Laboratorio di Chimica Fisica 04/03/2015. Introduzione all uso di Microcal Origin 6.0 (TM)

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1 Introduzione all uso di Microcal Origin 6.0 (TM) Origin lavora solo in ambiente Windows, ma ci sono degli omologhi per linux e apple. Sui computer del laboratorio è installato windows XP e troverete la versione Origin 6.0. Esistono versioni più recenti, come la 9.0, ma la 6.0 ha un interfaccia più semplice che rende l utilizzo più immediato ed intuitivo, che si presta meglio a scopo didattico. 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

2 Dopo aver avviato il programma Origin 6.0, si ottiene una schermata con un foglio di lavoro vuoto composto da due colonne. I due oggetti principali con cui si lavora in Origin sono appunto i fogli di lavoro ed i grafici. Cominciamo con il foglio di lavoro: - Posso creare fogli di lavoro cliccando su new worksheet - È possibile inserire i valori manualmente cliccando sulle caselle e digitando le cifre. worksheet new worksheet - 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 e selezionare il formato desiderato (.DAT,.TXT o.csv sono i formati solitamente utilizzati). - creazione dei due files che serviranno dopo 2

3 - Analogamente è possibile importare un file di testo cliccando su Import ASCII, il quale si attiva solo se c e un foglio di lavoro in primo piano. - Attenzione: Se un foglio di lavoro è in primo piano, il file sarà aggiunto al contenuto del foglio di lavoro in questione. Per importare il file in un nuovo foglio di lavoro è necessario creare un nuovo foglio. - In generale, è possibile nascondere o richiamare i foglio di lavoro. Per nascondere il foglio di lavoro si può chiudere la finestra e si seleziona hide oppure si può cliccare sull icona ad esso corrispondente nella sezione Project Explorer (a destra nell immagine). La sezione Project Explorer può essere evidenziata e nascosta premendo l apposito tasto. Import ASCII Project Explorer 3

4 - È altresì possibile l importazione di più files contemporaneamente usando il tasto Import multiple ASCII. In questo caso, è necessario che tutti i fogli di lavoro e i grafici del progetto siano nascosti, altrimenti il contenuto di tutti i files sarà inserito nell oggetto in primo piano (grafico o foglio di lavoro che sia). - È possibile modificare varie proprietà delle colonne del foglio di lavoro accedendo al menu dedicato. Prima cliccare sull intestazione della colonna e poi premere il tasto destro del mouse e selezionare Properties. In questo modo si può cambiare il nome della colonna, inserire una descrizione, cambiare numero di cifre decimali, formato del contenuto, larghezza di visualizzazione ecc. 4

5 - Se un tasto di quelli mostrati nelle immagini non è presente nella toolbar, lo si può aggiungere nascondendo tutti gli oggetti (fogli di lavoro e grafici) e andando in View -> Toolbars e poi cercando tra Toolbars o Commands. - 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). 5

6 - 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, cliccare con il tasto destro del mouse e selezionare set column values. In questo modo si accede ad un menù con una serie di funzioni accessibili attraverso un menù a tendina, la cui descrizione è mostrata nella casella di testo al momento della selezione. Anche le colonne possono essere inserite mediante i 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 cosi via. Ad esempio l operazione corrispondente al contenuto della colonna A moltiplicato per 10 volte la radice quadrata del contenuto della colonna B richiede che, nel campo deputato all inserimento dell operazione da eseguire sulle colonne, sia inserita la seguente sintassi: col(a)*(-10)*col(b)^(1/2) descrizione funzione campo dove scrivere l operazione menù a tendina - Chi ha installato Excel può anche richiamare un foglio di lavoro all interno di Origin. Tuttavia si suggerisce di verificare che il progetto contenente il foglio di lavoro Excel sia salvato correttamente prima di procedere, in quanto alcune versioni hanno problemi di compatibilità e si rischia di perdere il lavoro fatto al momento della chiusura del progetto. 6

7 - Il menù a cui si accede da una colonna premendo il tasto destro del mouse 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. Statistics on Column 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. 7

8 - 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 as. Oltre a x ed y, c e anche la voce label per associare un testo alfanumerico a ciascun punto sul grafico, e la voce x error e y error che invece consentono di associare le barre di errore per ciascun punto. assi x e y 8

9 - 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. 9

10 - 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 template as. - É possibile aggiungere il contenuto di altre coppie di colonne x-y ad un grafico in due modi. Il primo modo consiste nel cliccare sul quadratino grigio del grafico e selezionando la colonna y di interesse. 10

11 - L altro modo consiste nel sovrapporre il foglio di lavoro che contiene la colonna al grafico e trascinando il contenuto della colonna sul grafico. In quest ultimo caso, è necessario posizionarsi con il mouse accanto all intestazione della colonna, quando appare il simbolo del grafico accanto al puntatore (vedi figura), altrimenti il trascinamento del contenuto della colonna nel grafico non è possibile. Posizionare il cursore in questo punto, apparirà il simbolo di un grafico e a quel punto sarà possibile trascinare il contenuto della colonna sul grafico sottostante - Molte funzioni utili per manipolare i grafici sono quelle evidenziate sotto, che consentono di ingrandire ( Enlarger ), leggere una posizione qualsiasi all interno del grafico ( screen reader ), identificare la coppia di valori x,y di ciascun gruppo ( Data reader ), aggiungere una legenda, modificare il tipo di grafico (per esempio da linear a scatter ) e così via. 11

12 - Per riportare nel grafico i punti con le relative barre di errore è innanzitutto necessario aver designato le colonne del foglio di lavoro come Y-error e X-error (si veda a pagina 8). A questo punto è sufficiente aggiungere i dati di queste colonne nel layout del grafico e le barre di errore appariranno automaticamente. Attenzione: sia la colonna Y-error che quella X-error devono trovarsi subito a destra della colonna contenente i dati. - Una volta che un grafico è in primo piano, compare la voce Analysis nel menù. Da questo menù è possibile selezionare diverse operazioni come fit lineari, polinomiali e nonlineari. 12

13 - Nel caso in cui il grafico contenga più di un set di dati, per sapere su quale set sarà eseguito il fit si può andare nel menù Data ed eventualmente cambiare la selezione. - 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. Inoltre viene creato un nuovo foglio di lavoro contenente le colonne x ed y del fit lineare riportato nel grafico (in rosso), creato automaticamente al momento del fit. 13

14 - Con la funzione Analysis -> nonlinear curve fit si accede ad una finestra con la quale è possibile eseguire il fit dei dati con una funzione presa da un vasto database oppure creata ad hoc manualmente. - Nel caso si desideri creare ad hoc la funzione, si deve seguire la seguente procedura: function - > new, quindi dare un nome alla nuova funzione e compilare i diversi campi (numero di parametri, forma della funzione, formato). 14

15 In particolare, prestare attenzione al formato ( Form ), che può essere uno dei seguenti tipi: Expression -> si scrive solo la f(x) (per un polinomio di primo grado si deve scrivere solo P1+P2*x) y-script -> si deve scrivere y = f(x) (attenzione agli spazi: per un polinomio di primo grado si deve scrivere y = P1+P2*x) Numero di parametri Campo dove scrivere la Funzione Formato - Dopo aver scritto la funzione (con la sintassi appropriata) ed averla salvata, è possibile eseguire il fit premendo il tasto con il semaforo. In questo caso, è necessario inizializzare i parametri del fit inserendo 1 in tutti i campi e procedere premendo 1 iteration o 10 iteration. 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. 1) Per passare al fit 2) Per inizializzare i parametri 3) Per avviare il fit 15

16 - Al termine del fit, ovvero quando il valore dei parametri non varia anche dopo aver eseguito varie decine di iterazioni, si preme done e 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. - Si segnala come nel menù Analysis vi siano molte altre funzioni utili, tra cui la funzione Calculus -> Integrate che esegue l integrale del set di dati selezionato. 16

17 - 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 Graph ed inserendo l espressione analitica della funzione desiderata nell apposito campo. E sufficiente scrivere x per la variabile indipendente 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 Origin per descrivere la funzione di fitting nel grafico sono troppo pochi). In tal caso si può 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). 17

18 - Con Origin è possibile creare molti tipi di grafici, anche 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. 18