Laboratorio di Chimica Fisica Prof. V. Amendola 28/02/2019. Introduzione all uso di SciDaVis 1

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1 Introduzione all uso di SciDaVis 1 SciDAVis è un programma freeware per l elaborazione dei dati. Il suo nome deriva infatti da Scientific Data Analysis and Visualization ed il software può essere reperito al seguente indirizzo: SciDaVis lavora in ambiente Windows, Mac e Linux. Sui computer del laboratorio è installata la versione 1.D005 (2015), ma è possibile che alcune modifiche al programma siano intercorse nel frattempo. Un alternativa non gratuita a SciDaVis è rappresentata da Microcal Origin, la cui versione 6.0 ha un interfaccia molto semplice e altrettanto intuitiva, mentre la versione attuale è di utilizzo meno immediato ma capace di prestazioni superiori. SciDaVis e Origin 6.0 si prestano meglio a scopo didattico. Nota: L installazione di SciDavis su Windows10 richiede prima l installazione di un altro programma freeware di nome Python, molto utilizzato in ambito accademico, reperibile al seguente indirizzo Prima di iniziare è opportuno impostare il punto come separatore decimale nel proprio sistema operativo. In Windows 7 andare in pannello di controllo -> orologio e impostazioni internazionali oppure paese e lingua. Cliccare su impostazioni aggiuntive e inserire come separatore decimale il punto, come simbolo del raggruppamento cifre lo spazio o la virgola. 1 Dispensa realizzata con la collaborazione degli studenti Coletta Giuliano, Cardelli Andrea e Ballarini Alessandro. 1

2 Se, nonostante sia stato impostato il punto come separatore decimale del sistema operativo (Windows, ios, ecc.), SciDavis continua a riconoscere la virgola come separatore decimale, andare in Edit -> Preferences, scegliere il menù Numeric Format ed impostare 1,000.0 invece di Default (1,000.0). Dopo aver avviato il programma SciDaVis, si ottiene una schermata con un foglio di lavoro vuoto (Table) composto da due colonne. I due oggetti principali con cui si lavora in SciDaVis sono appunto i fogli di lavoro ( Tables ) ed i grafici. 2

3 In alcuni casi potrebbe essere presente anche la finestra Results log o Project explorer (sfondo bianco), che possono essere chiuse o spostate per liberare l area di lavoro del programma: Cominciamo con il foglio di lavoro: - Si possono creare fogli di lavoro andando su File -> New -> New Table 3

4 - È possibile inserire valori numerici nelle tabelle manualmente cliccando sulle caselle e digitando le cifre. - A questo punto è possibile esportare il contenuto in formato ASCI facendo in modo che il foglio di lavoro sia in primo piano (basta cliccare sopra per portare un foglio di lavoro in primo piano rispetto ad un altro) e poi eseguendo File -> Export ASCII. Comparirà una finestra in cui si può selezionare il separatore delle colonne e altre preferenze, dopo di che si aprirà la finestra di salvataggio e sarà possibile esportare i dati nel formato desiderato tra *.DAT, *.TXT o *.CSV, che sono quelli universalmente utilizzati. - Analogamente è possibile importare un file di testo cliccando su Import ASCII. In questo caso, è possibile scegliere se il file importato andrà a sovrascrivere il foglio di lavoro in primo piano nel campo di lavoro di SciDaVis, oppure se andrà in un nuovo foglio di lavoro. È possibile l importazione di più files contemporaneamente premendo CTRL per selezionarli. 4

5 - In generale, è possibile nascondere o richiamare i fogli di lavoro dal campo di lavoro del programma. Per nascondere il foglio di lavoro si può chiudere la finestra e si seleziona hide : Per nascondere o richiamare un foglio di lavoro, si può utilizzare il Project Explorer, che si richiama tramite View -> Project Explorer. Da questa sezione si accede a tutti gli elementi contenuti nel progetto a cui si sta lavorando (fogli di lavoro, grafici, fit, appunti di testo), i quali sono salvati in un unico file in formato SciDaVis e gestibili come se fossero contenuti in una cartella di Windows, appunto tramite il Project explorer. 5

6 - È possibile modificare varie proprietà delle colonne del foglio di lavoro accedendo al menu che si trova sul lato destro. In questo modo si può cambiare il nome della colonna, inserire una descrizione, cambiare numero di cifre decimali, formato del contenuto, ecc. 6

7 - È possibile eseguire operazioni di calcolo sul contenuto di ciascuna colonna oppure combinare il contenuto delle varie colonne di ogni foglio di lavoro. Dopo avere selezionato la colonna in cui si vuole che appaia il risultato finale del calcolo, si ricorre alla finestra di dialogo Formula alla sua destra. In questo modo si accede ad una serie di funzioni matematiche accessibili attraverso un menù a tendina. E essenziale prestare attenzione alla sintassi: - evitare gli spazi tra ogni elemento, - inserire sempre il * tra i due fattori di una moltiplicazione, - racchiudere tra parentesi i numeri negativi e i denominatori di un rapporto, e così via. Ad esempio l operazione corrispondente al contenuto della colonna 1 moltiplicato per 10 volte la radice quadrata del contenuto della colonna 2 richiede che, nel campo deputato all inserimento dell operazione da eseguire sulle colonne, sia inserita la seguente sintassi: col(1)*(-10)*col(2)^(1/2) 7

8 - Nuove colonne possono essere inserite mediante il menù a tendina che si richiama cliccando con il tasto destro del mouse sulle colonne già esistenti. Tale menù contiene varie voci utili come Insert, Delete, Clear riferite alla colonna, oppure Fill Column with, Sort Column e Statistics on Column. In particolare, Sort Column consente di disporre i valori in ordine crescente o decrescente. Column Statistics consente di ottenere informazioni come la media e la deviazione standard dei valori contenuti nella colonna, che saranno riportati in un nuovo foglio di lavoro creato ad hoc dal programma. 8

9 - Sempre nel menù di ciascuna colonna è possibile accedere al sottomenù plot, con il quale è possibile riportare in un grafico il contenuto della colonna. I tipi di plot più comuni sono linear, scatter e la combinazione dei due. Per eseguire il plot del contenuto di una colonna è necessario che vi sia un altra colonna alla sua sinistra etichettata come asse delle x. Se ve ne sono più di una, conta quella più vicina. Inoltre, la colonna di cui si vuole graficare il contenuto deve essere etichettata come y. L etichetta della colonna può essere cambiata con la voce set Column as. Oltre a x ed y, ci sono anche le voci x error e y error che consentono di associare le barre di errore per ciascun punto. 9

10 - Ogni elemento del grafico è modificabile cliccandoci sopra (label degli assi, caratteri, dimensioni, colori, legenda ecc.). Ad esempio, per modificare il valore iniziale e finale dell asse x si clicca due volte sull asse e si accede così al menù dedicato (voce scale ), in cui si può inserire l intervallo desiderato. In modo analogo si procede per ogni altro elemento che compone il grafico. 10

11 - Una cosa importante da ricordare è che il menù si modifica in base al tipo di oggetto che è in primo piano (foglio di lavoro, grafico, niente). 11

12 - E anche possibile salvare un template di un grafico o di un worksheet da richiamare in un qualsiasi momento futuro. Si deve mettere in evidenza il grafico o il foglio di lavoro che si desidera salvare, quindi file -> Save as template. 12

13 - É possibile aggiungere il contenuto di altre coppie di colonne x-y ad un grafico cliccando sul quadratino grigio del grafico, selezionando il foglio di lavoro di interesse e includendolo nella colonna del Graph contents. Successivamente, selezionando il foglio di lavoro appena aggiunto, controllo che siano riportate nel grafico le colonne di mio interesse tramite Plot Associations. 13

14 - Molte funzioni utili per manipolare i grafici sono quelle contenute nel menù Tools, che consentono di ingrandire ( Zoom In ), leggere una posizione qualsiasi all interno del grafico ( Screen Reader ), identificare la coppia di valori x,y di ciascun gruppo ( Data Reader ), e così via. Al termine del loro utilizzo è consigliabile disabilitare la funzione selezionando Disable tools. - Altre funzioni, quali aggiungere una legenda, del testo, e così via, sono accessibili dal menù Graph : 14

15 - Per riportare nel grafico i punti con le relative barre di errore si va in Graph -> Add Error Bars, e si selezionano le colonne corrispondenti agli errori su Y e su X. - Quando un grafico è in primo piano, dal menù Analysis è possibile selezionare diverse operazioni come fit lineari, polinomiali e nonlineari: 15

16 - Nel caso in cui il grafico contenga più di un set di dati, al momento del fit il programma chiederà quale set dovrà considerare: - Eseguendo il fit lineare, ad esempio, si ottiene una serie di informazioni utili, tra cui gli errori derivanti dal fit, il coefficiente di correlazione R 2 e i due parametri del fit lineare ( A e B in questo caso). Tali valori sono accessibili nel riquadro Results Log e vengono riportati automaticamente sul grafico. Inoltre viene creato un nuovo foglio di lavoro contenente le colonne x ed y del fit lineare riportato nel grafico (in verde), creato automaticamente al momento del fit. 16

17 - Con la funzione Analysis -> Fit Wizard si accede ad una finestra con la quale è possibile eseguire il fit dei dati con una funzione presa da un database di funzioni di uso comune oppure creata manualmente. - Nel caso si desideri creare manualmente la funzione, si deve andare in User defined, quindi dare un nome alla nuova funzione e compilare i diversi campi (numero di parametri, forma della funzione, formato). Per i parametri è necessario utilizzare lettere MAIUSCOLE. - Dopo aver scritto la funzione (con la sintassi appropriata) ed averla salvata, è possibile eseguire il fit. Nel grafico sullo sfondo si vedrà la curva convergere verso i punti sperimentali e, contemporaneamente, i valori dei parametri convergeranno verso quelli che minimizzano la distanza tra il fit ed i valori sperimentali. - Al termine del fit, si ottiene il risultato del fit nella finestra Results log, il fit nel grafico, una legenda che riassume l esito nel grafico, ed il foglio di lavoro contenente le colonne x,y della curva di fitting riportata nel grafico. 17

18 - Si segnala come nel menù Analysis vi siano molte altre funzioni utili, tra cui la funzione Integrate che esegue l integrale del set di dati selezionato. 18

19 - In molti casi si desidera aggiungere al grafico una funzione di cui si conosce l espressione analitica (per esempio y=x^2). Si procede portando il grafico in primo piano, andando in Graph - > Add Function ed inserendo l espressione analitica della funzione desiderata nell apposito campo. E sufficiente scrivere x per la variabile indipendente, scegliere il numero di punti con cui la funzione sarà graficata e, dopo aver dato OK, impostare opportunamente la scala degli assi x,y per visualizzare la funzione nell intervallo desiderato. Ad esempio, questa possibilità risulta utile se il risultato del fit dei punti sperimentali appare nel grafico come una spezzata invece di una curva (ovvero i punti proposti dal programma SciDaVis per descrivere la funzione di fitting nel grafico sono troppo pochi). In tal caso è opportuno graficare la stessa funzione in modo continuo in tutto l intervallo desiderato scrivendone l espressione completa nell apposito campo (ed utilizzando i valori numerici per i vari parametri ottenuti dalla procedura di fitting). - Con SciDaVis non è possibile creare alcuni tipi di grafici tridimensionali. Tra di essi, ad esempio, vi sono i diagrammi ternari i quali richiedono la presenza di tre colonne identificate come x,y e z. Per queste funzioni è necessario ricorrere a softwares come Origin. ESERCITAZIONE. Per l esercitazione, provare ad inserire un set di dati fittizio come quello seguente e ad eseguire passo passo le operazioni descritte in questa guida. x y errore x errore y