N14201 Fisica Generale e Basi di Chimica

Il corso intende fornire le conoscenze sulla fisica di base e si compone di quattro moduli.

Nel primo modulo (Meccanica) si affrontano la meccanica del punto materiale (cinematica, statica e dinamica, energia) e la meccanica del corpo rigido (moti rotatori). 

Nel secondo modulo (Elettromagnetismo) si affrontano l'elettrostatica (legge di Coulomb, potenziale, Teorema di Gauss), la magnetostatica, l'elettromagnetismo e l'ottica.

Nel terzo modulo (Chimica) vengono trattati argomenti che permettono di capire le relazioni esistenti tra struttura atomica e comportamento chimico, mettendo particolarmente in evidenza gli aspetti energetici connessi con l'evoluzione dei processi.

Il quarto modulo (Struttura della Materia) tratta aspetti base di struttura della materia con particolare riferimento alle proprietà elettriche dei materiali, illustra caratteristiche e applicazioni dei semiconduttori, fino ad includere i fondamenti della conversione fotovoltaica.

Le conoscenze che il corso ha l'obiettivo di trasmettere sono utili in molteplici ambiti in quanto concetti quali energia, cinematica, elasticità, coducibilità elettrica, reazione chimica sono alla base delle discipline scientifiche/ingegneristiche e fondamentali in diversi contesti applicativi. Inoltre e più in generale, lo studente acquisisce la capacità di affrontare temi tecnici, modellizzare e analizzare problemi con metodo, e trarre conclusioni di tipo quantitativo dell'osservazione dei fenomeni.

Il corso consente allo studente di acquisire la capacità di combinare nozioni specifiche e metodo al fine di formalizzare, analizzare e risolvere problemi e esercizi applicativi nel campo della fisica generale di base

MECCANICA

1. Cinematica del punto: Sistemi di riferimento. Introduzione all'uso dei vettori. Posizione, velocità, accelerazione. Moto rettilineo uniforme, uniformemente accelerato, circolare uniforme.
2. Dinamica newtoniana: Principi della dinamica. Forza peso, elastica, di attrito. Reazioni vincolari e forze inerziali. Impulso e quantità di moto. Lavoro meccanico, energia e potenza. Teoremi relativi all'energia. Teoria degli urti.
3. Campo gravitazionale: Legge di gravitazione universale. Elementi di moto dei corpi celesti. Leggi di Keplero.
4. Moti oscillatori:Moto armonico semplice. Pendolo semplice.
5. Elementi di dinamica dei corpi rigidi: Momento della quantità di moto. Momento d'inerzia. Energia e lavoro nella rotazione di un corpo rigido. Cenni a vincoli e gradi di libertà.      

ELETTROMAGNETISMO

1. Fenomeni elettrici: Carica elettrica. Legge di Coulomb. Campo elettrico e linee di forza. Energia potenziale e potenziale elettrico. Legge di Gauss del campo elettrico. Elettrostatica dei conduttori. Condensatori ed energia del campo elettrostatico. Fenomenologia dei dielettrici. Forza elettromotrice. Corrente elettrica. Conduttori ed isolanti. Legge di Ohm.
2. Fenomeni magnetici: Magnetismo naturale. Poli magnetici. Forza magnetica agente su una carica in moto e su una corrente elettrica. Azione magnetica su una spira percorsa da corrente. Origine del campo magnetico. Legge di Ampère. Teorema di Gauss del campo magnetico. Fenomenologia dei materiali magnetici. Legge di Hopkinson.
3. Fenomeni elettromagnetici: Leggi di Farady-Henry. Autoinduzione ed energia del campo magnetico. Legge di Ampère- Maxwell. Equazioni di Maxwell in forma finita ed onde elettromagnetiche. Spettro della radiazione elettromagnetica. Elementi di fenomenologia delle onde elettromagnetiche.

CHIMICA

1. Struttura dell'atomo: particelle subatomiche, orbitali e loro energia, sistema periodico, potenziale di ionizzazione e affinità elettronica.
2. Legami chimici: ionico, covalente, strutture ibride,mole, stechiometria.
3. Stati di aggregazione: legge dei gas ideali, cambiamenti di stato, regola delle fasi, soluzioni.
4. Termodinamica: equlibrio, entalpia, entropia, energia libera.
5. Cinetica: urti eddicaci, energia di attivazione, catalisi.
6. Acidi, basie e sali: classificazione dei composti chimici, pH, comportamenti in soluzione acquosa.
7. Processi redox: numeri di ossidazione, elettrochimica, pile, processi di elettrolisi.

STRUTTURA DELLA MATERIA

1. Introduzione: dalla fisica classica alla fisica quantistica, struttura atomica.
2. Stati di aggrezione della materia: solidi, liquidi, aeriformi, plasma, solidi cristallini, policristallini, amorfi.
3. Conduzione elettrica nei materiali solidi: livelli e bande di energia, materiali elettricamente isolanti, conduttori, semiconduttori.
4. Semiconduttori: Elettroni e lacune, drogaggio di semiconduttori, semiconduttori di tipo N e di tipo P, giunzione PN
5. Dispositivi a semiconduttore: Diodo a giunzione PN, diodo emettitore di luce (LED), fotodiodo, applicazioni.
6. Applicazioni: Effetto fotoconduttivo e effetto fotovoltaico, conversione fotovoltaica e celle solari.

L’esame consiste in una prova scritta composta da esercizi e da domande di carattere teorico. L’esame viene superato conseguendo la sufficienza in ciascuno dei quattro moduli.