LABORATORIO DI ELETTROMAGNETISMO E OTTICA
cod. 14731

Anno accademico 2009/10
2° anno di corso - Secondo semestre
Docente
Settore scientifico disciplinare
Fisica sperimentale (FIS/01)
Field
Sperimentale-applicativo
Tipologia attività formativa
Caratterizzante
60 ore
di attività frontali
4 crediti
sede:
insegnamento
in - - -

Obiettivi formativi

Scopo del corso è presentare alcune semplici esperienze di elettromagnetismo e di ottica, guidando lo studente alla acquisizione di un corretto metodo sperimentale e autonomia nell’approccio con i problemi di fisica sperimentale.

Prerequisiti

E’ richiesta la conoscenza dei concetti di base di elettromagnetismo ed ottica.

Contenuti dell'insegnamento

1. Elettromagnetismo<br />
1.1 Il campo magnetico <br />
Moto di cariche in campi magnetici: richiami di teoria. Misura del campo magnetico: la sonda di Hall. Esperimenti:  misura del campo magnetico al centro di una bobina e di una coppia di bobine di Helmholtz (e in un solenoide); misura del campo magnetico locale (terrestre).<br />
1.2 Induzione elettromagnetica<br />
L'induzione elettromagnetica: induttanza e coefficiente di mutua induzione. Esperimenti: determinazione dell’induttanza di un solenoide e del coefficiente di mutua induzione di una coppia di solenoidi coassiali. <br />
1.3 Effetto Hall<br />
Resistività, mobilità e concentrazione dei portatori in semiconduttori. I contatti ohmici. Esperimenti: misura della resistività e del coefficiente di Hall in un semiconduttore a temperatura ambiente.<br />
1.4 Circuiti RLC<br />
Teoria dei circuiti in corrente alternata con elementi passivi; circuiti RLC in serie ed in parallelo; impedenze complesse. Fattore di merito e frequenza di risonanza per un circuito RLC in serie. Il cavo coassiale. Rumore e filtri. Esperimenti: studio sperimentale di un circuito RLC in serie con determinazione della frequenza di risonanza e del fattore di merito. <br />
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2. Ottica geometrica<br />
2.1 Riflessione e rifrazione <br />
Leggi della riflessione e della rifrazione. Dispersione e prismi. Riflessione totale. Esperimenti: misura dell’indice di rifrazione di un materiale trasparente con metodi diversi e confronto delle accuratezze.<br />
2.2 Sistemi ottici centrati <br />
Specchi sferici, diottri sferici e lenti sottili. Aberrazioni delle lenti. Sistemi ottici centrati. Esperimenti: determinazione della lunghezza focale di una lente convergente e di una lente divergente utilizzando l’equazione delle lenti sottili e un sistema di lenti; misura dell’ingrandimento dell’immagine. <br />
2.3 La luce<br />
Richiami alle onde elettromagnetiche e cenni alla generazione di onde elettromagnetiche. Polarizzazione (richiami). Coerenza. Sorgenti di luce: intensità e lunghezza d’onda. Lampade a scarica (cenni alla struttura dell’atomo). Lampade a incandescenza (cenni allo spettro di corpo nero). Luce laser e sue proprietà. Spettroscopio a prisma: potere dispersivo e potere risolutivo dello spettroscopio a prisma. Esperimenti: ricerca dell’angolo di deviazione minima per radiazione di lunghezza d'onda nota e verifica della relazione di Cauchy utilizzando lo spettrometro a prisma; taratura di uno spettrometro a prisma e identificazione delle righe spettrali di una lampada a gas.<br />
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3. Ottica ondulatoria<br />
3.1 Ottica ondulatoria: interferenza e diffrazione<br />
Richiami a (i) interferenza da due (o più) fenditure e da lamine sottili; (ii) diffrazione alla Fraunhofer. Esperienze dimostrative: osservazione dei fenomeni di interferenza e diffrazione prodotti da sistemi di fenditure di diverse geometrie. Reticolo di diffrazione e spettrometro a reticolo; potere dispersivo e potere risolutivo del reticolo di diffrazione. Esperimenti: caratterizzazione sperimentale di un reticolo in riflessione e in trasmissione; acquisizione di una figura di interferenza da doppia fenditura; acquisizione dello spettro di una lampada a gas e a incandescenza con uno spettrometro a reticolo e osservazione degli effetti dell'inserimento di un filtro.<br />
3.2 Polarizzazione<br />
Metodi di polarizzazione della luce: (i) assorbimento selettivo, (ii) riflessione, (iii) diffusione, (iv) utilizzo della birifrangenza. Lamine dicroiche, lamine birifrangenti. Esperimenti: verifica sperimentale della legge di Malus; determinazione dell’angolo di Brewster per una lastra trasparente e determinazione dell’indice di rifrazione del mezzo; utilizzo delle lamine ½ d’onda e ¼ d’onda.

Programma esteso

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Bibliografia

Testi<br />
E.Acerbi, Metodi e strumenti di misura, Città Studi (Torino) <br />
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Testi di approfondimento:<br />
B. K. Jones, Electronics for experimentation and research, Prentice/Hall International (UK) Ltd<br />
R. A.  Dunlap, Experimental physics, Oxford University Press

Metodi didattici

<br />Le esperienze proposte sono precedute da lezioni introduttive  in cui sono richiamati i concetti di base per la comprensione delle esperienze stesse. Le esperienze sono svolte da gruppi di due o tre studenti che lavorano nel modo più autonomo possibile sotto la supervisione del docente. Per ogni esperienza il gruppo deve presentare una relazione in cui sono discussi criticamente i risultati ottenuti. E' considerata fondamentale la partecipazione a tutte le esperienze.<br />La prova d'esame richiede lo svolgimento di una prova pratica, che consiste nell'esecuzione da parte del singolo studente di una delle esperienze proposte nel corso, a sua scelta, e di una prova orale, che consiste in: (i)  discussione della prova pratica d'esame, (ii) discussione delle relazioni presentate dal gruppo di lavoro sulle esperienze svolte durante il corso; (iii) approfondimento di un argomento teorico a scelta fra quelli indicati nel programma del corso.

Modalità verifica apprendimento

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Altre informazioni

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