FISICA

FISICA

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iten
Codice
80307
ANNO ACCADEMICO
2017/2018
CFU
9 cfu al 3° anno di 8759 INFORMATICA (L-31) GENOVA
SETTORE SCIENTIFICO DISCIPLINARE
FIS/01
LINGUA
Italiano
SEDE
GENOVA (INFORMATICA )
periodo
2° Semestre

PRESENTAZIONE

Il corso di Fisica e` un corso introduttivo che si svolge in tre parti:

1) Introduzione alla meccanica del punto materiale con particolare enfasi sui concetti energetici

2) Introduzione ai campi elettrici e alle correnti elettriche e considerazioni relative di tipo energetico

3) Introduzione alla fisica dei semiconduttori e al comportamento della giunzione p-n

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

L'insegnamento fornisce i concetti e le leggi fondamentali della meccanica, dell'elettrostatica, dell'elettromagnetismo (ottica compresa). Particolare importanza viene attribuita alla comprensione dell'utilità e delle limitazioni connesse all'uso di schematizzazioni e modelli. L'interesse degli studenti viene stimolato mostrando come i concetti appresi possono essere utilizzati per comprendere meglio le possibilita' e le limitazioni dell'hardware sia per quanto riguarda la velocita' di una cpu, sia per quanto riguarda in generale la sensoristica e la trasmissione dati.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

L’insegnamento fornisce i concetti e le leggi fondamentali della meccanica del punto con particolare riguardo ai concetti energetici, del campo elettrico nel vuoto seguito da un’ introduzione alla fisica dei semiconduttori e ai dispositivi elettronici a semiconduttore, Particolare importanza viene attribuita alla comprensione dell’utilità di schematizzazioni e modelli e all’analisi delle limitazioni ad essi connesse.

Modalità didattiche

Lezioni in aula di introduzione agli argomenti del corso.

Le lezioni saranno integrate da tre esercitazioni di laboratorio su ciascuno dei tre argomenti del corso e relativamente a ciascuna delle quali ogni studente partecipante dovra` svolgere una relazione. Tali prove, se svolte con esito positivo, quest'ultimo valutato a partire dalla relazione relativa, potranno, a determinate condizioni di frequenza al corso da parte dello studente, esonerare lo studente dal dover sostenere l'esame orale relativo all'argomento del corso cui verte la prova di laboratorio medesima.

PROGRAMMA/CONTENUTO

Metodo sperimentale, grandezze fisiche fondamentali e derivate, analisi dimensionale e relative unità di misura.

Sistemi di riferimento. Vettori e somma di vettori. Componenti di un vettore rispetto ad una terna di assi cartesiani ortogonali. Prodotto scalare e prodotto vettoriale di vettori.

Cinematica del punto: vettori posizione, spostamento, velocità, accelerazione. Accelerazione radiale e tangenziale. Moto uniformemente accelerato, moto circolare, moto armonico. Moti relativi.

Sistemi di riferimento inerziali. Leggi di Newton: esempi di applicazione. Forze di contatto: attrito, forze ritardanti dipendenti dalla velocità.

Sistemi di riferimento non inerziali e forze apparenti.

Lavoro compiuto da una forza, energia cinetica, teorema lavoro-energia cinetica, potenza.

Forze conservative ed energia potenziale, conservazione dell’energia meccanica. Conservazione dell’energia totale in un sistema isolato.

Cenno alla legge di Newton per la Gravitazione Universale e al moto dei pianeti.

Cenno storico-introduttivo ai primi fatti sperimentali sui fenomeni elettrostatici. Legge di Coulomb e campo elettrico.

Definizione di flusso di un vettore, flusso del campo elettrico attraverso una superficie chiusa e legge di Gauss.

Uso della legge di Gauss per il calcolo del campo elettrico in situazioni di simmetria. Energia potenziale elettrica e potenziale elettrico.

Condensatori e capacità, corrente, Legge di Ohm e resistenza, circuiti in corrente continua e leggi di Kirchoff, circuiti RC.

Caratteristiche dei conduttori, conduttivita`, velocita` di deriva, mobilita` velocita` casuale termica delle cariche e distribuzione di Maxwell con cenno al concetto di temperatura, Diffusione e correnti elettriche di diffusione, prima legge di Fick, Distribuzione di Boltzmann dell’ Energia.

Cenno alla struttura atomica e ai suoi livelli energetici discreti, Costante di Planck,, Bande di Energia nei solidi (strutture cristalline). Cenno alla teoria del legame, elettroni e buchi nei semiconduttori, drogaggio dei semiconduttori, Distribuzione di Fermi-Dirac, densita` di elettroni e densita` di stati nei semiconduttori, semiconduttori di tipo p e di tipo n.

Semiconduttori in equilibrio, equazioni per le correnti combinate, relazione di Einstein, diagrammi delle bande di energia all’equilibrio.

Semiconduttori non in equilibrio, ricombinazione diretta e indiretta, semiconduttori a gap diretta e indiretta, decadimento dei portatori di carica minoritari nello spazio e nel tempo, ricombinazione di superficie.

Diodo a giunzione p-n, diagramma delle bande di energia e polarizzazione diretta e inversa, potenziale intrinseco, iniezione di cariche minoritarie, legge del diodo, correnti di deriva e di diffusione nel diodo, zona di deplezione, rottura per polarizzazione inversa.

Risposta del diodo a piccoli segnali, capacita` della giunzione e capacita` di diffusione, Caratteristica I/V per un diodo reale.

Cenno ad una struttura MOS e alla capacita` in una struttura MOS, condensatori MOS.

Cenno al Transistor a effetto di campo (FET/JFET), pinch-off e principi di funzionamento, cenni al MOSFET.

TESTI/BIBLIOGRAFIA

G. Vannini-  GETTYS Fisica 1 – Meccanica  4a ed.,  McGraw Hill Italia.

G. Cantatore, L.Vitale - GETTYS Fisica 2 – Elettromagnetismo,Onde  4a ed.,  McGraw Hill Italia.

R.A. Serway, J.W. Jewett, Fisica per Scienze e Ingegneria Voll.1 e 2, 4a ed.,  EdiSES, Napoli.

D. Halliday, R. Resnick, K.S. Krane, Fisica 1 e Fisica 2, 5a ed., Casa Editrice Ambrosiana, Milano.

Giancoli, Fisica 1 e Fisica 2, 2a ed., Casa Editrice Ambrosiana, Milano.

R. Wolfson, Fisica 1 – Meccanica, Termodinamica e Onde

R. Wolfson, Fisica 2 – Elettromagnetismo, Ottica e Fisica Moderna

M.J. Cooke – Semiconductor Devices , Prentice Hall

Y. Taur- T.H. King - Fundamentals of Modern VLSI Devices, Cambridge University Press

Sedra-Smith – Circuiti per la Microelettronica 4a ed. , EdiSES, Napoli

 

DOCENTI E COMMISSIONI

Ricevimento: Previo appuntamento inviando un e-mail a mario.sannino@ge.infn.it

Commissione d'esame

MARIO SANNINO (Presidente)

NADIA ROBOTTI

FLAVIO FONTANELLI

GIOVANNI CARRARO

LEZIONI

Modalità didattiche

Lezioni in aula di introduzione agli argomenti del corso.

Le lezioni saranno integrate da tre esercitazioni di laboratorio su ciascuno dei tre argomenti del corso e relativamente a ciascuna delle quali ogni studente partecipante dovra` svolgere una relazione. Tali prove, se svolte con esito positivo, quest'ultimo valutato a partire dalla relazione relativa, potranno, a determinate condizioni di frequenza al corso da parte dello studente, esonerare lo studente dal dover sostenere l'esame orale relativo all'argomento del corso cui verte la prova di laboratorio medesima.

ESAMI

Modalità d'esame

L'esame e` orale. Per sostenere una prova orale dopo il termine del corso non ci sono vincoli di frequenza.

Tuttavia gli studenti che abbiano seguito almeno il 55% delle lezioni di ciascuno dei tre argomenti da cui e` costituito il corso (Meccanica del punto materiale, Campi elettrici e circuiti, Introduzione alla fisica dei semiconduttori) potranno partecipare ad una prova di laboratorio con valore fiscale su ciascuno dei tre summenzionati argomenti che sara` tenuta subito dopo il termine delle lezioni corrispondenti a ciascuno dei tre argomenti medesimi. La partecipazione con risultato positivo a ciascuno dei tre argomenti esonerera` gli studenti dal dover sostenere la prova orale di esame da tale parte, Gli studenti che supereranno tutte le tre prove con risultato positivo potranno superare l'esame con voto dato dalla media aritmetica delle tre prove senza dover sostenere alcuna prova orale. Gli studenti che invece, per qualsiasi causa non dovessero aver partecipato o superato una o due prove, dovranno sostenere solamente l'orale corrispondente all'argomento (o agli argomenti) di corso relativi alle prove mancanti.

Gli studenti che, su uno solo dei tre argomenti del corso, non fossero stati per qualsivoglia motivo in grado di partecipare al 55% delle lezioni, avendo comunque raggiunto una partecipazione del 55% alle lezioni relative ai due restanti argomenti, potranno comunque partecipare alla prova di laboratorio corrispondente ma il voto di tale prova dovra` convalidato da un orale di conferma concernente l'argomento relativo alla prova medesima.

Modalità di accertamento

In ogni lezione verranno prese le firme di presenza degli studenti presenti alla medesima.