010MI - COMPLEMENTI DI FISICA 2019
Schema della sezione
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Riepilogo su equazioni di Maxwell e onde EM. Vettore di Poynting e flusso di potenza elettromagnetica. Introduzione all'emissione di radiazione elettromagnetica da parte di cariche elettriche accelerate. Introduzione al dipolo elettrico variabile nel tempo. Equazione di D'Alambert e sua risoluzione nel caso di sorgente rappresentabile come funzione delta di Dirac.
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Potenziale vettore per campi elettromagnetici variabili nel tempo. RIdefinizione del potenziale scalare per campi EM variabili nel tempo. Gauge o condizione di Lorentz, determinazione del potenziale vettore per il dipolo elementare utilizzando la soluzione dell'equazione di D'Alambert. Cenno all'equazione dei potenziali ritardati. Determinazione del campo B, discussione sui vari termini, in particolare presenza di un termine che decade come l'inverso della distanza dal dipolo. Campo B nella regione vicina e lontana, distanza caratterizzante le regioni. Ritardi nella propagazione dei campi elettromagnetici. caso del dipolo armonico, lunghezza d'onda e regioni vicine e lontane.
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Campi elettromagnetici nella regione lontana dal dipolo, campi di radiazione, caratteristiche dell'onda EM, relazioni tra i campi E e B e il vettore d'onda, direzione di propagazione. Onda sferica e onda piana. Flusso di potenza emessa dal dipolo, lobo di emissione dipolare. Potenza totale emessa in funzione del momento di dipolo elettrico o della corrente. Fronti d'onda, fase dell'onda, polarizzazione lineare e circolare.
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Campi elettromagnetici nella regione lontana dal dipolo, campi di radiazione, caratteristiche dell'onda, relazioni tra i campi E e B e il vettore d'onda, direzione di propagazione. Onda sferica e onda piana. Flusso di potenza emessa dal dipolo, lobo di emissione dipolare. Potenza totale emessa in funzione del momento di dipolo elettrico o della corrente. Fronti d'onda, fase dell'onda, polarizzazione lineare e circolare.
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Onde piane in interazione con particelle cariche, introduzione ai processi di diffusione della radiazione elettromagnetica. Energia e momento assorbiti dalla particella carica in interazione con Onda Piana Progressiva Polarizzata Linearmente (OPPPL). Equazioni del moto della particella carica. Inconsistenza delle leggi del moto con la legge di conservazione dell'energia.
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Forza di frenamento radiativo o di Lorentz. Riformulazione delle equazioni del moto della particella in interazione con radiazione EM. Diffusione o scattering Thomson, concetto di sezione d'urto, sezione d'urto Thomson. Interazione di onde EM PPMPL con elettroni legati (modello armonico). Sezione d'urto in funzione della frequenza dell'onda di stimolo, concetto di risonanza, sezione d'urto a piena risonanza, approssimazione lorenziana dell'andamento della sezione d'urto a risonanza.
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Sezione d'urto per elettroni legati per frequenze molto maggiori o molto minori della frequenza propria, sezione d'urto Rayleigh, scattering Rayleigh. Scattering della radiazione visibile nell'atmosfera, colore del cielo. Misure di sezione d'urto con misure di coefficienti di assorbimento.
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Propagazione delle onde EM nei materiali lineari, omogenei e isotropi. Costante dielettrica funzione della frequenza, conducibilità funzione della frequenza. Soluzione delle equazioni di Maxwell nei materiali per onde piane, proprietà delle onde piane, definizione di funzione dielettrica, relazione di dispersione. indice di rifrazione, coefficiente di estinzione. Relazione tra campi E e B dell'onda nel materiale.
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Onde elettromagnetiche all'interfaccia tra materiali, materiali trasparenti, onde riflesse e rifratte, conservazione della frequenza e delle componenti parallele dei vettori d'onda. Polarizzazioni Trasversa Elettrica e Trasversa Magnetica. Rifrazione e legge di Snell dalla conservazione del vettore d'onda parallelo. Angolo critico, riflessione totale, onda evanescente. Funzione dielettrica dei conduttori, riepilogo del modello a tempo di rilassamento per la conduzione nei materiali conduttori.
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Modello a tempo di rilassamento per la conducibilità con campi di stimolo variabili nel tempo, caso armonico, dipendenza dalla frequenza della conducibilità. Frequenza plasmonica, modello elementare per il plasmone, oscillazione della carica di conduzione in una lastra metallica. Modello di plasma senza collisioni, penetrazione dell'onda EM per frequenze minori della frequenza di plasma, indice di rifrazione per frequenze maggiori della frequenza di plasma. Riflessione totale.
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Indice di rifrazione nei raggi X e UV, frequenze di risonanza, regione anomala dell'indice di rifrazione. Riflessione totale esterna per raggi X, specchi per raggi X. Effetto fotoelettrico, esperimento di Lenard, interpretazione di Einstein, quantizzazione del campo EM, fotoni. Spettro EM. Energie di assorbimento di radiazione EM per i livelli K e L di alcuni atomi. Spettroscopia di fotoemissione, XPS e UPS. Misura dell'energia cinetica degli elettroni emessi, conservazione dell'energia, energia di legame degli elettroni di core. Riferimento della scale energetica all'energia di Fermi.
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Shift dell'energia di legame di elettroni di core. Utilizzo per la determinazione delle stato di ossidazione delle speci chimiche presenti nei campioni. Splitting spin-orbita. Effetti di stato finale, satelliti nello spettro di fotoemissione, caso dei plasmoni, larghezza dei picchi e tempi di vita degli stati. Diffrazione di fotoelettroni. Cammino libero medio dei fotoelettroni nei materiali, curva universale, sensibilità alla superficie della tecnica di fotoemissione. Modello a tre step per il processo di fotoemissione. Fotoemissione da banda di valenza/conduzione. Conservazione del vettore d'onda parallelo, determinazione della struttura a bande dei materiali.
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