orientamento. Paramagneti.

2 S2

Applicazioni della distribuzione di Maxwell-Boltzmann (3). Sistemi di oscillatori non-interagenti classici: legge di Dulong e Petit. Sistemi di oscillatori non-interagenti quantizzati: teoria di Einstein dei calori specifici.

2 RKC

Applicazioni della distribuzione di Maxwell-Boltzmann (4). Modi di vibrazione di un solido: teoria di Debye dei calori specifici.

2 RKC

Calcolo del calore specifico del gas di elettroni di conduzione con la statistica di Maxwell-Boltzmann. Incongruenza del risultato con i fatti sperimentali. Spiegazione mediante la statistica di Fermi-Dirac.

2 RKC

Termodinamica dell’equilibrio materia-radiazione. Potere emissivo e potere assorbente. Legge di Kirchhoff. Definizione di corpo nero. Legge di Stefan. Legge di Wien. Legge di spostamento.

2 B

Teoria del corpo nero centrata sugli oscillatori e sulla distribuzione di Maxwell-Boltzmann. Relazione di Rayleigh e Jeans. Catastrofe ultravioletta. Ipotesi di quantizzazione di Planck.

2 B

Teoria alternativa del corpo nero centrata sulla radiazione e sulla distribuzione di Bose-Einstein. Legge di emissione del corpo nero e temperatura superficiale delle stelle. Radiazione cosmica di fondo.

2 RKC

Altri esempi di fenomenologia quantistica Effetto fotoelettrico. Atomo di Thomson. 2

0,75

RKC, S2 o R2 Esperimento di Rutherford. Atomo di Rutherford. Atomo di Bohr. 2 B

Effetto Compton. Dualità onda-corpuscolo. Ipotesi di De Broglie. 2 B

S1 = Mencuccini-Silvestrini “Fisica” Vol.1 - Liguori S2 = Mencuccini-Silvestrini “Fisica” Vol.2 - Liguori R1 = Rosati “Fisica generale” Vol.1 - Ambrosiana R2 = Lovitch-Rosati “Fisica generale” Vol.2 - Ambrosiana RKC = Richtmyer, Kennard, Cooper “Introduction to Modern Physics” - McGraw-Hill B = Born “Fisica atomica” - Boringhieri