Schema della sezione

  • Informazioni generali

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    L'obiettivo del corso è di presentare la fenomenologia e la descrizione teorica dei sistemi disordinati in regime classico, con particolare attenzione alle proprietà fisiche di liquidi, liquidi sottoraffreddati, vetri e materiali soffici (colloidi e polimeri). L'insegnamento fornirà i concetti e gli strumenti analitici necessari alla modellizzazione di questi sistemi e introdurrà alcuni dei problemi aperti della fisica dei sistemi vetrosi e della materia soffice. Alcuni aspetti del corso verranno approfonditi con metodi computazionali.

    Programma:
    I temi trattati durante il corso sono nell'ordine: introduzione, colloidi, polimeri, interazioni effettive, diagrammi di fase, trasporto macroscopico, liquidi, liquidi sottoraffreddati, vetri. A supporto di ciascuna unità tematica, saranno forniti appunti, jupyter notebooks, esercizi e materiali di approfondimento.

    Orari:
    Lunedì 9:00-11:00
    Martedì 11:00-13:00
    In aula D, edificio F

    Esame:
    Orale. L'esame comprenderà di massima una domanda a scelta del docente e una breve relazione su uno dei notebook o degli esercizi a vostra scelta, tra quelli segnalati per l'esame.

    Prerequisiti:
    Termodinamica, fisica statistica (laurea triennale)

    Bibliografia:
    Il testo "Basic concepts for simple and complex liquids" di Jean-Louis Barrat e Jean-Pierre Hansen copre quasi integralmente gli argomenti trattati nel corso (abbreviato nel seguito BH). Inoltre "Physics of liquid matter" di Paola Gallo e Mauro Rovere fornisce un supporto allo studio della teoria dei liquidi e dei liquidi sottoraffreddati.

    Per approfondire:
    • "Nonequilibrium statistical physics", Robert Zwanzig: testo di riferimento per la descrizione di fenomeni dipendenti dal tempo in meccanica statistica
    • "Structured fluids", Thomas Witten: testo di approfondimento sulla materia soffice
    • "Introduction to polymer physics", M. Doi: testo compatto e accessibile sulla la teoria dei polimeri
    • "Theory of simple liquids", Jean-Pierre Hansen, Ian R. Mc Donald: la Bibbia della teoria dello stato liquido
    • "Introduction to modern statistical mechanics", David Chandler: include una presentazione compatta delle basi e applicazioni della teoria dello stato liquido
    • "Glassy materials and disordered solids", Kurt Binder, Walter Kob: testo di riferimento sulla transizione vetrosa e sui sistemi disordinati in generale
    • "Models of disorder", J. M. Ziman: una presentazione elegante delle diverse forme di disordine in natura, purtroppo un po' datata
    • "Supercooled liquids for pedestrians", Andrea Cavagna [https://arxiv.org/abs/0903.4264]: superbo articolo di review sulla transizione liquido-vetro, profondo e accessibile

  • Esercizi e notebooks

    Gli esercizi vi permettono di approfondire alcuni metodi analitici visti in corso e vederne alcune applicazioni. Per risolverli potete fare riferimento alle fonti indicate nel testo.

    I jupyter notebooks vi permettono di illustrare i concetti teorici presentati a lezione con un approccio computazionale ed esplorare alcuni argomenti in modo autonomo. Nella maggior parte dei casi basta una semplice modifica (es. decommentare una linea di codice, modificare un grafico) per ottenere il risultato voluto e poterlo confrontare con i risultati analitici. Non si richiede quindi una particolare conoscenza del linguaggio python. Alcuni esercizi più impegnativi e piccoli progetti sono proposti alla fine del notebook.

    Qui sotto potete deporre gli esercizi svolti e i notebooks con i vostri risultati in formato pdf (dal notebook, premete File -> Download as -> PDF via Latex). Riceverete un feedback.

    Tutti i notebooks tranne start, fit, rw e tutti gli esercizi possono essere presentati all'esame.
    • Notebooks URL

      Lista completa dei jupyter notebooks e istruzioni per utilizzarli localmente sui vostri computer

    • Esercizi File PDF
    • Deposito esercizi e notebook Compito

      Caricate qui i vostri notebook e/o gli esercizi svolti. E' possibile aggiungere e sostituire documenti già caricati.

  • Introduzione

    03/10: Tipologie di disordine, ordine a corto, medio, quasi-lungo e lungo raggio
    04/10: Materia condensata dura e soffice, moduli elastici, viscosità, viscoelasticità

    [Notebooks: start, fit]

  • Colloidi

    10/10: Ordini di grandezza e stabilità di una sospensione colloidale, equazione di Langevin, relazione di fluttuazione-dissipazione
    11/10: Funzione di autocorrelazione della velocità e spostamento quadratico medio per una particella colloidale libera, limite sovra-amortito, algoritmo di Ermak.
    17/10: Equazione di Smoluchowski, casi particolari: soluzione stazionaria, particella libera, forza costante.
    18/10: Attivazione termica, problema di Kramers

    [BH 10.1, 10.2, 10.5] [Notebooks: rw, brownian, active]

  • Polimeri

    18/10: Esempi e ordini di grandezza, tipologie di polimeri, distanza end-to-end, raggio di girazione
    24/10: Catena ideale, catena gaussiana, modello di Kratky-Porod
    25/10: Self-avoiding walk, esponente di Flory, effetti energetici, ruolo del solvente
    31/10: Modello di Rouse, cenni sui regimi di densità

    [BH 1.5, 5.5, 10.4] [Notebooks: saw, dna]

  • Interazioni effettive e diagrammi di fase

    14/11: Interazioni effettive, potenziali effettivi tra atomi, molecole e macromolecole, interazioni di van der Waals
    15/11: Cenni sulle interazioni elettrostatiche, stabilizzazione di una sospensione colloidale, hamiltoniana effettiva per colloidi in soluzione
    21/11: Forze di deplezione, potenziale di Asakura-Oosawa, interazioni effettive tra polimeri
    22/11: Esempi di potenziali effettivi a 2 corpi tra polimeri, richiami di termodinamica, diagrammi di fase di materiali normali e anomali, transizioni liquido-liquido
    28/11: Diagramma di fase delle sfere dure, diagrammi di fase di colloidi duri, attrattivi e colloidi ultrasoffici


    [BH 7.7, 2.7, 2.3, 4.6] [Notebooks: interactions]

  • Liquidi

    29/11: Termodinamica di non-equilibrio in regime lineare, coefficienti di trasporto
    05/11: Equazioni di trasporto, identificazione tra coefficienti di trasporto e coefficienti cinetici. Funzioni di correlazione statiche e dinamiche
    06/11: Risposta lineare statica e dinamica, funzione di risposta, teorema di fluttuazione-dissipazione
    07/11: Relazioni di Green-Kubo, funzioni di correlazioni spazio-temporali
    12/11: Funzioni di correlazione della densità microscopica, modelli teorici e simulazioni numeriche, regime libero
    13/12: Approssimazione di Vineyard, regime idrodinamico, approssimazione gaussiana, nozioni sulle funzioni di memoria

     [BH 3.4, 3.5, 3.6, 11.2, 11.3, 11.4] [Notebook: statics, dynamics]

  • Liquidi sottoraffreddati e vetri

    19/12: Fluidi metastabili e instabili, teoria classica della nucleazione, decomposizione spinodale
    20/12: Transizione liquido-vetro: scale di tempo, diagramma tempo-temperatura-trasformazione, classificazione di Angell dei liquidi sottoraffreddati
    09/01: Termodinamica dei liquidi sottoraffreddati: entropia configurazionale, paradosso di Kauzmann, formalismo dell'energy landscape
    10/01: Dinamica dei liquidi sottoraffreddati: modello di Adam-Gibbs, teoria mode-coupling e verifica delle sue predizioni
    12/02: Struttura dei vetri: continuous random network, frustrazione geometrica, random close packing, strutture localmente preferite

    [BH 9.3, 10.6, 12.1, 12.4] [Notebooks: supercooled]