Obiettivi Formativi

Modulo A Fornire conoscenze sulle metodologie sperimentali per l’uso di strumentazione elettronica analogica e digitale idonea alla verifica delle leggi dell’elettromagnetismo. Approfondimenti sui metodi per le elaborazioni dei dati sperimentali anche con l’ausilio di specifici software. In particolare, sono fondamentali i seguenti argomenti: Caratteristiche generali degli strumenti di misura Generatori di tensione e di corrente Voltmetri, galvanometri, amperometri, multimetri. Principio di funzionamento dell’oscilloscopio Circuiti in corrente continua ed alternata. Principi di Kirchoff e teoremi di Thevenin e Norton. Caratteristiche di funzionamento di elementi circuitali (condensatori, induttori) anche in regime impulsivo Progettazione, realizzazione ed analisi di alcuni significativi esperimenti basati sugli argomenti della prima parte del corso. Modulo B Fornire conoscenze sulle metodologie sperimentali per l’uso di strumentazione idonea alla verifica delle leggi dell’ottica geometrica e fisica. In particolare, sono fondamentali i seguenti argomenti: Caratteristiche di funzionamento di specchi, diottri sferici concavi e convessi. Caratteristiche di funzionamento di sistemi ottici costituiti da lenti sottili e lenti spesse. Caratteristiche di elementi rifrangenti (prismi) e diffrattivi (reticoli) Sorgenti e rivelatori di luce Progettazione, realizzazione ed analisi di alcuni significativi esperimenti basati sugli argomenti della seconda parte del corso.

Learning Goals

Module A To provide knowledge on experimental methodologies for the use of analog and digital electronic equipment that are suitable for verifying the laws of electromagnetism. Insights on the methods for processing experimental data also with the help of specific software. In particular, the following topics are of fundamental importance: General characteristics of laboratory instrumentation Voltage and current generators Voltmeters, galvanometers, ammeters, multimeters. Operating principle of the oscilloscope Direct and alternating current circuits. Kirchoff principles and Thevenin and Norton theorems. Functional characteristics of circuit elements (capacitors, inductors) even in impulse mode Design, implementation and analysis of some significant experiments based on the topics of the first part of the course. Module B To provide knowledge on experimental methodologies for the use of suitable instruments for checking the laws of geometric and physical optics. In particular, the following topics are of fundamental importance: Operating characteristics of mirrors, concave and convex spherical diopters. Operating characteristics of optical systems consisting of thin and thick lenses. Characteristics of refractive (prisms) and diffractive (lattices) elements Light sources and detectors Design, implementation and analysis of some significant experiments based on the topics of the second part of the course

Metodi didattici

- Lezioni frontali - Esercitazioni individuali in laboratorio (almeno 6 per ciascun modulo)

Teaching Methods

- Classroom lectures - Laboratory experiments carried out individually (at least six for each module)

Prerequisiti

Conoscenza del metodo sperimentale e dei metodi principali per l’analisi dei dati sperimentali e per la stima degli errori connessi alla misura. Conoscenza base delle leggi dell’elettromagnetismo e dell’ottica geometrica e fisica.

Prerequisites

Knowledge of the experimental method and of the main methods for the analysis of experimental data and for the estimation of errors connected to the measurement. Basic knowledge of the laws of electromagnetism and of geometric and physical optics.

Verifiche dell'apprendimento

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

Assessment

- Laboratory reports evaluation - Oral test

Programma del Corso

------------------------------------------------------------ Modulo: 7287/1 - LABORATORIO 2 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: Utilizzo strumentazione elettronica analogica e digitale Circuiti DC per misure di resistenza elettrica con il metodo volt-amperometrico e con circuiti a ponte Resistività e verifica leggi di Ohm Filtri RC e RL Circuiti RLC risonanti Misure di impedenza elettrica ------------------------------------------------------------ Modulo: 7287/2 - LABORATORIO 2 MOD. B ------------------------------------------------------------ Ottica geometrica (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: proprietà delle lenti, indice di rifrazione, dispersione, coefficiente di assorbimento molare, emissione spettrale, diffrazione, rotazione piano di polarizzazione, radiometria. 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

------------------------------------------------------------ Modulo: 7287/1 - LABORATORIO 2 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: Application of analog and digital instrumentation Voltamperometric and bridge type DC circuits for electrical resistance measurements Electrical resistivity and Ohm's laws RC and RL filters RLC resonant circuits Electrical impedance measurements ------------------------------------------------------------ Modulo: 7287/2 - LABORATORIO 2 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: lenses properties, refraction index, dispersion, molar absorption coefficient, spectral emission, diffraction, polarization plane rotation, radiometry. 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.