Corso di Laurea Specialistica in Ingegneria delle Telecomunicazioni. Esame di Fisica giugno 2004

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1 Compito A ) Ricavare e discutere (eventualmente con esempi) la disuguaglianza di Clausius. 2) Un onda elettromagnetica che si propaga nel vuoto ha lunghezza d onda di mm e campo elettrico di ampiezza pari a 0 V/m. Quanti fotoni attraversano in un secondo una superficie di m 2, disposta ortogonalmente alla direzione di propagazione dell onda? 3) Descrivere la caratteristica V-I di una giunzione p-n e spiegarne l origine fisica. 4) Che cosa s intende per inversione di popolazione in un laser? Perché è necessaria? Con quali schemi si può realizzare? e βε, dove k è la costante di Boltzmann, dimostrare che β=/kt.

2 Compito B ) Descrivere il funzionamento di uno dei seguenti dispositivi: diodo laser, cella fotovoltaica, diodo emettitore di luce 2) L energia del livello fondamentale (n=) dell atomo di idrogeno è 3.6 ev. Qual è la frequenza del fotone emesso in una transizione dal livello n=2 al livello n=? 3) Ricavare (a meno del fattore di normalizzazione) l espressione della funzione di distribuzione delle velocità di Maxwell e discuterne l andamento in funzione della temperatura. 4) Spiegare l andamento della conducibilità di un semiconduttore intrinseco in funzione della temperatura. e βε, dove k è la costante di Boltzmann, dimostrare che β=/kt.

3 Compito C ) Un onda elettromagnetica che si propaga nel vuoto ha lunghezza d onda di mm e campo elettrico di ampiezza pari a 0 V/m. Quanti fotoni attraversano in un secondo una superficie di m 2, disposta ortogonalmente alla direzione di propagazione dell onda? 2) Ricavare l espressione dell energia di Fermi di un gas di elettroni a temperatura zero. Confrontare la dipendenza dalle variabili macroscopiche fra l energia di un gas di Fermi e quella di un gas perfetto di Maxwell-Boltzmann. 3) Enunciare la relazione fra entropia e probabilità termodinamica e giustificarla. 4) Ricavare e discutere le condizioni di innesco di un laser e βε, dove k è la costante di Boltzmann, dimostrare che β=/kt.

4 Compito D ) Discutere origine e applicazioni del principio di equipartizione dell energia. E di validità generale? 2) Secondo un modello in cui il sole e la terra sono due corpi neri e la terra è priva di atmosfera la temperatura media della terra è di circa 280 K. Quale sarebbe, secondo lo stesso modello, la temperatura della terra se il massimo dello spettro di emissione del sole corrispondesse ad una frequenza doppia rispetto a quella corrispondente al massimo dell effettivo spettro solare? 3) Ricavare e discutere la relazione fra coefficiente di emissione spontanea e coefficiente di emissione stimolata. 4) Descrivere il funzionamento di uno dei seguenti dispositivi: diodo laser, cella fotovoltaica, diodo emettitore di luce e βε, dove k è la costante di Boltzmann, dimostrare che β=/kt.

5 Compito E ) Ricavare e discutere (eventualmente con esempi) la disuguaglianza di Clausius 2) Che cosa si intende per onda associata di DeBroglie? Come si può giustificare la condizione di quantizzazione di Bohr usando il concetto di onda di DeBroglie? 3) Secondo un modello in cui il sole e la terra sono due corpi neri e la terra è priva di atmosfera la temperatura media della terra è di circa 280 K. Quale sarebbe, secondo lo stesso modello, la temperatura della terra se il massimo dello spettro di emissione del sole corrispondesse ad una frequenza doppia rispetto a quella corrispondente al massimo dell effettivo spettro solare? 4) Descrivere la caratteristica V-I di una giunzione p-n e spiegarne l origine fisica. e βε, dove k è la costante di Boltzmann, dimostrare che β=/kt.