(per iscrizioni A.A. 2022/23) 
Teoria dei quanti e meccanica quantistica: di cosa parliamo
La teoria dei teoria dei quanti, per la sua natura ancora in parte misteriosa, esercita un forte appeal sugli appassionati di fisica.
Per i giovani affascinati dalla materia che stanno valutando la possibilità di approfondire le proprie conoscenze in merito, attraverso un percorso universitario specifico, abbiamo deciso di realizzare questa piccola guida nella quale spigheremo in maniera chiara e sintetica cos’è la fisica quantistica e in cosa si differenzia da quella ‘classica’.
Partiamo da una premessa.
La fisica quantistica spiegata in modo semplice altro non è che la teoria che descrive il comportamento della materia, della radiazione e di tutte le loro interazioni, a livello microscopico.
Teoria quantistica
Volendo dare una più precisa definizione di teoria quantistica riportiamo qui di seguito quella fornita da Wikipedia.
“La meccanica quantistica (anche detta fisica quantistica o teoria dei quanti) è la teoria fisica che descrive il comportamento della materia, della radiazione e le reciproche interazioni, con particolare riguardo ai fenomeni caratteristici della scala di lunghezza o di energia atomica e subatomica”
Entriamo maggiormente nel dettaglio della materia …
La teoria quantistica, formulata da Max Planck agli inizi del Novecento, nasce da una ricerca condotta sulla radiazione emessa da un corpo nero.
Tale corpo ha la capacità di assorbire tutte le radiazioni incidenti e di irradiarle a sua volta in maniera dipendente dalla temperatura ma indipendente dalla natura del materiale.
La teoria dei quanti e i successivi studi condotti da Einstein sull’effetto fotoelettrico portano alla scoperta della natura corpuscolare della luce.
La teoria dei quanti si basa sul criterio della quantizzazione: quantità fisiche come l’energia non possono essere scambiate in modo continuo ma attraverso ‘pacchetti’ (quanti); un sistema può pertanto possedere valori di energia specifici, e non illimitati come invece sostenevano le leggi della fisica classica.
In riferimento al corpo nero egli ipotizza che la radiazione emessa non fosse continua ma ‘quantizzata’, o detto in altre parole emessa in quantità di energia limitata (quanti di energia).
Ma cosa sono i quanti di energia?
Il quanto di energia è una quantità minima al di sotto della quale non possono avvenire scambi.
L’ipotesi di Planck viene confermata qualche anno più tardi con l’analisi di Einstein sull’effetto fotoelettrico, il fenomeno che si manifesta quando un corpo esposto a onde luminose o a radiazioni elettromagnetiche, di varia frequenza, emette particelle elettricamente cariche.
In tal caso gli elettroni vengono emessi da una superficie metallica, o anche da un gas, in seguito all’assorbimento dell’energia trasportata sulla stessa superficie da radiazioni di frequenza alta come ad esempio le radiazioni ultraviolette.
Secondo la teoria dell’elettromagnetismo classico, l’energia cinetica degli elettroni emessi dipende dall’intensità della radiazione incidente; secondo i dati sperimentali invece, l’energia degli elettroni è indipendente dall’intensità e dipendente dalla frequenza della radiazione incidente.
Dal momento che la natura della luce, secondo la teoria classica, era esclusivamente ondulatoria la teoria dei quanti di Einstein risultò inspiegabile per cui non venne, inizialmente, accettata.
La teoria classica, secondo la quale la luce consisteva di onde, continuò ad essere applicata in altri campi con discreto successo.
L’ipotesi della natura corpuscolare della luce viene confermata 17 anni più tardi, con la scoperta dell’effetto Compton.
Corsi di laurea in Ingegneria
La fisica è una delle materie incluse nei piani di studi dei corsi di laurea in ingegneria.
Presso l’Università Telematica Niccolò Cusano lo studio della materia è prevista dai seguenti percorsi triennali:
- ingegneria Industriale Gestionale
- ingegneria Industriale Elettronica
- ingegneria Industriale Meccanica
- ingegneria Civile
- ingegneria Industriale Agroindustriale
- ingegneria Industriale Biomedica
Il modulo ‘fisica generale’ mira a fornire competenze di base in merito a Meccanica e Termodinamica.
La prima parte è incentrata su cinematica e dinamica, sui principi fondamentali della conservazione e non conservazione dell’energia meccanica.
Successivamente segue una sessione pratica, durante la quale è prevista l’applicazione dei modelli appresi alla meccanica dei sistemi complessi e del corpo rigido.
L’ultima parte si basa sui principi base della termodinamica.
Il programma è suddiviso in 5 moduli che nel dettaglio prevedono i seguenti argomenti:
- Richiami di Matematica base. Cinematica del punto materiale.
- Dinamica del punto materiale.
- Lavoro, Energia Potenziale, Energia Cinetica.
- Dinamica dei sistemi materiali e del corpo rigido
- Introduzione alla termodinamica
L’approfondimento della materia dedica ampio spazio alla pratica nell’ambito della quale numerose esercitazioni sugli argomenti studiati.
Per agevolare la frequentazione del corso Unicusano offre la possibilità di usufruire della modalità formativa a distanza che consente di studiare online, comodamente da casa.
Attraverso una piattaforma telematica, accessibile da pc o da dispositivo mobile, è possibile seguire le lezioni in streaming, a qualsiasi ora del giorno o della notte; è possibile ascoltare più volte una stessa registrazione, interromperla in qualsiasi momento per poi riprenderne la visione, successivamente, dallo stesso punto o anche dall’inizio.
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