Classe 25: Corso di Laurea in Fisica
Info: segreteria@fis.unipr.it      0521/905297
 Corsi di insegnamento: Laboratorio di Fisica Moderna - I modulo Logout
 

Laboratorio di Fisica Moderna - I modulo

 

Anno accademico 2010/2011

Image
Codice del corso 14753
Docente Prof. Luigi Cristofolini (Titolare del corso)
Anno 3░ anno
Corso di studi Fisica
Tipologia Caratterizzante
Crediti/Valenza 4
SSD FIS/01 - fisica sperimentale
Erogazione Tradizionale
Lingua Italiano
Frequenza Obbligatoria
Valutazione Orale
Periodo didattico Primo semestre
Storico Anni precedenti
Avvalenza http://
 

Obiettivi formativi del corso

Comprendere i concetti basilari della fisica moderna. Acquisire la consapevolezza dei diversi gradi di difficoltà che comporta ideare e progettare un nuovo esperimento, e quindi affrontare e risolvere tutte le problematiche che si presentano. Sviluppare una sensibilità adeguata a valutare gli ordini di grandezza delle variabili in gioco. Sviluppare il giusto senso critico per distinguere gli aspetti basilari da quelli marginali, per valutare le cause e gli effetti, l'adeguatezza delle assunzioni e delle approssimazioni adottate, la validita delle ipotesi e dei modelli teorici assunti come chiave interpretativa dei risultati. Stimolare la fantasia di fronte ad una problematica sperimentale onde individuare nuove soluzioni e strategie migliorative. Esercitare le capacità di analisi al fine di scoprire incongruenze e possibili fonti di errore.

 

Risultati dell'apprendimento

Ci si attende che lo studente: acquisti familiarità con un certo numero di apparecchiature; impari a riconoscere e correggere eventuali disfunzioni degli strumenti usati; impari a stimare con quale precissione si può eseguire una data misura cosicchè i risultati siano espressi con l'appropriato numero di cifre significative; imparare come organizzare, elaborare ed analizzare i dati raccolti impiegando forme rappresentative efficaci, quali tabelle e grafici, al fine di evidenziare importanti relazioni funzionali fra i parametri; imparare a tenere un accurato ed esauriente libro di laboratorio

 

Programma

Il Corso inizia con alcune lezioni teoriche comuni a tuti gli studenti, in cui si tratteggiano le basi concettuali degli esperimenti disponibili, evidenziando anche l’aspetto storico degli esperimenti chiave che marcano il passaggio dalla visione classica a quella della fisica “moderna” e facendo riferimento ai corsi di Meccanica Quantistica e di Introduzione alla Fisica Moderna per ulteriori approfondimenti.

Seguono quindi 2x12 sessioni di laboratorio, in cui gli studenti –riuniti in gruppi di 2-3 persone-dovranno svolgere 3 o 4 esperimenti. Dato il grande numero di studenti iscritti, anche per quest'anno il corso si tiene in 2 pomeriggi, fermo restando l'impegno di ciascuno studente a seguire 48 ore di laboratorio.

Per alcune esperienze si renderà necessario saper usare un minimo di strumentazione elettronica per l'acquisizione di segnali, ad esempio un computer dotato di scheda acquisizione dati (ADC).

Gli esperimenti disponibili sono i seguenti:

  1. Millikan: classico esperimento, presentato in versione didascalica, permette di calcolare con una certa approssimazione il valore della carica elettrica elementare.
  2. Effetto fotoelettrico: esperimento classico in versione didascalica, permette di osservare la natura corpuscolare della radiazione elettromagnetica e di misuare la costante di Planck, note le righe spettrali della sorgente a mercurio ed il valore della carica elementare.
  3. Thomson: esperimento classico, in versione didascalica, permette- pur con molta imprecisione- di valutare il rapporto e/m o “carica specifica” dell’elettrone.
  4. Franck-Hertz: il classico esperimento in versione didascalica, ulteriormente automatizzato dallo Staff dei Laboratori Didattici, permette di evidenziare la quantizzazione dei livelli energetici dell’atomo. Questo esperimento fornisce inoltre un esempio di spettroscopia non convenzionale.
  5. Corpo nero visibile: si dovrà misurare la planckiana caratteristica di un corpo nero a temperatura tra 800K e 3300K, misurandone l'emissione spettrale nel range di lunghezze d'onda dal visibile a 1100nm.
  6. Corpo Nero IR: In questa versione "IR" dell'esperimento, si misura la distribuzione spettrale (planckiana) della densità di energia nell’infrarosso nella regione 400-8000 cm-1 , con una sorgente a temperatura variabile tra RT e 1600K ed uno spettrofotometro, la cui efficienza spettrale dovrà essere misurata.
  7. Moto Browniano: misura dell’agitazione termica di particelle colloidali di dimensione micrometrica sospese in acqua tramite microscopio ottico, telecamera digitale e PC usato in ambiente Matlab. Misurato lo spostamento quadratico medio delle particelle in funzione del tempo trascorso, tramite l’analisi di Einstein, è possibile ricavare una stima del numero di Avogadro.
  8. Spettroscopia d'assorbimento UV-vis: gli studenti si familiarizzano con lo spettrofotometro ed i suoi limiti verificando la legge di Lambert-Beer. In seguito si possono eseguire diversi esperimenti di cinetica su sistemi fisici in evoluzione (diffusione di ioni in soluzione, fotoisomerizzazione molecolare, ecc).
  9. Spettroscopia di fluorescenza: si studia la fluorescenza di un fluoroforo in funzione della sua oncentrazione, evidenziando i diversi regimi. E' fortemente consigliabile avere già svolto l'esperienza della spettroscopia d'assorbimento UV-visible.
  10. Cristalli liquidi (seminario tenuto dal prof Fontana): gli studenti, una volta familiarizzati con il microscopio ottico polarizzatore, osservano il comportamento della birifrangenza di alcuni sistemi liquido cristallini e/o polimerici, in funzione della temperatura e del campo elettrico applicato in una cella che sara' stata da loro all'uopo costruita.
  11. Misura della viscosità in una transizione di gelificazione. Tramite un pendolo a torsione, a lettura ottica che gli studenti dovranno sviluppare ed ottimizzare, si misurerà la viscosità di alcune soluzioni che transiscono allo stato di gel.

Gli studenti sono invitati a tenere un “libro di bordo” accurato ed aggiornato, dove annotare tutte le osservazioni che possano servire a descrivere o a ripetere l’esperimento. Inoltre, data la cadenza settimanale del corso, è utile che ciascun gruppo si ri-incontri nel corso della settimana per fare il punto della situazione e/o chiedere chiarimenti al docente, in modo da sfruttare al massimo l’unico pomeriggio di attività di laboratorio disponibile.
Per l'analisi dei dati sperimentali è vivamente consigliato che gli studenti imparino a usare Matlab, ed i tools di minimizzazione disponibili, incluso MINUIT per Matlab (interfacciato da G. Allodi).

L’esame consisterà nella discussione delle relazioni redatte dagli studenti sugli esperimenti da loro effettuati. Dette relazioni, per essere utili, dovranno essere consegnate al termine di ciascun esperimento, non tutte insieme alla fine del corso.

Prerequisiti: i laboratori del primo biennio, i corsi di Fisica I e II. E’ in atto una stretta collaborazione con Laboratorio Fisica Moderna II per offrire una panoramica il più possibile ampia e sensata.

 

Testi consigliati e bibliografia

Agli studenti vengono proposte fotocopie di alcune parti di libri diversi (Richard A.L. Jones, "Soft Condensed Matter", Eisberg Resnick “Quantum physics” e Caforio Ferilli – “Physica”) oltre che alcuni articoli originali di Millikan, di Einstein, di Perrin, nonché fotocopie dei manuali dei diversi strumenti.

 

Orario lezioniV

GiorniOreAula
Mercoledý14:30 - 18:30Aula "Galilei"
Venerdý14:30 - 18:30Aula "Galilei"
Lezioni: dal 11/10/2010 al 31/01/2011

Nota: L'impegno per ciascuno studente Ŕ di 48 ore di laboratorio. Gli studenti saranno riuniti in gruppi di 2 o 3. Dato il grande numero di iscritti, i gruppi saranno distribuiti in 2 pomeriggi alla settimana.
Le prime lezioni si svolgeranno nell'aula Galilei, le altre nei laboratori didattici.
Le lezioni iniziali si terranno nell'aula Galilei; le successive nei laboratori didattici.


Registrazione Green Attiva
 

Materiale didattico

Test online

Vai a Moodle

Visita i forum

Registrati al corso

Studenti registrati

Ultimo aggiornamento: 11/09/2010 19:27
HOMEDuplica il recordPrimoPrecedenteSuccessivoUltimoPS