Obiettivi formativi

Scopo del corso e' introdurre i concetti fondamentali della Teoria della Relativita' Ristretta e della Meccanica Quantistica e loro applicazioni alla Fisica Atomica e Nucleare, finalizzati alla progettazione e allo sviluppo di attività di insegnamento su questi argomenti nella scuola secondaria. Una parte del corso e' dedicata a coprire argomenti di base e avanzati della Termodinamica.


Agli studenti del corso si richiedono le conoscenze di base della Fisica Classica riguardanti le leggi di Newton e della gravitazione universale, le leggi dell'elettromagnetismo e le equazioni di Maxwell, la teoria e le proprieta' delle onde elettromagnetiche.

Programma

TERMODINAMICA

- principio zero: equilibrio termico e termodinamico; trasformazioni termodinamiche; temperatura empirica
- primo principio: lavoro, calore, energia interna
- secondo principio: enunciato di Kelvin e di Clausius; equivalenza; teorema di Carnot; ciclo di Carnot; temperatura termodinamica assoluta; teorema di Clausius; entropia; e degrado dell’energia
- secondo principio: il punto di vista microscopico; cenni di termodinamica statistica; temperature assolute negative; violazione dell’enunciato di Kelvin
- secondo principio: ordine e disordine
- terzo principio
- gas ideale: trasformazioni isobare, isocore, isoterme, adiabatiche; ciclo di Carnot del gas ideale


MECCANICA QUANTISTICA

- spettro di corpo nero, la costante di Planck, l’effetto fotoelettrico, natura corpuscolare della luce, gli spettri di emissione e assorbimento atomici, l’atomo di Bohr, momento magnetico e momento angolare intrinseco, tavola periodica, natura ondulatoria delle particelle, ipotesi di De Broglie
- cenni di fisica atomica e nucleare
- dualismo onda-corpuscolo, principio di indeterminazione, meccanica ondulatoria
- stati, grandezze fisiche, misure, principio di sovrapposizione, esperimenti di Stern-Gerlach in sequenza
- le richieste sul formalismo, spazi di Hilbert, osservabili e operatori autoaggiunti
- i postulati della meccanica quantistica
- rappresentazione degli stati e degli operatori, il formalismo di Dirac
- algebra del momento angolare, lo spin
- sistemi composti, stati fattorizzabili e non, stati entangled, completezza e non-localita’, paradosso EPR, disuguaglianza di Bell, esperimento di Aspect


TEORIA DELLA RELATIVITA’

- postulati della relativita’ galileiana, addizione delle velocita’
- dati sperimentali sulla velocita’ della luce
- non invarianza delle equazioni di Maxwell per trasformazioni di Galilei
- esperimento di Michelson-Morley
- postulati della relativita’ ristretta
- trasformazioni di Lorentz, addizione delle velocita’
- dilatazione dei tempi, simultaneita’ e causalita’, contrazione delle lunghezze, paradossi spazio-temporali
- dinamica relativistica: quantita’ di moto, energia cinetica, equivalenza massa-energia
- spazio-tempo e quadrivettori

Modalità d'esame

L'esame e' scritto su tutti gli argomenti trattati nel corso.