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Oggetto:
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Esperimentazioni II (corso B)

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Physics Laboratory II

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Anno accademico 2018/2019

Codice dell'attività didattica
MFN0550
Docenti
Prof. Stefano Argiro' (Titolare del corso)
Prof. Riccardo Bellan (Titolare del corso)
Corso di studi
008703 Laurea in Fisica
Anno
2° anno
Periodo didattico
Secondo periodo didattico Terzo periodo didattico
Tipologia
B=Caratterizzante
Crediti/Valenza
12
SSD dell'attività didattica
FIS/01 - fisica sperimentale
Modalità di erogazione
Tradizionale
Lingua di insegnamento
Italiano
Modalità di frequenza
Obbligatoria
Tipologia d'esame
Scritto ed orale
Prerequisiti
Elettricità e magnetismo
Elettromagnetismo e Ottica
Electricity and Magnetism, Electromagnetism and optics
Propedeutico a
Oggetto:

Sommario insegnamento

Oggetto:

Obiettivi formativi

Primo Modulo: Elettrotecnica

Fornire le nozioni fondamentali per l'analisi dei circuiti elettrici e per l'utilizzo di strumenti di laboratorio, per la caratterizzazione e lo studio sperimentale di circuiti elettrici: tester, oscilloscopi digitali (e analogivi) con FFT, generatori di funzioni, alimentatori stabilizzati, ponti RLC. Misure di comportamento di circuiti elettrici composti da resistenze, condensatori, induttanze, diodi, celle solari e transistor BJT. Gli studenti apprenderanno l'uso ed i limiti della strumentazione elettronica di base necessaria per effettuare misure elettriche ed elettroniche.

Secondo Modulo: Ottica e Fisica Moderna

Lo scopo del modulo è imparare ad operare autonomamente in laboratorio svolgendo esperienze fondamentali nella storia della fisica classica, in particolare nell'ottica geometrica e fisica. Gli strumenti a disposizione sono basati sugli elementi fondamentali dell'ottica: lenti, prismi, interferometri, reticoli di diffrazione, polarimetri. Inoltre verrà richiesto di dimostrare di aver acquisito le nozioni relative all'analisi dei dati raccolti in laboratorio e di essere in grado di utilizzarli per stilare un resoconto dettagliato dell'esperienza. 

Per partecipare con profitto alla presa dati è indispensabile aver preparato l'esperienza in anticipo, studiando con attenzione l'apparato sperimentale e riportandone le caratteristiche fondamentali sul logbook. Per l'analisi dati di ciascuna esperienza verrà fornita una traccia non vincolante. Si lascia allo sperimentatore la libertà di analizzare i dati al meglio, a seconda dell'esperienza e dei dati raccolti.

 

First Module: Electrotechnics

To give the fundamental basics on electrical circuits analysis and the use of lab instruments for the characterization and experimental study on electrical circuits: : tester, analog and digital oscilloscope with FFT, function generators, stabilizer power supplies, RLC bridges. Measurements of behaviour of electrical circuits composed by resistances, condensers, inductances, diodes and solar cells.
Students learn how to use and the limits of basic electronic instrumentation necessary for electrical and electronic measures.

This first module includes 9 experimental activities to be done in the laboratory.

Second Module: Optics and Modern Physics

The aim of the module is to learn to work autonomously in the laboratory, doing experimental activities which were fundamental in the history of Classical Physics, in particular in geometric and physical optics. The available instruments are based on the basic elements of Optics: lenses, prisms, interferometers, diffraction gratings, polarimeters. In addition it will be required to prove to have achieved the notions related to the analysis of data collected in the lab and to be able to use them to write a detailed report on the experimental work.

To take part in the data collection in the best way, it is indispensable to have planned the experimental work in advance, studying in detail the experimental set up and writing down its main features on the logbook. For the data analysis of each activity a suggested outline, not strictly binding, will be provided. The experimenter is left free to analyse the data in the best way he presumes, depending on the experimental work and the collected data

Oggetto:

Risultati dell'apprendimento attesi

Acquisire la capacità di risolvere problemi che coinvolgono elementi circuitali e di dispositivi ottici. Acquisire la capacità di operare autonomamente nell'ambito di un'attività di tipo sperimentale e di approcciare in modo critico le esperienze di laboratorio. Al termine del corso gli studenti dovranno essere in grado di saper ripetere, discutere e approfondire le esperienze svolte, dimostrando di aver acquisito adeguata competenza nell'uso della strumentazione, dettagliando i problemi riscontrati, la possibilità o meno di adottare un approccio statistico nell'analisi dei dati, spiegare le eventali sorgenti di errori sistematici e quotarne l'incidenza sul risultato finale.

To acquire the capability to work autonomously with regard to an experimental activity and to critically approach the lab activities. At the end of the course the students must be able to discuss and scrutinize the experimental activities which has been done, proving to have acquired an adequate competence in the use of instrumentation, detailing the observed problems, the possibility of using a statistical approach in the data analysis, explaining the possible statistical error sources and assessing their effect on the final result.

Oggetto:

Modalità di insegnamento

Lezioni frontali introduttive: richiamo di concetti di base, descrizione delle esperienze

Esercitazioni in Laboratorio:  sessioni interattive di 2 o 4 ore per lo svolgimento di ciascuna esperienza

Analisi dei dati (svolta in autonomia e/o in laboratorio col supporto del docente)

Introductive class-taught lectures: recall of basic concepts, description of the experiences

Practical lab exercises:  interactive sessions of 2 or 4 hours for the execution of each experience

Data Analysis (done autonomously and/or in the laboratory with the support of the professor)

Oggetto:

Modalità di verifica dell'apprendimento

Per entrambi i moduli: esame scritto, esame dei report di laboratorio e prova pratica in laboratorio con esame orale. Il superamento dello scritto permette di accedere alla prova pratica, il cui risultato verrà discusso alla prova orale.

Ogni prova mira a valutare le competenze acquisite in differenti ambiti: esame scritto → competenze teoriche acquisite; esame elaborati → competenze in analisi e trattamento dei dati e della metodologia di lavoro; esame pratico → competenze pratiche e metodologia di lavoro specifica; esame orale → tutte le precedenti.

Regole generali

Al termine del primo modulo (secondo periodo didattico), gli studenti frequentanti potranno sostenere l'esame sulla relativa parte. In caso di superamento di tutte le prove (esonero completo), l'esito avrà validità permanente. In caso di superamento della sola prova scritta (esonero parziale), l'esito della stessa avrà validità fino alla fine dell'anno solare. Attenzione: formulato il giudizio al termine della prova orale l'esame risulterà essere completato e qualsiasi altro atto, salvo la registrazione del voto, prevederà la ripetizione di tutte le prove d'esame.

Tutti gli altri appelli d'esame prevedono la valutazione contemporanea del primo e del secondo modulo (voto unico). Non è possibile sostenere solo la parte relativa ad uno dei due, a meno che non si abbia superato l'esonero di marzo-aprile relativo al primo modulo. Limitatamente alla sua validità temporale (e a quanto segue), l'esonero parziale del primo modulo può essere speso più volte e non necessità di essere ripetuto.

In caso di superamento dello scritto relativo ad entrambi i moduli, la validità del suo esito cesserà alla fine dell'anno solare in cui è stato superato. Lo scritto è superato se risulta sufficiente in entrambi i moduli. Attenzione: formulato il giudizio al termine della prova orale l'esame sarà considerato completato e qualsiasi altro atto, salvo la registrazione del voto, prevederà la ripetizione di tutte le prove d'esame, eccettuato l'esonero completo del primo modulo, che ha validità indeterminata.

In caso di ripetizione di una prova, il nuovo esito, nel bene e nel male, sostituisce il precedente.

Valutazione attività di laboratorio

Termini di consegna degli elaborati

- I modulo: per chi intendesse sostenere l'esonero completo al termine del secondo periodo didattico, salvo diverse indicazioni da parte del docente, gli elaborati dovranno essere consegnati tassativamente al termine della prova scritta (o nei giorni precedenti). La mancata consegna nei termini previsti implica la non ammissione alla prova pratica. Per chi invece non intendesse sostenere l'esonero completo, è tenuto a consegnere gli elaborati entro il primo giorno di lezione (incluso) del terzo periodo didattico. Chi non consegnerà gli elaborati entro tale data non potrà sostenere l'esame di Esperimentazioni II nella prima sessione estiva (né a giugno né a luglio) e avrà un fattore 0.9 di penalità sul voto finale complessivo.

- II modulo: per chi intendesse sostenere l'esame nella prima sessione estiva, gli elaborati dovranno essere tassativamente consegnati al termine della prova scritta (o nei giorni precedenti). La mancata consegna nei termini previsti implica la non ammissione alla prova pratica immediatamente successiva alla prova scritta di riferimento. Chi invece intendesse sostenere l'esame in sessioni future, è tenuto a consegnare gli elaborati entro il 31 luglio. Chi non consegnerà gli elaborati entro tale data non potrà sostenere l'esame di Esperimentazioni II nella seconda sessione estiva (settembre) e avrà un fattore 0.9 di penalità sul voto finale complessivo. 

Valutazione degli elaborati

Per ogni esperienza, ogni studente è tenuto ad avere un foglio di calcolo su Drive in condivisione con il docente. I dati raccolti andranno condivisi con il docente entro 24h dalla presa dati.

Di ogni esperienza bisognerà redigere una breve relazione (max due pagine), in cui andrà riportata la componentistica specifica usata, la metodologia di analisi seguita, l'elaborazione dei dati, i risultati ottenuti ed i commenti ad essi. Le eventuali tabelle, se più lunghe di 5 righe, dovranno essere messe in appendice alla relazione (non entreranno nel computo delle due pagine), oppure messe in bella copia nelle pagine di Drive.

Le relazioni sono strettamente personali ed è richiesto uno sforzo individuale nella loro stesura. Le relazioni andranno caricate su Drive e condivise con il docente entro i termini indicati nella sezione precedente.

Alle relazioni verrà assegnato un giudizio (Ottimo/Distinto/Buono/Discreto/Sufficiente/Insufficiente) e saranno oggetto della prova orale.

Prova pratica

Il giorno della prova orale ad ogni candidato sarà assegnata una esperienza, scelta tra quelle oggetto del corso, che andrà svolta e portata a termine correttamente. La corretta esecuzione della prova pratica è indispensabile al superamento dell'esame. Per prepararsi al tale prova, al singolo studente è affidata la responsabilità di redigere il suo personale manuale delle esperienze di laboratorio (logbook), da scriversi giorno per giorno durante lo svolgimento del corso. È a discrezione del docente la presa in visione, in qualunque momento, del materiale redatto.

Ulteriori note:

Si raccomanda la lettura del documento redatto dalla Scuola di Scienze della Natura: https://www.scienzedellanatura.unito.it/it/tutorato/carta-della-valutazione .

 

 

Written examination, lab report and Oral/Practical examination.
Passing written the examination gives access to the  practical examination, the result of which will be discussed during the oral examination.

Oggetto:

Attività di supporto

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Programma

I Modulo:

Caratteristiche dei componenti elettrici fondamentali. Teoremi fondamentali dell'elettrotecnica e calcolo simbolico per tensioni alternate sinusoidali. Studio di circuiti notevoli: partitori, filtri passa basso/alto, passa banda e soppressore di banda, raddrizzatore, trasformatore, derivartore/integratore, amplificatore. Uso e funzionamento della strumentazione di misura: tester ed oscilloscopi. Misura di parametri fondamentali: resistenze, capacità e induttanza. Studio e misura dei componenti base di un circuito: resistenze, condensatori, induttanze, diodi al silicio e led, transistor BJT, celle solari. Introduzione all'analisi con ROOT e programmazione in C++.

Questo primo modulo comprende 9 esperienze da svolgere in laboratorio.

Esperimenti:

  1. Caratteristica di una lampadina e resistenza interna di strumenti di misura (amperometri e voltmetri)
  2. Oscilloscopio e ciclo di isteresi
  3. Filtri passa basso e passa alto con circuiti RC
  4. Filtri e rifasamento circuiti RLC
  5. Diodi: curva caratteristica e raddrizzamento semionda
  6. Caratteristiche di un transistor BJT
  7. Amplificatore con transistor BJT (emettitore comune)
  8. Pannello fotovoltaico
  9. Arduino

 

II Modulo

Ottica geometrica: natura e propagazione della luce e approssimazioni dell'ottica geometrica,indice di rifrazione, riflessione e rifrazione, riflessione totale, prisma, specchi piani e sferici, diottro sferico, lenti sottili, sistema formato da due lenti sottili, sistema diottrico centrato generico.

Ottica fisica (la teoria di queste parti e' trattata piu' diffusamente nel corso di Elettromagnetismo e Ottica): Interferenza, diffrazione, reticolo di diffrazione, polarizzazione della luce, prisma di Nicol, lamine a quarto d'onda e a mezz'onda

Fisica Moderna: La costante di Planck.

 

Esperimenti: 

  1. Misura della distanza focale di una lente convergente e di una lente divergente
  2. Misura spettroscopica dell'indice di rifrazione del vetro in funzione della lunghezza d'onda
  3. Misura del coefficiente di estinzione di un liquido, legge di Malus, reticolo, lamine
  4. Misure di potere rotatorio di soluzioni tramite il Polarimetro di Laurent
  5. Esperimenti di interferenza e diffrazione e misure interferometriche.
  6. Interferometro di Michelson
  7. Determinazione della costante di Planck tramite effetto fotoelettrico.

I Module:

Use of the oscilloscope and of electrical measurement instruments. Measurement of fundamental parameters: Resistors, capacitors and inductances. Filters and Fourier series developments. Characteristics of silicon diodes and LEDs. Rectification of alternating voltages. Characteristic of a solar cell and efficiency. Examples of transducers and their application (extensometers). Fundamental theorems in electrical engineering and symbolic calculation for alternating sinusoidal voltages.

 

Experiments:

  1. Characteristic of a lamp, internal resistance of voltmeters
  2. Oscilloscope and hysteresis loop
  3. RC circuits
  4. RLC filters
  5. Characteristic of a Diode
  6. Characteristic of a transistor BJT
  7. BJT amplifier
  8. Solar cell
  9. Arduino

 

II Module

Geometrical optics: nature and propagation of light and geometric optics approximations, refractive index, reflection and refraction, total reflection, prisms, plane and spherical mirrors, spherical dioptre, thin lenses, system consisting in two thin lenses, generic centred dioptre system.

Physical optics:(the theory of these topics is dealt with in detail in the "Electromagnetism and Optics" course): Interference, diffraction, diffraction reticulum, polarization of light, Nicol prism, quarter wave and half wave plates.

Modern physics: Planck's constant.

 

Experiments:

1-      Measurement of the focal distance of a convergent and of a divergent lens

2-      Spectroscopic measurement of the refractive index of glass as a function of the light wavelenght

3-      Measurement of the extinction coefficient of a liquid, Malus law, reticulum, laminae

4-      Polarization rotation power with the Laurent Polarimeter

5-      Interference and diffraction and interferometric measurements.

6-      Michelson interferometer

7-      Determination of Planck's constant via photoelectric effect

 

Testi consigliati e bibliografia

Oggetto:

 Spiegazioni delle esperienze ed esercizi risolti sono disponibili in rete in "Materiale Didattico".

Primo Modulo, Testi consigliati:

1. "Introductory Circuit Analysis"; Robert L. Boylestad; Pearson

2. "The Analysis and design of Linear Circuits"; Roland E. Thomas, Albert J. Rosa, Gregory J. Toussaint; John Wiley & Sons

 

Secondo Modulo, Testi consigliati:

Testi di Fisica II in uso presso il corso di laurea: Mencuccini Silvestrini; Nigro Voci.

Fundamental of Optics, Jenkins & White

Introduction to Optics, F. Pedrotti

Explanations about experimental activities and solved exercises are available on internet in "Materiale Didattico".

First Module, suggested textbooks:

1. "Introductory Circuit Analysis"; Robert L. Boylestad; Pearson

2. "The Analysis and design of Linear Circuits"; Roland E. Thomas, Albert J. Rosa, Gregory J. Toussaint; John Wiley & Sons

 

Second Module, suggested textbooks:

Textbooks related to Physics II  courses (Electricity and Magnetism, Electromagnetism and Optics):

Mencuccini Silvestrini; Nigro Voci

Fundamental of Optics, Jenkins & White (English edition available)
Introduction to Optics, F. Pedrotti



Oggetto:

Orario lezioni

Lezioni: dal 12/01/2017 al 21/06/2017

Nota: Orario visualizzabile alla sezione "Orario lezione"

Turni di Lab Modulo B: https://docs.google.com/spreadsheets/d/1aIzzAkVFN4OxhSnYEvKoDcNll2_MSVe5twnbGvpaFHc/edit?usp=sharing

Oggetto:

Note

Studenti con la prima lettera del cognome compresa da L a Z

Students with the first letter of the surname from L to Z

Oggetto:

Moduli didattici

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Ultimo aggiornamento: 27/03/2019 09:51
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