ITALIANO

Laboratorio di fisica di elettromagnetismo e ottica

Introduzione alla esperimentazione fisica, M.Severi,
Statistics for nuclear and particle physicists, L. Lyon
Varios handbooks of the equipment used.

Il corso mira a sviluppare le competenze nel campo della fisica sperimentale, discutendo il rapporto tra teoria, modelli ed esperimento e la fase di disegno degli apparati sperimentali aplicato allo studio di alcuni selezionati fenomeni di elettromagnetismo e ottica. Molto spazio è dedicato allo svilupo di una buona pratica in laboratorio. Una considerevole attenzione è posta alla comunicazione del lavoro svolto attraverso relazioni scritte e presentazioni multimediali e alla capacità di lavoro di gruppo. Infine, l’abilità di utilizzazione metodi di analisi dati avanzati sarà acquisita grazie a esercitazioni numeriche.

Prerequisiti per seguire il corso con profitto sono:
- una buona conoscenza dell’analisi matematica e della meccanica classica
- conoscenze di base di metodi numerici

Lezioni frontali: 40 ore Laboratorio: 105 ore
La frequenza del corso è obbligatoria. Ogni esperimento deve essere documentato in una relazione scritta.

La valutazione si basa su un test orale e le relazioni di laboratorio. Il test orale consiste in una presentazione di un esperimento e un colloquio di circa 60 minuti e potrà riguardare tutti gli argomenti trattati a lezione.
Una valutazione sufficiente è ottenuta attraverso una conoscenza completa del programma. La valutazione massima è ottenuta mostrando la capacità di affrontare in autonomia lo studio di semplici casi basandosi sulle conoscenze acquisite nel corso.

ANALISI STATISTICA DEI DATI SPERIMENTALI
Richiamo delle nozioni fondamentali di statistica e analisi dati. Distribuzioni di probabilità e di densità di probabilità: binomiale, di Gauss, di Poisson, del chi2.. Stima di parametri: minimi quadrati e massima verosimiglianza. Stima delle incertezze sulle stime di parametri. Covarianza e matrice degli errori. Test di ipotesi. Test del chi2. Metodo Monte Carlo per simulazione e analisi degli errori.
STRUMENTAZIONE E METODI SPERIMENTALI DI BASE IN ELETTROMAGNETISMO E OTTICA
Reti elettriche in corrente continua, leggi e teoremi sui circuiti, metodi di soluzione dei circuiti. Misure di corrente, tensione, resistenza. Strumenti analogici e digitali. Amperometro a bobina mobile. Misure in corrente alternata; oscilloscopio. Grandezze dipendenti dal tempo. Impedenza complessa e metodo simbolico per la soluzione dei circuiti in corrente alternata. Generalizzazione delle leggi ai circuiti in CA. Circuiti RC, RL, RLC.
Richiami ed approfondimenti di Ottica Fisica. Interferometro di Michelson; esperimento di Michelson-Morley. Cenni sull’uso di interferometri come antenne gravitazionali.
Teslametro a effetto Hall. Cenni sul funzionamento di Laser, cannoni elettronici e fotodiodi.
ESPERIENZE DI LABORATORIO
Misura della resistenza elettrica con il metodo voltamperometrico
Misura della costante di tempo di un circuito RC e RL con un’onda quadra e in regime sinusoidale.
Studio della curva di risonanza di un circuito RLC.
Misure di spostamenti su scala submicrometrica mediante interferometro di Michelson.
Studio dell’interazione elettrostatica mediante una bilancia di torsione.
Misura della velocità della luce con una sorgente di luce pulsata.
Misura di e/m con un tubo di Thompson.
Determinazione dell’induttanza di un solenoide mediante mappatura del campo magnetico

Italian

Physics laboratory on electromagnetism and optics

Introduzione alla esperimentazione fisica, M.Severi,
Statistics for nuclear and particle physicists, L. Lyon
Varios handbooks of the equipment used.

This course aims at developing skills in experimental physics, including an analysis of the relationship between theory, models and experiments and the design of experimental apparatuses through the study of selected cases in electromagnetism and optics. The acquisition of good laboratory practices covers a large fraction of the corse. Remarkable attention id paid to te development of communication skills through written reports and multimedial presentations, as well as the ability of group working. Finally, skills in using advanced statistical methods in data analysis will be acquisred through numerical exercises.

Students planning to attend this course should have :
- a good knowledge of mathematical analysis and classical mechanics
- a basic knowledge of numerical methods

The course is based on 40 hours of lectures and 105 hours of laboratory activity. Attending lectures and laboratory is mandatory. Each experiment shall be documented in a written report.

The assessment of the competence of students will be based on an oral test and the evaluation of the laboratory reports. The oral test will consist in an interview (approx. 60 min) on the contents of the course program.
A good knowledge of the course programme is required to pass the examination. The maximum rating requires the ability of facing cases not explicitly included in the program, but fully approachable with the provided information.

STATISTICAL ANALYSIS OF EXPERIMENTAL DATA
Basic concepts in statistics and data analysis. Distributions: binomial, Gauss, Poisson, chi2. Parameter fitting: least squares and maximum likelihood. Uncertainty on the estimate of parameters. Covariance and error matrix. Hypothesis tests: chi2 test. Monte Carlo: simulation and error analysis.
BASIC INSTRUMENTS AND EXPERIMENTAL METHODS IN OPTICS AND ELECTROMAGNETISM
Electric circuits in continuous and alternate current. Study of simple electric circuits. Current and voltage measurements: amperometer and oscilloscope. Symbolic method for electric circuits in sinusoidal regime. RL, RC, and RLC circuits
Michelson interferometer. The Michelson- Morley experiment. Outline of the use of interferometers as gravitational antennas.
Hall effect Teslameter. Notes on laser, electron gun and photodiode.
EXPERIMENTAL PRACTICE
Measurement of an electric resistance by means of V-I method
Determination of the time constant RL and RC circuits using a square and a sinusoidal waveform.
Study of the resonant behavior of a RLC circuit.
Measurement of submicrometric displacements using a Michelson interferometer.
Investigation of the electrostatic interaction using a torsion balance
Determination of the inductance of a solenoid my means of magnetic field mapping.
Measurement of the speed of light by means of a pulsed light source-
Determination of e/m using a Thompson tube.