Obiettivi formativi
Al termine del corso lo studente deve essere in grado di:
- assemblare e far funzionare semplici circuiti in corrente continua ed alternata
- effettuare misure di campi magnetici
- utilizzare la strumentazione di base per misure elettriche (multimetri analogici e digitali, oscilloscopi)
- conoscere i principi base dell'ottica geometrica, ottica fisica, sorgenti e rivelatori di luce
Inoltre deve essere in grado di:
- impostare in modo autonomo un esperimento
- valutare criticamente i dati dell'esperienza e inquadrarli nella cornice della teoria
- controllare errori sistematici e criticità
- saper comunicare chiaramente in forma scritta e orale i risultati e l'analisi di un esperimento
Prerequisiti
Introduzione alla Scienza dei Materiali
Contenuti dell'insegnamento
Il corso riguarda lezioni teoriche ed esperimenti su circuiti elettrici fondamentali, elettromagnetismo e ottica.
Esperienze
1 - Circuiti in cc
Resistenze in serie e parallelo, generatori di tensione reali
2 - Circuiti RC
Misura della costante di tempo di un circuito RC, integratori e derivatori approssimati, filtri RC
3 - Circuiti RLC serie
Frequenza di risonanza, curve di risonanza ampiezza e fase, fattore di qualità, banda passante
4 - Trasformatori
Misura del coefficiente di autoinduzione e resistenza interna di un solenoide, misura del coefficiente di mutua induttanza
5 - Cavi coassiali
Propagazione di impulsi elettrici lungo linee di trasmissione con diverse terminazioni, misura della costante dielettrica del polietilene
6 - Rifrazione
Misura dell’angolo di rifrazione totale, doppia rifrazione
7 - Rifrazione 2
Misurazione del fuoco di una lente convergente, del fuoco di una lente divergente, del fattore d’ingrandimento laterale, dell’angolo di deviazione minima, Curva di taratura di uno spettroscopio a prisma
8 - Interferenza e diffrazione
Doppia fenditura di Young, Reticolo a trasmissione, Interferometro di Michelson
9 - Polarizzazione
Verifica della legge di Malus, Misura dell'angolo di Brewster con due metodi, attività ottica da molecole chirali
10 - Misure di campo magnetico
Misura della sola componente orizzontale del campo locale: Metodo delle bobine di Helmholtz, Misura delle componenti sia orizzontale sia verticale del campo locale: Metodo della spira rotante
Programma esteso
Introduzione al corso
Cariche, correnti, circuiti elettrici
Potenziale elettrico
Legge di Ohm
Potenza
Generatori ideali e reali di tensione e corrente
Leggi di Kirchhoff
Resistenze in serie e in parallelo
Misure di tensione, corrente e resistenza
Circuiti RC
La capacità di un condensatore, Energia potenziale di un condensatore, Condensatori in serie, Condensatori in parallelo, Carica di un condensatore, Scarica di un condensatore
Circuiti RL
Legge di Faraday, Induttanza, Risposta di un circuito RL ad un gradino di potenziale
Segnali sinusoidali e forma complessa
Segnali sinusoidali: relazione fra corrente e d.d.p. ai capi di R, C ed L, Reattanza, Segnali sinusoidali in forma complessa
RLC serie
Filtro passa banda, fattore di qualità, banda passante
Trasformatori
Misura del coefficiente di autoinduzione di un solenoide, Induttanza, Mutua induzione, Trasformatore, Equazioni del trasformatore
Cavi coassiali
Linee di trasmissione, Cavi coassiali
Sorgenti di radiazione
Lampada alogena, Lampade a scarica, Lampade fluorescenti-fosforescenti, Laser
Rivelatori di segnali
Rivelatori fotonici, Rivelatori termici
Leggi di Snell, Fresnel. Dispersione.
Sistemi ottici centrati
Specchio sferico concavo e convesso, equazione degli specchi, diottro sferico convesso e concavo, equazione del diottro, ingrandimento.
Interferenza e diffrazione
Ottica ondulatoria, Interferenza da film sottile, Doppia fenditura di Young, Metodo dei fasori, Interferenza di N sorgenti puntiformi equispaziate ed in fase, Interferometro di Michelson, Diffrazione.
Polarizzazione della luce
Misura di campo magnetico locale
Metodo delle bobine di Helmholtz, Metodo della spira rotante.
Bibliografia
Per la teoria degli errori si faccia riferimento ai testi in uso nel Corso di Introduzione alla Scienza dei Materiali.
Il materiale delle lezioni viene distribuito tramite Elly agli studenti.
Metodi didattici
Le lezioni conterranno sia brevi cenni teorici che sperimentazioni eseguite direttamente dagli studenti. Gli studenti saranno suddivisi in gruppi da 2/3 per svolgere ciascun esperimento e per scrivere la relativa relazione. Ogni gruppo avrà a disposizione una dispensa con la descrizione dell'esperimento da svolgere e con il background teorico. Il docente fornisce assistenza continua in laboratorio. Il materiale delle lezioni sarà caricato su Elly per facilitarne la fruizione.
Modalità verifica apprendimento
La verifica del raggiungimento degli obiettivi formativi avverrà attraverso:
- interazione con lo studente durante le lezioni in laboratorio
- relazioni scritte riguardanti ciascun esperimento
- un colloquio finale
Il giudizio sarà così ripartito: 20% frequenza ed attitudine in laboratorio, 40% relazioni, 40% colloquio finale.
Nella prova orale si richiede la discussione delle tematiche proposte nel corso, si richiede la capacità di commentare in modo critico le relazioni presentate sugli esperimenti svolti durante il corso.
Per superare l'esame è necessario aver partecipato all'80% delle esperienze, aver consegnato le relazioni sulle esperienze effettuate, mostrando, in particolare alla prova orale, sufficiente livello di comprensione degli argomenti.
Altre informazioni
Obiettivi agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
