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.