Fisica

CLAUDIO LUCI
GIACOMO ARTONI

OBIETTIVI GENERALI:
Il corso descrive le basi della fisica nucleare e subnucleare attraverso lo studio delle principali scoperte che hanno contribuito alla moderna descrizione delle particelle e delle loro interazioni. La cinematica relativistica e` utilizzata per analizzare le reazioni di produzione e i decadimenti delle particelle, applicando le leggi di conservazione dei numeri quantici. La natura dei decadimenti alfa e beta viene descritta tramite la meccanica non relativistica. Infine sono trattate le interazioni delle particelle nella materia e i principi di funzionamento dei rivelatori per la misura di energia ed impulso e l’identificazione delle particelle cariche.


OBIETTIVI SPECIFICI:
A - Conoscenza e capacità di comprensione
OF 1) Conoscere diversi tipi di interazioni fondamentali tra le particelle elementari
OF 2) Comprendere la cinematica di processi di produzione e decadimento
OF 3) Conoscere le reazioni nucleari di base e le proprietà energetiche
OF 4) Riconoscere e descrivere le principali interazioni delle particelle che attraversano la materia
B – Capacità applicative
OF 5) Calcolare proprietà cinematiche dei prodotti di decadimento e di urti tra particelle elementari, applicando le regole di selezione
OF 6) Calcolare l’energia persa dalle particelle elementari nel passaggio nella materia
OF 7) Calcolare la probabilità di decadimento e di interazione negli urti
C - Autonomia di giudizio
OF 8) Essere in grado di applicare le conoscenze fornite per comprendere le principali scoperte nella fisica subnucleare nel XX secolo
OF 9) Comprendere il metodo sperimentali e le misure effettuate in alcuni degli esperimenti più importanti e celebri del XX secolo

D – Abilità nella comunicazione
OF 10) Saper discutere, a livello elementare, di fisica moderna per ciò che riguarda le interazioni fondamentali delle particelle.

E - Capacità di apprendere
OF 11) Avere la capacità di consultare articoli scientifici relativi alle misure discusse nel corso e capirne la metodologia e lo scopo
OF 12) Essere in grado di comprendere i processi di fisica di particelle elementari trattati nella Laurea Magistrale in Fisica, utilizzando le nozioni di cinematica e di leggi di conservazione di numeri quantici

a) E’ indispensabile conoscere le basi dell’elettromagnetismo classico acquisite nel biennio della laurea di primo livello.
b) E’ importante avere conoscenze di base dei circuiti con componenti passivi (R, C, L) fornite dal corso di circuiti al secondo anno della laurea di primo livello
c) E’ utile avere solide conoscenze sull’uso di oscilloscopio e multimetri e di teoria della misure e trattazione delle incertezze sperimentali.

1. Analisi dei segnali: serie e trasformata di Fourier, trasformata di Laplace, filtri passivi, funzione di trasferimento, frequenza di taglio, diagramma di Bode, reti lineari, teoremi di Thevenin e Norton. [5 ore]
2. Semiconduttori: drogaggio, giunzione p-n, diodo a giunzione, circuito resistenza-diodo, retta di carico, transistor BJT, polarizzazione con alimentazione singola, caratteristiche del transistor, amplificatore ad emettitore comune, emitter follower, modelli per piccoli segnali; risposta in frequenza, teorema di Miller, amplificatore a due stadi, polarizzazione con doppia alimentazione. [11 ore]
3. Amplificatore Operazionale (OP-AMP): OP-AMP ideale, slew-rate, amplificatore invertente e non invertente, integratore e derivatore, amplificatore differenziale, sommatore analogico, filtri attivi. Cenni al rumore elettronico. [ 5 ore]
4. Elettronica digitale: algebra di Boole, circuiti logici, mappe di Karnaugh, famiglia TTL, circuiti combinatori, flip-flop, contatori, convertitori DAC, ADC. [5 ore]
5. Il microcontrollore Arduino: struttura e funzionamento del microcontrollore ATMEL, la scheda Arduino DUE e programmazione da PC. [2 ore]
6. DSP (elaborazione numerica dei segnali digitali): campionamento dei segnali, teorema di Nyquist-Shannon, aliasing, DFT (trasformata di Fourier discreta). [2 ore]
7. Il corso prevede attività di laboratorio [36 ore]

Testo 1 Prof A.Nigro: Segnali e Sistemi: Elettronica per studenti di Fisica; Dispense del Docente

Per approfondimenti:
- P.Horowitz - W.Hill: L'arte dell'elettronica - Zanichelli 2018
- Microelectronics (Second Edition) Arvin Grabel,Jacob Millman Published by Tata McGraw-Hill Education Pvt. Ltd., 2001

Il corso si svolge per circa i 2⁄3 con lezioni frontali integrate da proiezioni di slides ed esercitazioni in aula atte a fornire le conoscenze di base dell’elettronica analogica e digitale.
Le 9 esperienze pratiche di laboratorio forniscono alcune capacità applicative necessarie nei
laboratori di elettronica come l’utilizzo di alimentatori, generatori di segnali, componenti elettronici e strumenti di misura quali oscilloscopio e multimetro.

La frequenza alle nove sessioni di laboratorio e' obbligatoria.

Per superare l'esame occorre conseguire un voto non inferiore a 18/30 in tutti e tre i metri di giudizio E’ necessario dimostrare di aver acquisito una conoscenza sufficiente dei circuiti di base sia analogici che digitali, di essere in grado di progettare e montare semplici circuiti analogici e digitali e di conoscere le basi dell’utilizzo di oscilloscopio e multimetro.
Per conseguire un punteggio pari a 30/30 e lode, lo studente deve invece dimostrare di aver acquisito una conoscenza eccellente degli argomenti trattati di elettronica analogica e digitale , di essere in grado di progettare circuiti che coinvolgono la combinazione delle due tipologie, di saper utilizzare i circuiti per risolvere problemi di automazione o controllo. Deve aver inoltre dimostrato di aver sviluppato un’eccellente padronanza della strumentazione di laboratorio.

Nella valutazione dell'esame la determinazione del voto finale tiene conto dei seguenti elementi:

1. Relazioni scritte sulle prove di laboratorio 50%
Le prove di laboratorio si svolgono in piccoli gruppi ed hanno lo scopo di eseguire montaggi e semplici misure su modelli di circuiti discussi a lezione. Le relazioni scritte sulle prove di laboratorio consistono nel riportare, in un breve documento, i risultati sperimentali ottenuti confrontandoli ove possibile con le attese proposte dai modelli sviluppati durante
le lezioni.
Nella valutazione si terrà conto di:
- Qualità delle misure ottenute e delle incertezze quotate - correttezza dei concetti esposti;
- chiarezza e rigore espositivo;

2. Prova scritta di esonero o prova orale 25%
L'esame orale consiste in un colloquio sui temi illustrati nel corso. Per superare l'esame lo studente deve essere in grado di presentare un argomento o analizzare un circuito tra quelli proposti durante il corso e di applicare i metodi appresi ad esempi e situazioni simili a quelle già discusse.
Nella valutazione si terrà conto di:
- correttezza dei concetti esposti;
- chiarezza e rigore espositivo;
- capacità di elaborare i concetti appresi nello sviluppo di progetti originali.

3. Prova pratica individuale 25%
La prova pratica individuale consiste nel montaggio di un circuito e nell’esecuzione di alcune semplici misure. Lo studente presenterà’ alla fine della prova una breve relazione scritta. Nella valutazione si terrà conto di:
- Qualità delle misure ottenute e delle incertezze quotate - correttezza dei concetti esposti;
- chiarezza e rigore espositivo;