Obiettivi Formativi

Imparare a progettare e realizzare semplici esperimenti di laboratorio per verificare le leggi dell’elettromagnetismo e misurare parametri e caratteristiche di componenti e materiali nei seguenti ambiti: • modalità di funzionamento di circuiti in corrente continua; • modalità di funzionamento di circuiti a parametri concentrati in corrente alternata (RC, RL, RLC) in funzione della frequenza; • utilizzo di strumentazione elettronica analogica e digitale (galvanometro, multimetro, oscilloscopio, oscillatore, alimentatore DC); • apprendimento dei principi dell’ottica geometrica e fisica mediante l’esecuzione di esperienze di laboratorio su formazione immagini, dispersione, diffrazione, interferenza, polarizzazione e spettroscopia; • conoscenza ed uso di semplici dispositivi ottici; • sviluppo di capacità di analisi dei dati sperimentali.

Learning Goals

Learn to design and perform simple laboratory experiments to verify electromagnetism laws and to measure parameters of components and materials in the following topics: • operation modes of DC electrical circuits; • operation modes of AC lumped parameters electrical circuits (RC, RL, RLC) as a function of frequency; • use of digital electronic instrumentation (galvanometer, multimeter, oscilloscope, function generator, DC power supply); • learning of the geometrical and physical optics by performing laboratory experiments on images formation and light dispersion, diffraction, interference, polarization and spectroscopy; • use of simple optical devices; • experimental data analysis.

Metodi didattici

- Lezioni frontali - Esercitazioni individuali in laboratorio - Redazione di una relazione per ciascun esperimento

Teaching Methods

- Classroom lectures - Laboratory experiments carried out individually - Report writing for each experiment

Prerequisiti

Conoscenze di base di: fisica generale, teoria degli errori, trattamento dati sperimentali

Prerequisites

Basic knowledge of: general physics, experimental data and error analysis

Verifiche dell'apprendimento

- Valutazione relazioni predisposte per ciascuna esperienza di laboratorio - Esame orale

Assessment

- Laboratory reports evaluation - Oral test

Programma del Corso

Mod. A • Introduzione (sviluppi storici, carica elettrica, fenomeni elettrici elettromagnetici ed ottici) • Componenti e circuiti elettrici: Resistori – Condensatori – Induttori – Generatori – Nodi e Maglie – Leggi di Kirchoff – Reti lineari e non-lineari – Analisi di reti lineari • Incertezza nelle misure elettriche – Incertezza standard di tipo A e B – Valutazione incertezze • Circuiti e misure elettriche in corrente continua • Circuiti e misure elettriche in corrente alternata Esperienze di laboratorio su determinazione parametri di circuiti elettrici in DC e AC Mod.B • Ottica geometrica (fenomeni di riflessione e rifrazione della luce, specchi, lenti, prismi). • Ottica fisica (propagazione ondulatoria, interferenza, diffrazione, polarizzazione). • Spettroscopia ottica (fenomeni di assorbimento della luce, legge di Lambert-Beer) • Cenni su sorgenti di luce a diodi laser e LED e su rivelatori a semiconduttore Esperienze di laboratorio su determinazione parametri di semplici sistemi ottici, indice di rifrazione, dispersione, coefficiente di assorbimento molare, emissione spettrale, diffrazione, rotazione piano di polarizzazione. Elaborazione dati sperimentali: Presentazione dei dati sperimentali – Tabelle e Grafici – Redazione di relazioni – Principio della massima verosimiglianza – Il metodo dei minimi quadrati – Procedure di best-fit – Utilizzo di software per l’analisi dati varianza, principio della massima verosimiglianza, metodo dei minimi quadrati.

Course Syllabus

Mod. A • Introduction (historical developments, electrical charge, electrical and optical phenomena) • Electrical components and circuits: Resistors – Capacitors – Inductors – Power supplies – Nodes and Meshes – Kirchoff’s laws – Linear and non-linear networks – Analysis of linear networks • Uncertainty in electrical measurements – Type A e B standard uncertainty – Uncertainties evaluation • DC circuits and electrical measurements • AC circuits and electrical measurements Laboratory experiments for determination of DC and AC electrical circuits parameters. Mod.B • Geometrical optics (light reflection and refraction, mirrors, lenses, prisms). • Physical optics (ondulatory propagation, interference, diffraction, polarization). • Optical spectroscopy (light absorption, Lambert-Beer law) • Background of laser diodes and LED light sources and of semiconductor detectors. Laboratory experiments for determination of simple optical systems parameters, refraction index, dispersion, molar absorption coefficient, spectral emission, diffraction, polarization plane rotation. Experimental data analysis: Presentation of experimental data – Tables and graphs – Reports on experiments – Maximum likelihood principle – Weighted least squares method – Best-fit procedure – Software routines for data variance analysis, maximum likelihood principle and weighted least squares method.