ESPERIMENTAZIONE DI FISICA II (f)
A. A. 1997-98
Prof. Oreste Pilla
Oggetto e obiettivi del corso
Il corso ha come obiettivo fondamentale l'apprendimento di alcune tecniche
sperimentali, l'approccio sperimentale alla risoluzione di alcuni problemi
fisici e infine l'apprendimento dell'uso di diverse apparecchiature utilizzate
sia nel campo dell'elettronica che in quello dell'ottica.
Programma
- Richiami dei concetti fondamentali della teoria degli errori, metodi
di fit, uso del calcolatore per l'elaborazione dei risultati sperimentali.
Cenni di programmazione in linguaggio C.
- Concetti introduttivi: Legge di Coulomb, energia potenziale,
campo elettrico, potenziale elettrico, correnti elettriche e densità
di corrente. Effetti magnetici, chimici e termici di una corrente elettrica.
Conduzione nei metalli. Legge di Ohm, dipendenza della resistenza dalla
temperatura e dalla composizione. Lavoro e calore nei circuiti elettrici,
dissipazione e legge di Joule. Effetti Seebeck e Peltier.
- Misure in corrente continua: Resistenza, resistori in serie
e parallelo, capacità, condensatori in serie e parallelo. I resistori
e il loro codice di colore. Induttanza, induttori in serie e parallelo.
Generatori ideali e reali di tensione e di corrente. Applicazione della
legge di Ohm, partitori, leggi di Kirchoff. Teoremi della sovrapposizione,
di reciprocità, di Thevenin e Norton. Strumenti di misura in corrente
continua: amperometro, voltmetro; il Tester.
- Misure in corrente alternata: Correnti alternate, la legge di
Ohm per le correnti alternate. Studio di circuiti passaalto passabasso
e passabanda: i filtri RC, RL, RLC. Risposta con forme d'onda quadre e
sinosuidali. Ponti per la misura di resistenze, capacità ed induttanze.
Schema costruttivo e principio di funzionamento dell'oscilloscopio.
Semiconduttori: Metalli e isolanti, proprietà generali
dei materiali semiconduttori. Conduzione intrinseca . Drogaggio di un semiconduttore,
conduzione per elettroni e lacune. Caratteristica IV di un diodo a semiconduttore.
Rettificazione di una corrente. Diodo Zener. Principio di funzionamento
di un transistor. Il transistor come amplificatore di tensione e corrente.
Transistor a effetto di campo, FET e MOSFET. L'adattamento di impedenza.
Cenni alla teoria della risposta dei sistemi lineari ed alla trasformata
di Laplace. Principi e semplici applicazioni degli amplificatori operazionali.
- Ottica: Ottica geometrica: i principi dell'ottica geometrica,
diottro sferico, lenti sottili e legge di Newton. Aberrazioni geometriche.
Semplici strumenti ottici: il cannocchiale e il microscopio. Rifrazione,
indice di rifrazione, la legge di Snell. Lo spettrometro a prisma per la
misura dell'indice di rifrazione . La lamina a facce piane e parallele,
il prisma retto, il prisma di Amici. Cenni sulle fibre ottiche e sulle
loro applicazioni, apertura numerica. Ottica ondulatoria: dispersione della
luce. Diffrazione da fenditure e pinholes. Interferenza, l'esperienza di
Young. Il principio di Huygens-Fresnel. Esperienza di Malus e la polarizzazione
della luce, tipi di polarizzatori. Monocromatori a prisma e a reticolo
di diffrazione. Interferometri di Rayleigh, stellare di Michelson, di Fabry-Perot.
- Ottica fisica: Lampade a spettro continuo e a righe, sorgenti
laser. Effetto fotoelettrico. La rivelazione della luce, fotodiodi, fototransistor,
fotocellule e fotomoltiplicatori. Cenni sull'olografia.
Testi consigliati
Sono disponibili delle dispense preparate dal Prof. Fontana negli anni
precedenti; esse coprono la maggior parte del programma svolto, Per la
parte sui transistor e sugli amplificatori operazionali si rimanda a "The
art of electronics" di Horovitz e Hill, mentre una trattazione esauriente
dei concetti di ottica si può trovare per esempiosu testi di Fisica Generale
2 come Fondamenti di Fisica di Hallyday Resnike Walker.
Modalità e svolgimento dell'esame
Il corso si svolge sia mediante lezioni "alla lavagna"
che in laboratorio dove vengono effettuate circa 20 esperienze, 14 di
elettricità ed elettronica e 6 di ottica. La frequenza alle
esercitazioni di laboratorio è obbligatoria. Gli studenti preparano delle
relazioni su alcune delle esperienze di laboratorio (una lista delle esperienze
di cui è prevista una relazione scritta è affissa nei Laboratori
Didattici) sulla base di schede che venvgono di volta in volta fornite.
Questa è una condizione necessaria per accedere alla prova di esame.
La prova di esame consiste di un esperimento individuale da effettuare
in laboratorio con un tempo a disposizione dell'ordine di 8 ore e di una
prova orale (se superata quella pratica).
Nella pausa di febbraio viene effettuata una prova pratica di laboratorio
detta "provetta"; se questa viene superata con profitto l'esame
finale consiste solo di una parte orale.