Obiettivi formativi
Il corso propone le conoscenze fisiche per avvicinarsi all'uso di molta parte degli strumenti fisici usati nel laboratorio chimico (per es. spettrofotometri, rivelatori di particelle ionizzanti, misurazione del vuoto, misurazioni elettriche ed eletroniche)
Contenuti dell'insegnamento
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TRATTAZIONE STATISTICA DELL’INCERTEZZA DI MISURA: Norma UNI-CEI 9 del Giugno 1997: Guida all’espressione dell’incertezza di misura.Stima degli errori nella lettura di scale. Stima degli errori nelle misure ripetibili. Stima migliore di una grandezza misurata. Cifre significative e arrotondamento. Confronto tra più misure e discrepanza. Incertezza relativa. Propagazione delle incertezze: formula generale e formule particolari. Errori casuali e errori sistematici. La media, la deviazione standard, la varianza. Deviazione standard della media. Istogrammi e distribuzione limite. Distribuzione normale di Gauss. Limite di confidenza. Rigetto dei dati e criterio di Chauvenet. Media pesata. Metodo dei minimi quadrati. Covarianza e correlazione. Distribuzione binomiale. Distribuzione di Poisson. Test del CHIQUADRO per una distribuzione. Test d’ipotesi o di significatività (per grandi campioni, per piccoli campioni e distribuzione t di Student). <br />
SISTEMI DI UNITÀ DI MISURA: Sistema Internazionale, CGSes, CGSem, sistema di Gauss.<br />
TARATURA E SISTEMA ITALIANO DI TARATURA (SIT)<br />
PRINCIPI DI OTTICA: Generalità sui raggi, sulle onde elettromagnetiche e sui fotoni. Legge della riflessione. Legge della rifrazione, indice di rifrazione e angolo limite. Specchio piano, specchio sferico concavo e convesso, ellittico concavo, parabolico concavo. Relazioni tra oggetto ed immagine negli specchi piani e sferici. Diottro sferico e relazioni tra oggetto e immagine; Diottro convesso ellittico. Lenti sottile con superfici sferiche e piane e relazioni tra oggetto ed immagine. Ingrandimento trasversale, angolare e visuale. Sistemi afocali costituiti da due lenti: concentratori di fascio, canocchiale di KEPLERO. Canocchiale di GALILEO. Microscopio composto. Telescopi a specchio. Luminosità di una immagine, numero-f, ruolo del numero-f in un sistema di più lenti, vignettatura. Profondità di campo. Aberrazioni e relative correzioni. Principio di HUYGENS. Cammino ottico, Interferenza e diffrazione: fori di YOUNG, fenditura. Diaframma, specchio di LLOYD, lamina sottile, cuneo sottile, anelli di NEWTON. Sfasamento dovuto a riflessione. Potere risolvente di una lente, tautocromismo dei sistemi ottici. Monocromatori a prisma, a reticolo in trasmissione e in riflessione, reticoli ''blazed''. Potere risolvente. Interferometro di MICHELSON e trasformate di FOURIER. Polarizzazione: dicroismo, polarizzazione per riflessione e per rifrazione. Monorifrangenza, birifrangenza, prisma di NICOL, leggi di FRESNEL, legge di BREWSTER. Polarizzazione ellittica e circolare, attività ottica, legge di BIOT, dispersione rotatoria. Assorbimento della luce, Diffusione della luce, legge di RAYLEIGH. Luminescenza e leggi di STOKES. <br />
FOTORIVELATORI: Radiazione termica e corpo nero: legge di PREVOST, legge di KIRCHHOFF, leggi di WIEN, legge di STEFAN-BOLTZMANN, formula di PLANK. Effetto fotoelettrico esterno e interno. Effetto SEEBECK, effetto PELTIER. Diodi a giunzione. Bolometri, termocoppie, rivelatori piroelettrici. Fotoresistenze. Fotomoltiplicatori, fotodiodi (modo fotoconduttivo e modo fotovoltaico), sistemi a CCD (''Charge Coupled Device'').<br />
RADIOMETRIA: Grandezze e unità radiometriche. Sfera d’integrazione. Spettroradiometri. <br />
SPETTROFOTOMETRIA: Le grandezze: trasmittanza, attore di trasmissione, assorbanza o densità ottica, riflettanza, fattore di riflessione. Spettrofotometri.<br />
FOTOMETRIA e COLORIMETRIA: Grandezze e unità fotometriche e colorimetriche. Standard CIE per le misurazioni fotometriche e colorimetriche. <br />
LASER e OLOGRAFIA<br />
EFFETTO DOPPLER<br />
STRUMENTAZIONE ELETTRONICA: Alimentatore, galvanomtro, shunt, tester, multimetro, oscilloscopio.<br />
RADIOATTIVITÀ E STRUMENTAZIONE DI MISURA: Generalità: nuclidi, nucleoni (protoni e neutroni), decomposizioni (alfa,beta+, beta-, gamma), cattura K, attivazione. Famiglie radioattive. Stabilità dei nuclidi, fissione, fusione. Legge temporale dei decadimenti radioattivi, vita media, tempo di dimezzamento. Effetto delle radiazioni sulla materia. Raggi X. Esposizione, attività, dose assorbita, equivalente di dose e relative unità di misura. Contatore a ionizzazione di GEIGER-MUELLER. <br />
PRODUZIONE E MISURA DEL VUOTO: Pompe da vuoto preliminare e pompe per il vuoto finale (pompe a diffusione, pompe a ionizzazione,pompe ad assorbimento. Unità di misura per il vuoto. Vacuometro di MCLEOD, misuratori di vuoto a termocoppia, Pirani, Penning, a ionizzazione con filamento caldo.<br />
ESPERIENZE DI LABORATORIO: Misure potenziometriche. Misura di sfasamento corrente-tensione. Osservazioni spettrofotometriche. Osservazioni elettriche ed elettroniche.
Bibliografia
J.R.Taylor, Introduzione all'analisi degli errori, Ed. Zanichelli<br />
M. Loreti, Teoria degli errori e fondamenti di statistica, Ed. Decibel Zanichelli<br />
M. Severi, Introduzione alla sperimentazione fisica, Ed. Zanichelli<br />
G. Cannelli, Metodologie sperimentali in fisica, Ed Edises, Napoli 2000<br />
M. R. Spiegel, Probabilità e statistica, collana Schaum, ETAS libri<br />
UNI-CEI 9, Guida all’espressione dell’incertezza di misura, Milano, Giugno 1997<br />
NIST, Essentials of expressing measurement uncertainty,http://physics.nist.gov/Uncertainty/basic.html)<br />
Resnick Halliday Krane, Fisica 2, Casa Editrice Ambrosiana<br />
Elementi di Fisica Sanitaria, Ed CNEN, Roma 1971<br />
M. Nardelli 'Chimica Generale' Vol.2, capitolo 18 <br />
Schede del docente.
Metodi didattici
La frequenza ai laboratori è obbligatoria e chi non ha frequentato può accedere all'esame scritto e orale previa una prova pratica in laboratorio.
