PHYSICS OF SOFT MATTER

L'insegnamento è una attività formativa caratterizzante del Corso di Laurea in Scienze e Teconologie dei Bio e Nanomateriali, e consente allo studente di acquisire delle nozioni base di meccanica statistica classica applicata ai sistemi di materia soffice, quali sospensioni colloidali, polimeri e macromolecole, e di avere le nozioni fondamentali necessarie per comprendere il funzionamento delle simulazioni al calcolatore con i metodi Monte Carlo e Dinamica Molecolare.
Gli obiettivi formativi sono la comprensione delle assunzioni fondamentali della meccanica statistica classica applicata ai sistemi di materia soffice. Il corso comincerà con la presentazione della meccanica statistica classica, per poi introdurre alcuni risultati fondamentali del campo, quali le forze di deplezione e le leggi di scala nei polimeri. Nella seconda parte del corso, verranno introdotte le basi teoriche delle simulazioni al calcolatore per i metodi Monte Carlo e Dinamica Molecolare, e verrà sviluppato un semplice programma di simulazione nelle ultime lezioni.

Conoscenza e comprensione:
A) Conoscere le basi della meccanica statistica classica.
B) Sapere la teoria su cui si basano le simulazioni al calcolatore.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione:
A) Saper riprodurre i risultati piu' importanti nel campo della materia soffice.
B) Conoscere il funzionamento di un programma di simulazione e saperne interpretare i risultati.

Il corso prevede l'utilizzo di strumenti matematici quali integrali in molte dimensioni, sviluppi in serie di Taylor e serie numeriche, ed è pertanto richiesta familiarità con tali strumenti matematici. Inoltre, il corso farà frequenti riferimenti alla termodinamica, e pertanto avere chiari i concetti termodinamici di base è necessario per poter seguire agevolmente le lezioni.

ENSEMBLE TERMODINAMICI
1. Il concetto di ensemble termodinamico.
2. Sistemi isolati e ensemble microcanonico.
3. Connessioni con la termodinamica per l'ensemble microcanonico.
4. Thermodinamica nel gas ideale per il microcanonico.
5. Sistemi termicamente accoppiati e ensemble canonico.
6. Connessione con la termodinamica nell'ensemble canonico.
7. Equivalenza tra gli ensemble microcanico e canico.
8. Termodinamica del gas ideale nell'ensemble canonico.
9. Sistemi termicamente e chimicamente accoppiati e ensemble gran-canonico.
10. Equivalenza tra gli ensemble gran-canonico e canonico.
11. Thermodinamica ed equazione di stato nell'ensemble gran-canonico.
12. Termodinamica del gas ideale nell'ensemble gran-canonico.

TRANSIZIONI DI FASE E FENOMENI CRITICI
1. Introduzione ai fenomeni critici.
2. Parametri d'ordine.
3. Fenomenologia generale delle transizioni di fase.
4. Coesistenza di fase e regola di Gibbs.

GAS IDEALE E METODI TEORICI
1. Derivazione dell'equazione di van der Waals.
2. Teoria di campo medio di van der Waals.
3. Funzioni di correlazione a coppie, funzioni di distribuzione radiale e fattore di struttura.
4. Relazione tra funzioni termodinamiche e g(r)
5. Le espansioni a cluster e del viriale
6. Teoria delle perturbazione termodinamica.

SISTEMA COLLOIDALE E INTERAZIONI
1. Ordini di grandezza.
2. Forze di deplezione e meccanismo di Asakura-Oosawa.
3. Teoria di Debye-Huckel.
4. Esempi di soluzioni e ordini di grandezza.

POLIMERI
1. Il modello Freely-Jointed-Chain.
2. Limite del continuo e catena Gaussiana.
3. Entropia di una catena gaussiana.
4. Fattore di struttura e raggio di girazione.
5. Calcolo esatto del fattore di struttura per una catena gaussiana.
6. Effetti di volem escluso e teoria di Flory.
7. Effetti di irrigidimento e modello Worm-like Chain.

NUMERICAL SIMULATIONS:
1. Teoria di Base delle Simulazioni Numeriche.
2. Metodo Monte Carlo e regola di Metropolis.
3. Metodo Dinamica Molecolare.
4. Equivalenza dei Metodi.
5. Relazioni con gli esperimenti tramite la g(r).
6. Correlazioni temporali, tempi di rilassamento ed interpretazione dei risultati.

D. Frenkel, B. Smit, Understanding Molecular Simulation

Le conoscenze acquisite dagli studenti saranno verificate tramite una presentazione di un metodo teorico o tramite lo sviluppo di un programma di simulazione sotto la guida del docente.

orale

Lezioni in classe

Accessibilità, Disabilità e Inclusione

Accomodamenti e Servizi di Supporto per studenti con disabilità o con disturbi specifici dell’apprendimento:
Ca’ Foscari applica la Legge Italiana (Legge 17/1999; Legge 170/2010) per i servizi di supporto e di accomodamento disponibili agli studenti con disabilità o con disturbi specifici dell’apprendimento. In caso di disabilità motoria, visiva, dell’udito o altre disabilità (Legge 17/1999) o un disturbo specifico dell’apprendimento (Legge 170/2010) e si necessita di supporto (assistenza in aula, ausili tecnologici per lo svolgimento di esami o esami individualizzati, materiale in formato accessibile, recupero appunti, tutorato specialistico a supporto dello studio, interpreti o altro), si contatti l’ufficio Disabilità e DSA disabilita@unive.it.