Testi del Syllabus. Docente COLAVITA ELIO Matricola: Insegnamento: ATOMI MOLECOLE E SOLIDI. Anno regolamento: 2011 CFU:

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1 Testi del Syllabus Docente COLAVITA ELIO Matricola: Anno offerta: 2013/2014 Insegnamento: ATOMI MOLECOLE E SOLIDI Corso di studio: FISICA Anno regolamento: 2011 CFU: 5 Settore: FIS/03 Tipo attività: B - Caratterizzante Partizione studenti: - Anno corso: 3 Periodo: Secondo Semestre Sede: UNIVERSITA' DELLA CALABRIA

2 Testi in italiano Lingua insegnamento Italiano Contenuti Atomo di idrogeno ed idrogenoide; approssimazione di dipolo elettrico; spin dell'elettrone e del fotone; spettro di assorbimento Testi di riferimento - R. Eisberg, R. Resnick. Quantum physics of atoms, molecules, solids, nuclei and particles. J. Wiley and sons: N.Y., 1985 Obiettivi formativi Prerequisiti Metodi didattici Il corso si propone di offrire una panoramica delle strutture fisiche, dalle scale sub-atomiche fino alle grandi scale confrontabili con la struttura dell'intero Universo, mantenendo un approccio fenomenologico. Fisica Classica Metodi matematici per la Fisica Introduzione alla fisica quantistica Meccanica statistica Lezioni ed esercitazioni Altre informazioni Modalità di verifica dell'apprendimento Programma esteso Orario di ricevimento: martedì, 14:30-15:30. Su appuntamento negli altri giorni. Studio docente: edificio 33C - piano 4 - stanza 4 elio.colavita@fis.unical.it Recapito telefonico: Test intermedi di apprendimento. Esame finale scritto ed orale FISICA ATOMICA a) Atomo di idrogeno ed idrogenoide: dipendenza dei livelli di energia e delle funzioni d onda dai numeri quantici; livello di vuoto; livelli di energia degeneri; densità di probabilità radiale ed angolare; dimensioni dell atomo (raggio medio e raggio più probabile). b) Approssimazione di dipolo elettrico e regole di selezione, dipendenza della transizione dalla polarizzazione della radiazione; spin dell elettrone e del fotone; interazione spin-orbita; transizione di dipolo magnetico e di quadrupolo elettrico; spettro di assorbimento e di emissione dell atomo di idrogeno e idrogenoide; intensità e larghezza delle righe c) Atomo di elio: livelli di energia degeneri; principio di esclusione di Pauli; il momento angolare orbitale e di spin; orto e para-elio; energia di interazione tra i due elettroni. d) Atomi a molti elettroni: approssimazione di campo centrale; metodo di Hartree-Fock; livelli di energia e loro dipendenza dai numeri quantici accoppiamento L-S e J-J. e) Elettroni equivalenti; correzioni residue di Coulomb e magnetiche; regole di Hund; metalli alcalini; difetto quantico; tavola periodica degli elementi; potenziale di ionizzazione. FISICA DELLE MOLECOLE a) Approssimazione di Born-Oppenheimer: equazione di Scrodinger per i nuclei e per gli elettroni b) Struttura elettronica di molecole biatomiche omonucleari: metodo LCAO; molecola di H2+ e H2 ; curve di energia potenziale; stati di legame e di antilegame, integrale di risonanza e di sovrapposizione. c) Molecole eteronucleari; proprietà di simmetria ed orbitali per molecole omonucleari ed eteronucleari ; diagramma di correlazione; esempi. Metodo del legame di valenza. d) Moti nucleari: moto rotazionale; livelli di energia e funzioni d onda;

3 regole di selezione; spettro rotazionale per una molecola biatomica omonucleare ed eteronucleare. e) Moti nucleari: moto roto-vibrazionale; livelli di energia e funzioni d onda; regole di selezione; spettro rotovibrazionale di assorbimento e di emissione per una molecola biatomica omonucleare ed eteronucleare; informazioni che si possono ottenere dagli spettri rotovibrazionali. f) Diffusione della radiazione elettromagnetica da parte di molecole: polarizzabilità; effetto Raman; principio di Franck- Condon: dissociazione, fluorescenza e fosforescenza. FISICA DEI SOLIDI a) Reticolo e celle unitarie e primitive. b) Diffrazione, teoria di Laue; Condizioni necessaria e sufficiente perché si abbia difrazione; metodi sperimentali. c) Il fonone; caso della catena lineare monoatomica e biatomica. d)il reticolo vuoto ; Gas di elettroni libero; bande di energia; differenza tra metalli ed isolanti.

4 Testi in inglese Lingua insegnamento Italian Testi di riferimento - R. Eisberg, R. Resnick. Quantum physics of atoms, molecules, solids, nuclei and particles. J. Wiley and sons: N.Y., 1985 Obiettivi formativi Prerequisiti Metodi didattici The course aims to provide an overview of the physical structures, from sub-atomic scales to large scales comparable with the structure of the whole Universe, while maintaining a phenomenological approach. Classical Physics Mathematical Methods for Physics Introduction to Quantum Physics Statistical mechanics Lectures and exercises Altre informazioni Modalità di verifica dell'apprendimento Programma esteso Elio Colavita Office hours for students: Tuesday, 14:30-15:30. Su appuntamento negli altri giorni. Office: building 33C - 4th floor - room 4 elio.colavita@fis.unical.it Telephone: Mid term learning tests. ATOMIC PHYSICS a) Hydrogen atom: dependence of the energy levels and wave functions from the quantum numbers, level of vacuum; degenerate energy levels; radial and angular probability density; the atomic size. b) Electric dipole approximation and selection rules, dependence of transition from the polarization of radiation, electron and photon spin, spin-orbit interaction, magnetic dipole and electric quadrupole transition, absorption and emission spectrum of the hydrogen atom; c) Helium atom, degenerate energy levels, Pauli s exclusion principle, the spin and orbital angular momentum; ortho and para-helium, interaction energy between the two electrons. d) Many-electron atoms: the central field approximation, the Hartree-Fock method, energy levels and their dependence on quantum numbers, L-S and J-J couplings. e) Equivalent electrons, residual Coulomb and magnetic corrections; Hund s rules, alkali metals, quantum defect, periodic table of elements, ionization potential. PHYSICS OF MOLECULES a) Born-Oppenheimer approximation: Schrodinger equation for nuclei and electrons b) Electronic structure of homonuclear diatomic molecules: LCAO method; molecule of H2 + and H2; curves of potential energy; binding and anti-binding states, resonance and overlap integral. c) Heteronuclear molecules; properties of symmetry and orbitals for homonuclear and heteronuclear molecules; correlation diagram; examples. valence bond method. d) Nuclear motion, rotational motion, energy levels and wave functions, selection rules, rotational spectrum for a diatomic homonucleare and

5 heteronuclear molecule. e) Nuclear motions: roto-vibrational motion, energy levels and wave functions; selection rules; rotovibrazional absorption and emission spectrum for a diatomic homonucleare and heteronuclear molecule, informations from rotovibrazional spectra. f) Diffusion of electromagnetic radiation by molecules, polarizability, Raman effect, the principle of Franck-Condon, dissociation, fluorescence and phosphorescence. PHYSICS OF SOLIDS a) Lattice, unit cells and primitive. b) Diffraction, Laue theory, necessary and sufficient conditions for diffraction, experimental methods. c) The phonon; monatomic and diatomic linear chains d) The empty lattice, free-electrons gas, energy bands, the difference between metals and insulators.