"Fisica dei Materiali con laboratorio


ID corso

Docente

CFU

8

Durata

14 Settimane

Semestre DD

Primo


Dettagli del corso

Introduzione dei concetti di fabbricazione, struttura, proprietà e prestazioni di un materiale e loro correlazione. Ciclo dei materiali. Le forze di coesione. Stato solido, condensazione della materia, cristalli. Strutture cristalline. Reticolo diretto. Vetri e varie altre aggregazioni dello stato condensato. Diffrazione di raggi X. Struttura molecolare dei polimeri organici. Imperfezioni nei solidi. Difetti puntiformi, dislocazioni, bordi di grano. Microscopia ottica ed elettronica. Diffusione. Proprietà meccaniche di metalli, vetri e polimeri: resistenza; sforzo e deformazioni, energia di deformazione ed effetto anelastico. Dislocazioni e meccanismi per aumentare la resistenza. Rottura dei materiali. Leghe e diagrammi di fase. Trasformazioni di fase. Acciai. Proprietà elettriche, termiche ed ottiche. Modello di Drude: conducibilità elettrica, effetto Hall, riflettività dei metalli. Proprietà magnetiche. Esperienza di diffrazione di raggi X, di proprietà meccaniche di acciaio, alluminio, rame, polimeri; di sinterizzazione; di analisi al microscopio a scansione elettronica; di realizzazione e misura di una cella solare commerciale e una a base di nanotubi di carbonio e silicio.

Obiettivi

OBIETTIVI FORMATIVI:
Gli obiettivi formativi del corso sono quattro.
Il primo obiettivo formativo è quello di far comprendere agli studenti la profonda interconnessione tra fabbricazione, struttura (atomica, microscopica e macroscopica), proprietà meccaniche e fisico-chimiche e prestazioni di un materiale. In questo contesto, si approfondirà la stretta correlazione tra struttura atomica, microscopica e macroscopica di un materiale e le sue risposte agli stimoli meccanici, fisici o chimici.
Un secondo, non meno importante, obiettivo formativo del corso è quello di fornire agli studenti la conoscenza di alcuni metodi di indagine sperimentale atti ad evidenziare la struttura, le proprietà meccaniche, le proprietà chimico-fisiche dei materiali.
Il terzo obiettivo è quello di far sperimentare agli studenti con diverse esperienze in laboratorio, la relazione tra fabbricazione, struttura, proprietà e prestazioni dei materiali.
Il quarto obiettivo è quello di dare agli studenti i primi rudimenti di scrittura di un articolo scientifico.

CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE:
Il corso e' rivolto agli studenti del primo semestre del terzo anno e necessita della conoscenza della struttura degli atomi, della tavola periodica, dei legami chimici, della fisica classica studiata il primo e il secondo anno e di alcune nozioni di base di fisica quantistica. Pur essendo il corso a carattere prevalentemente qualitativo e sperimentale, è richiesta una ottima conoscenza delle equazioni differenziali e del significato del concetto di hamiltoniano e dell'equazione di Schrodinger. Inoltre, per analisi dei dati misurati in laboratorio è necessaria la conoscenza dei primi rudimenti di teoria di elaborazione dei dati e di teoria degli errori che si studia nel corso di Esperimentazione Fisica 1. Questi prerequisiti sono importanti per permettere allo studente di comprendere gli argomenti trattati nel corso.


CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE:
I primi tre obiettivi del corso intendono dare allo studente gli strumenti per avere una visione chiara, seppure per la maggior parte solo qualitativa, della relazione tra fabbricazione, struttura, proprietà e prestazioni di un materiale. Aver chiara questa visione, insieme ad una prima introduzione ai metodi di fabbricazione e agli strumenti di indagine della struttura, delle proprietà e delle prestazioni di un materiale, sono strumenti necessari per fornire allo studente la capacità di comprendere la natura di un materiale ed in prospettiva intendono costituire le basi per la progettazione e realizzazione di nuovi materiali.

AUTONOMIA DI GIUDIZIO:
Il corso vuole fare sviluppare autonomamente ad ogni studente la capacità di valutare le proprietà e prestazioni di un materiale in relazione alla sua struttura e ai metodi di fabbricazione per ottenerlo, non sottovalutando anche i costi di realizzazione, la durata nel tempo, l'impatto ambientale e l'eventuale smaltimento.

ABILITÀ COMUNICATIVE:
Il corso è composto di lezioni teoriche frontali ed esperienze di laboratorio.
L'intento del docente è quello di stimolare curiosità e domande da parte degli studenti ed indurli a sviluppare le proprie capacità comunicative. Le esperienze di laboratorio sono organizzate in modo che gruppi di 3-4 studenti dovranno collaborare per prendere le misure, analizzare i dati, scrivere la relazione. Il lavoro di gruppo intende favorire uno scambio di idee e metterà gli studenti nelle condizioni di comunicare tra loro e proporre diverse soluzioni ai vari problemi.
Inoltre, ogni esperienza dovrà essere descritta e commentata in una relazione scritta (in italiano o in inglese) in un formato simile ad un articolo scientifico. Verranno forniti agli studenti le conoscenze di base necessarie per scrivere un articolo scientifico e le relazioni verranno corrette entro breve tempo dalla consegna in modo che le correzioni possano servire da punto di partenza per migliorare la successiva. Tutto questo ha il duplice scopo di abituare gli studenti a sintetizzare e spiegare, con linguaggio scientifico, la serie di osservazioni e dati sperimentali da loro stessi ottenuti ed elaborati e a porre le basi per la comunicazione scientifica futura.


CAPACITÀ DI APPRENDIMENTO:
Si prevede di migliorare lo sviluppo della capacità di apprendimento degli studenti, stimolando un'interazione molto marcata studente-docente, sia durante le lezioni frontali che con le esperienze di laboratorio e la richiesta di redigere le relazioni relative alle varie esperienze.