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Valentina DE RENZI
Professore Associato Dipartimento di Scienze Fisiche, Informatiche e Matematiche sede ex-Fisica
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Insegnamento: Laboratorio di fisica II
Fisica (D.M. 270/04) (Offerta formativa 2022)
Obiettivi formativi
Conoscere i principi di funzionamento e di utilizzo dei principali strumenti per misure di tipo elettrico e di alcuni dispositivi elettronici fondamentali.
Progettare, approntare e portare a termine esperimenti basati su misure di tipo elettrico, allo scopo di studiare e caratterizzare il comportamento elettrico di alcuni dispositivi e materiali.
Analizzare i risultati di un esperimento in modo critico
Descrivere e discutere, sia per iscritto sia oralmente, i risultati di un esperimento in modo chiaro, rigoroso e conciso.
Prerequisiti
Nessuno obbligatorio, E' caldamente auspicata una buona conoscenza
dell'analisi matematica, della fisica classica relativamente alla parte di elettromagnetismo (Fisica II) , e della teoria degli errori (Lab. di Fisica I)
Programma del corso
1- RETI ELETTRICHE LINEARI
Leggi di Kirchoff; generatori di tensione e corrente ideali e reali; Teoremi delle reti lineari (Sovrapposizione, Thevenin Norton) , concetto di massa e di messa a terra. -Strumenti di misura analogici e digitali. Principi di funzionamento dei multimetri digitali: circuiti di condizionamento e convertitore AD. Misure di corrente, tensione e resistenza; resistenza interna dello strumento.
ESERCITAZIONI SULL'USO degli STRUMENTI
ESPERIMENTO SUL TEOREMA DI THEVENIN (2CFU/20 ore)
2.MISURE ELETTRICHE DIPENDENTI DAL TEMPO;
Principi di funzionamento dell'oscilloscopio digitale e suoi accessori. Circuiti RC e RLC, concetto di filtro e di banda passante.
Principio di massima verosimiglianza e metodi di interpolazione non lineare. Valutazione dell'incertezza dei parametri di interpolazione. Cenni sugli algoritmi di minimizzazione: Griglia; Gradient Search; Marquardt.
ESPERIMENTI: Studio e modellizzazione del circuito RC ed RLC (2 CFU/20 ore)
3- INTRODUZIONE AI DISPOSITIVI ELETTRONICI A SEMICONDUTTORE
Introduzione dispositivi non lineari. Diodo a vuoto. Materiali semiconduttori: banda di valenza e conduzione, gap proibita, livello di Fermi; drogaggio di un semiconduttore; giunzione p-n e diodo. dispositivi basati sulla giunzione p-n: diodo LED, celle fotovoltaiche
ESPERIMENTO: FUNZIONAMENTO E MODELLIZZAZIONE CELLA FOTOVOLTAICA (2 CFU/20 ore)
4. AMPLIFICAZIONE
Triodo a vuoto come amplificatore. Transistor BJT: principi di funzionamento e configurazione ad emettitore comune; Transistor FET: principi di funzionamento
ESPERIMENTO: CURVE CARATTERISTICHE DEL TRIODO E AMPLIFICAZIONE (1CFU/10 ore)
5. L’AMPLIFICATORE OPERAZIONALE. Principi basi della retroazione; Amplificatore operazionale ad anello chiuso: configurazione invertente, non invertente , circuito integratore e derivatore. Amplificatore operazionale come comparatore e suo utilizzo nei convertitori analogico-digitale; utilizzo dell’A.O. all’ingresso di un multimetro digitale, circuiti di condizionamento.
ESPERIMENTO: Funzionamento e modellizzazione amplificatore operazionale ad anello chiuso (2CFU/20 ore)
Metodi didattici
Lezioni frontali ed esercitazioni pratiche di laboratorio.
I micro-test sono utilizzati per incentivare lo studio delle conoscenze minime necessarie per l'attività di laboratorio. La correzione in itinere dei report sperimentali permette di monitorare l'apprendimento
Gli studenti lavoratori devono portare a termine un numero minimo di esperimnti, da concordare con il docente.
Modalità per studenti lavoratori: Gli studenti lavoratori che non possono frequentare regolarmente le lezioni devono comunicarlo al docente e concordare la presenza ad un numero minimo di esperienze di laboratorio per poter accedere
all'esame finale.
Orario di ricevimento: Lunedi 15-17, Dip. di Fisica, previo appuntamento via e-mail.
Testi di riferimento
Testi consigliati:
dispense del docente
P.R. Bevington and D.K. Robinson “Data reduction and Error Analysis for the Physical Sciences” Mcgraw Hill Book
G. Torzo Capire e sperimentare gli amplificatori operazionali
Verifica dell'apprendimento
- micro-verifiche su concetti fondamentali, preliminari agli esperimenti
- discussioni di gruppo degli esperimenti
Relazioni scritte (sotto forma di poster) di laboratorio sugli esperimenti eseguiti in gruppo;
esame orale finale con domande sul programma svolto e discussione degli esperimenti effettuati (descrizione dell'apparato sperimentale utilizzato, risultati ottenuti, eventuali criticità') Durata media: 40 minuti
Risultati attesi
Conoscenza e capacità di comprensione:
Al termine del corso lo studente conoscerà i principi di funzionamento e di utilizzo dei principali strumenti per misure di tipo elettrico (generatori di tensione e corrente, generatori di funzioni, multimetri, oscilloscopi) e di alcuni dispositivi elettronici fondamentali (diodi, transistor, amplificatori operazionali).
Capacità di applicare conoscenza e comprensione:
Al termine del corso lo studente sarà in grado di applicare le conoscenze acquisite per approntare e portare a termine esperimenti basati su misure di tipo elettrico, allo scopo di studiare e caratterizzare il comportamento elettrico di alcuni dispositivi e materiali.
Autonomia di giudizio:
Al termine del corso lo studente sarà in grado di analizzare i risultati di un esperimento in modo critico, valutando in che misura eventuali discrepanze rispetto ai risultati attesi siano riconducibili a errori e difficoltà sperimentali e quando invece esse indichino la necessità di una modellizzazione più accurata.
Abilità comunicative:
Al termine del corso lo studente sara’ in grado di scrivere il report di un esperimento secondo i modelli proposti in modo chiaro, rigoroso e conciso, mettendo in evidenza risultati ed eventuali criticita’. Sara’ inoltre in grado di esporre oralmente i risultati ottenuti e di discuterli con i propri colleghi.
Capacità di apprendimento:
al termine del Corso lo studente sarà in grado di progettare in modo autonomo una particolare misura o esperimento, valutando quali siano gli strumenti più opportuni da utilizzare, sulla base delle loro prestazioni e caratteristiche.