ELEMENTI DI CHIMICA FISICA DEI MATERIALI PER L’ELETTRONICA

Come ben noto a chi si occupa di qualunque tipo di progettazione (ad es. di una struttura, di una “macchina”, di un dispositivo, ecc.), questa non può assolutamente prescindere dalle proprietà dei materiali a disposizione. Inoltre, la conoscenza delle correlazioni proprietà-struttura consente di scegliere, ed anche ideare, materiali adatti a specifiche applicazioni. E’ proprio l’utilizzo di materiali avanzati (citiamo un esempio noto a tutti, quello dei materiali nanostrutturati, che oggi sono oggetto di approfondite ricerche) che sta consentendo grandi balzi in avanti in quasi tutti i campi dell’Ingegneria. Ciò è particolarmente vero nel campo dell’elettronica, dove la necessità di una sempre maggiore miniaturizzazione dei circuiti e dei dispositivi si sta tuttavia scontrando con la difficoltà di reperire materiali adatti, tenendo conto che passando dalla microelettronica alla nanoelettronica si manifestano sempre più rilevanti gli effetti quantistici. E’ quindi necessario che agli studenti delle Facoltà di Ingegneria siano fornite le basi di Chimica e di Fisica che consentano loro innanzitutto di comprendere la struttura di un materiale; a queste devono essere poi aggiunte nozioni più approfondite e specifiche, per collegare le diverse proprietà alla struttura stessa.

In quest’ottica, il presente testo, rivolto agli studenti dei Corsi di Laurea in Ingegneria Elettronica (che nelle diverse Sedi hanno oggi assunto varie denominazioni), si propone di fornire, in modo semplice ed utilizzando strumenti matematici relativamente poco complessi, le nozioni indispensabili per lo studio e l’interpretazione delle proprietà elettriche ed ottiche dei materiali di largo impiego nel campo dell’ elettronica, con particolare riguardo ai semiconduttori. Esso nasce dall’esperienza didattica maturata dagli Autori nello svolgimento di un corso sulle proprietà chimico-fisiche dei materiali rivolto agli allievi ingegneri elettronici, che ha avuto come titolari prima A. Desalvo, ora a riposo, e poi, sino ad oggi, A. Munari.

Il testo si articola nel modo seguente. Dopo aver richiamato le caratteristiche fondamentali delle onde elettromagnetiche e delle onde di materia, con particolare riferimento a quelle relative agli elettroni (Cap. I), viene presentata la risoluzione dell’ equazione di Schrödinger in alcuni casi particolari (Cap. II): il gradino e la barriera di potenziale, con particolare riferimento all’effetto tunnel, la buca di potenziale a pareti infinite e l’oscillatore armonico monodimensionale. Successivamente (Cap. III) viene analizzato il legame covalente puro e quello polarizzato nelle molecole biatomiche mediante il metodo degli Orbitali Molecolari, ottenendo risultati che saranno successivamente utilizzati per la descrizione del legame nei solidi tramite la teoria del tight-binding. Nel Capitolo IV vengono introdotte le nozioni fondamentali di cristallografia, la nozione di reticolo reciproco e sono quindi analizzati i fenomeni di diffrazione dei raggi X e degli elettroni da parte dei reticoli cristallini, con le relative applicazioni allo studio della struttura dei cristalli e alla microscopia elettronica. Nel Capitolo V vengono studiate le vibrazioni nelle molecole e nei cristalli, con accenni alle tecniche spettroscopiche infrarosse e Raman per l’analisi di queste proprietà nei materiali, mentre nel Capitolo VI viene analizzato il legame nei cristalli mediante il modello dell’elettrone quasi libero e quello del tight-binding. Entrambi i metodi vengono estesi al caso dei semiconduttori ed in particolare è analizzata la dipendenza del gap di energia proibita dalla composizione per i semiconduttori composti. Osserviamo che la trattazione dei semiconduttori mediante il metodo del tight-binding, che mette in evidenza la relazione tra il gap di energia proibita e la forza del legame covalente, non si trova comunemente nei testi più diffusi. Tale trattazione è comunque indispensabile per comprendere la struttura a bande dei semiconduttori amorfi, sui quali ha lavorato uno di noi (A. D.), che altrimenti risulta inspiegabile utilizzando gli usuali metodi validi per un reticolo periodico. Sono poi studiate le proprietà elettriche dei metalli e dei semiconduttori (Cap. VII), con particolare attenzione alla dipendenza dalla temperatura del numero dei portatori e della mobilità in questi ultimi, ed infine, nel Capitolo VIII, vengono esaminate le proprietà ottiche dei metalli, dei semiconduttori e degli isolanti nell’ infrarosso, nel visibile e nell’ultravioletto.

Vogliamo sottolineare che nei casi semplici la trattazione matematica è stata sviluppata per intero, mentre in quelli più complessi ci si è limitati a riportare e commentare il risultato finale. Il lettore potrà a limitarsi a ciò anche nei casi più semplici, mentre lo studente più portato alla matematica potrà seguire senza difficoltà le dimostrazioni. Nel testo si è usato il sistema di unità SI, salvo che nel capitolo VIII, relativo alle proprietà ottiche, dove si è preferito l’uso del sistema CGS, perché in questo caso è quello più diffuso, dato che molte espressioni matematiche risultano in tal modo più semplici.

Per gli studenti interessati ad approfondire i temi affrontati in questo libro, offriamo una selezione di riferimenti, pur se necessariamente incompleta. Tra i testi, diciamo così, “generalisti”, ricordiamo innanzi tutto il classico C. Kittel, Introduction to Solid State Physics (J. Wiley, New York), giunto all’ottava edizione (2005), di cui esiste anche un’edizione italiana, C. Kittel, Introduzione alla Fisica dello Stato Solido (Casa Editrice Ambrosiana, Milano, 2008). Altri due testi “generalisti” sono: H. Ibach e H. Lüth, Solid State Physics, An Introduction to Principles of Materials Science, Quarta edizione (Springer, Berlin, Heidelberg, 2009) e S. R. Elliott, The Physics and Chemistry of Solids (J. Wiley, New York, 1998). Un testo scritto per studenti di Ingegneria è: R. E. Hummel, Electronic Properties of Materials, Terza edizione (Springer, Berlin, Heidelberg, 2001). Per studenti con inclinazioni teoriche, ricordiamo: J. M. Ziman, Principles of the Theory of Solids, Seconda edizione (Cambridge University Press, Cambridge, 1972), di cui esiste una traduzione italiana fuori commercio, J. M. Ziman, I principi della teoria dei solidi (Tamburini Editore, Milano, 1975), e N. W. Ashcroft e N. D. Mermin, Solid State Physics (Brooks Cole, Florence, KY, USA,1976).

Infine vogliamo citare il testo in cui è trattata in dettaglio la struttura a bande dei semiconduttori utilizzando la teoria degli orbitali molecolari: W. A. Harrison, Electronic Structure and the Properties of Solids, The Physics of the Chemical Bond (W. H. Freeman, S. Francisco, 1980; ristampata da Dover, New York, 1989).

I° Edizione Febbraio 2010 – Vol. formato 17×24 in brossura cucita – Pag. 236 ISBN: 9788874883561

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Esculapio Chimica, Ingegneria Chimica dei materiali, Desalvo, Elettronica, Fisica dei materiali, Ingegneria, Munari, UNIBO

Questo libro è una raccolta di esercizi concepita in primis per un corso di base sull’Automatica come quelli di Fondamenti di Automatica tenuto al Politecnico di Milano nel contesto dell’Ingegneria dell’Informazione. Rispetto ad altri testi analoghi, le sue particolarità sono brevemente riassunte qui di seguito.

• All’inizio di ogni capitolo vi sono alcuni richiami “teorici” per aiutare lo studente a correlare gli esercizi ivi contenuti con il testo del corso e le lezioni. Tuttavia per ottenere un testo il più snello possibile, tali richiami sono ridotti al minimo indispensabile e soprattutto sono deliberatamente concepiti in modo da risultare utili soltanto a chi conosce già gli argomenti.
• Nel testo si fa uso di due strumenti software di calcolo. Uno è Scilab, alternativa open source al noto pacchetto commerciale MATLAB, che viene usato per compiti di analisi e simulazione di sistemi. L’altro è wxMaxima, è anch’esso open source ed è un pacchetto CAS (Computer Algebra System) impiegato in questo lavoro per compiti di calcolo simbolico.
• La materia è organizzata e trattata secondo lo spirito dei corsi di Fondamenti di Automatica, ovvero in modo principalmente metodologico e astratto dalle sue possibili applicazioni (oggetto invece di corsi successivi).
• Ove lo si è ritenuto opportuno, sono stati evidenziati dopo la soluzione di un esercizio, gli errori più tipici che gli studenti (stando all’esperienza degli Autori) compiono in esso.
• Il numero di esercizi non è grandissimo perchè a opinione degli autori è bene contrastare la tendenza di alcuni studenti a (credere di) imparare la materia con un gran numero di esercizi. Si è cercato piuttosto di legare i suddetti esercizi con un filo logico in modo che il loro svolgimento consegua al meglio il desiderato effetto di confermare e consolidare l’apprendimento dei concetti sottostanti.

Nello struttura il testo ci si è sostanzialmente attenuti all’organizzazione didattica del corso di Fondamenti di Automatica che Alberto Leva tiene da diversi anni al Politecnico di Milano. Rispetto al testo dei proff. Bolzern, Scattolini e Schiavoni, che è adottato per quel corso ma è significativamente più ampio dei suoi 10 crediti, vi sono quindi in questo eserciziario degli argomenti in meno.

I° Edizione Febbraio 2010 – Vol. formato 17×24 in brossura cucita – Pag. 155 – Il volume è attualmente in stampa

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Esculapio Elettronica, Ingegneria Alberto Leva, Fondamenti di Automatica, Martina Maggio, Politecnico di Milano

ELETTROTECNICA – ESERCIZI RISOLTI

Questa raccolta di esercizi ed esempi di elettrotecnica nasce da una richiesta, avanzata da parte degli studenti, di un testo per esercitarsi all’apprendimento dell’elettrotecnica di base. Il corso di elettrotecnica di base, indipendentemente dalle denominazioni che assume nei diversi percorsi di laurea, si propone come obiettivo operativo/quantitativo piuttosto che descrittivo/qualitativo. Questo a dire che nel corso non vengono presentati solo concetti astratti o un’enumerazione di nozioni, ma che lo scopo del corso è tradurre questi concetti in una capacità di comprendere ed applicare regole e nozioni di base a diversi esempi numerici. Infatti, nel seguito del curriculum, lo studente troverà sul suo percorso materie che utilizzeranno capacità operative di elettrotecnica applicandole a studi diversi, dall’elettrotecnica avanzata, all’elettronica, agli azionamenti ed ai sistemi elettrici. Il Nuovo Ordinamento degli studi universitari ha accentuato questa caratteristica operativa, sfrondando spesso i corsi di elettrotecnica di base da più parti più accessorie e concentrandosi sull’apprendimento dello strumento circuitale. (leggi tutto)

ALDO CANOVA è Professore Associato al Dipartimento di Ingegneria Elettrica del Politecnico di Torino

GIAMBATTISTA GRUOSSO è Ricercatore presso il Dipartimento di Elettronica e Informazione del Politecnico di Milano

MAURIZIO REPETTO è Full Professor al Dipartimento di Ingegneria Elettrica del Politecnico di Torino

I° Edizione Febbraio 2010 – Vol. formato 17×24 in brossura cucita Pag. 172 – ISBN 9788874883523

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Esculapio Elettrotecnica, Ingegneria Canova, Esercizi di Elettrotecnica, Gruosso, Politecnico di Torino, Repetto

Aggiornamento al Vol. I del Regolamento di Polizia Veterinaria

AGGIORNATO AL 12 GENNAIO 2010

La emanazione di importanti norme relative alle malattie degli animali denunciabili ai sensi del Regolamento di Polizia Veterinaria è stata l’occasione per la pubblicazione di questo volume di Aggiornamento al Regolamento di Polizia Veterinaria, approvato con D.P.R. 8 febbraio 1954, n. 320.

Per facilitare la consultazione da parte del lettore, è stata rispettata la suddivisione in Capitoli del testo originario, aggiornato al 15/03/2007; viene inoltre data in questo volume, indicazione della pagina in cui è possibile reperire lo stesso argomento nel volume del 2007, denominato per brevità.

Vol. formato 17×24 in brossura cucita – Pag. 332 – ISBN: 9788874883509

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Esculapio Veterinaria aggiornamento, Benazzi, Polizia Veterinaria

Esercizi di Elettromagnetismo – Elettricità

L’opera ha lo scopo di introdurre gli Studenti della Facoltà di Ingegneria allo studio delle metodologie di risoluzione dei problemi di Fisica Generale II. Gli esercizi presentati, raccolti durante il lavoro di molti anni, sono tutti provenienti da prove scritte di esami dei vari corsi di laurea, e vengono risolti seguendo i metodi adottati durante le lezioni. In ogni problema gli strumenti matematici utilizzati sono spiegati e semplificati in modo da permettere allo studente di concentrarsi più sulla comprensione della fisica del problema, piuttosto che sulla matematica adottata. Sono comunque propedeutici alla comprensione del testo gli argomenti trattati in un corso di Analisi Matematica I.

Abbiamo corredato tutti gli esercizi di molte figure, in modo da aiutare lo Studente sia nella comprensione dello svolgimento, sia nella visualizzazione delle grandezze fisiche vettoriali, talvolta non semplice. Molte figure sono volutamente ingrandite, in modo da poter apprezzare dettagli talvolta importanti.

L’opera “Esercizi di Elettromagnetismo” è divisa in due parti. Il primo volume contiene problemi riguardanti l’ Elettricità, mentre il secondo tratta esercizi di Magnetismo. Gli argomenti trattati seguono le definizioni e le metodologie esposte nei volumi “Elettromagnetismo”, degli stessi Autori. Alcuni argomenti, ed alcune tipologie di esercizi, sono stati omessi per non appesantire il contenuto del volume. Non sono altresì presenti esercizi riguardanti le onde elettromagnetiche, in quanto non inclusi nelle prove scritte da molti anni. Gli esercizi riguardanti i Circuiti Elettrici Lineari non sono stati riportati. I due volumi “Circuiti Elettrici Lineari”, degli stessi Autori e non più in commercio, sono disponibili gratuitamente sotto forma di file .pdf presso gli Autori e presso l’Editore. Desideriamo ringraziare tutti gli Studenti che ci segnaleranno sviste od errori, purtroppo inevitabili anche dopo i nostri ripetuti controlli. Un ringraziamento affettuoso al Maestro Giuliano Ghelli, amico carissimo, per aver gioiosamente contaminato la nostra copertina con la sua “elettrizzante” fantasia.

I° Edizione 2010 Vol. formato 17×24 – Pag. 136 – ISBN: 9788874883516

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Esculapio Fisica, Ingegneria Borchi, Elettricità, Elettromagnetismo, Fisica, Nicoletti

PROGETTI DI COMUNICAZIONI ELETTRICHE

Questo libro ha lo scopo di presentare agli allievi ingegneri, che studiano le tecnologie dell’informazione orientate alle telecomunicazioni, una serie di esercitazioni numeriche sul dimensionamento dei collegamenti radio, soprattutto via satellite e dallo spazio profondo. I “progetti” hanno una funzione soltanto didattica, anche se riguardano sistemi reali, perchè ancora oggi “…Chi vorrà acquisire una conoscenza approfondita dei sistemi di comunicazione finora attuati o in via di attuazione dovrà leggere articoli, memorie, descrizioni tecniche…” Essi non hanno neppure la pretesa di costituire un testo didattico completo o enciclopedico, ma soltanto di offrire un metodo di progetto collaudato. Mancano, quindi, molti commenti, precisazioni, correzioni di rotta, attualizzazioni e divagazioni che rendono una loro presentazione orale più viva del testo corrispondente…(continua)

I° Edizione Gennaio 2010 – Vol. formato 17×24 in brossura cucita – Pag. 240 ISBN: 9788874883493

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Esculapio Elettronica, Ingegneria Comunicazioni elettriche, Elettronica, Emilio Matricciani, Politecnico di Milano

PARESCHI – IMPIANTI MECCANICI PER L’INDUSTRIA

Questo testo si propone di fornire i criteri generali e i corrispondenti metodi matematici per la progettazione tecnica ed economica degli impianti meccanici di servizio, intesi come sistemi ausiliari strettamente inseriti negli impianti industriali o sistemi di produzione e finalizzati a rendere disponibili i servizi necessari al corretto sviluppo dei processi produttivi. Di tali impianti elementari e ricor- renti, presenti nei sistemi di produzione non solo industriali ma anche del terziario, vengono trattati principi teorici, schemi generali di funzionamento, adozione dei componenti, metodi di progettazio- ne ed ottimizzazione tecnico-economica, norme e regolamenti. Dopo i tre capitoli iniziali dedicati alla classificazione degli impianti meccanici di servizio e alla definizione del loro ruolo nei sistemi produttivi dell’industria e del terziario, alla illustrazione dei criteri di ottimizzazione tecnico-economica da utilizzare nella progettazione e degli strumenti di valutazione economica della redditività degli investimenti impiantistici, vengono presi in considerazione i principali impianti meccanici di servizio e precisamente gli impianti per la produzione combinata di energia elettrica e termica nei sistemi produttivi industriali, gli impianti per la produzione e distribuzione dell’energia termica tramite vapore tecnologico, gli impianti di concentrazione ad effetti multipli e a termocompressione, gli impianti termici ad acqua calda, come pure gli impianti termici ad aria calda ed in particolare gli essiccatoi a tunnel, gli impianti per l’approvvigionamento idrico e gli impianti antincendio, gli impianti di condizionamento e gli impianti frigoriferi, gli impianti per la produzione e distribuzione dell’aria compressa e gli impianti per il servizio dei combustibili. Il testo si conclude con la trattazione degli impianti di trasporto multifase, degli impianti di aspirazione di polveri fumi e gas, finalizzati al benessere dell’ambiente di lavoro, e degli impianti di ventilazione. Obiettivo di questo testo è fornire agli studenti dei corsi universitari dell’area meccanica, industriale e gestionale ma anche agli ingegneri e tecnici, operanti nella realtà industriale, una trattazione degli impianti meccanici di servizio didatticamente semplice e fortemente orientata alla progettazione e centrata sui criteri di ottimizzazione tecnica ed economica del progetto dell’impianto. La trattazione, corredata, ovunque possibile, di approcci quantitativi supportati da idonei strumenti matematici, vuole offrire per ogni tipo di impianto di servizio esaminato una traccia semplice e chiara della procedura di dimensionamento ottimale dell’impianto e dei principali parametri operativi e componenti.

ARRIGO PARESCHI, laureato in ingegneria nucleare (indirizzo meccanico) nel 1969, è professore ordinario di “Impianti industriali” e docente di “Impianti meccanici” e di “Sistemi di produzione automatizzati” presso la Facoltà di Ingegneria di Bologna, della quale è stato Preside dal 1995 al 2001(negli stessi anni è stato membro di diritto del Senato accademico). In precedenza nella stessa Facoltà era stato Presidente del Corso di Laurea in Ingegneria meccanica e Presidente del nuovo Corso di Laurea in Ingegneria gestionale attivato presso le sedi di Bologna e Reggio Emilia. Membro della Giunta dell’Ateneo di Bologna (dal 1998 al 2001 e dal 2002 al 2008) e del Consiglio di Amministrazione della stessa Università (dal 2002 al 2008), ha ricoperto in tale ambito e in successione il ruolo di Presidente della Commissione Ricerca Scientifica, dell’Osservatorio della Ricerca, della Commissione Personale e della Commissione Edilizia. È stato Vice Presidente dell’ANIMP-Associazione Nazionale di Impiantistica industriale e direttore della Rivista “Impiantistica Italiana”, organo ufficale dell’ANIMP. Ha fato parte del Comitato scientifico della Scuola “Profingest” di Bologna per il Master in Business Administration e del Collegio dei docenti del Master universitario in “Gestione integrata della catena logistica” promosso in collaborazione con la Scuola COFIMP di Bologna. Dal 2002 al 2005 ha diretto il Master universitario in “Facility management e global service” promosso in collaborazione con Manutencoop. È autore del testo “Impianti industriali” e coautore di “Logistica integrata e flessibile”- Società Editrice Esculapio.

I Edizione Gennaio 2010 – Vol. formato 17×24 in brossura cucita – Pag. 368 ISBN: 9788874883455

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Esculapio Ingegneria, Meccanica Arrigo Pareschi, Impianti Meccanici, Industria, Ingegneria, UNIBO