C.S. Chimica Università degli Studi di Torino Corso di Fisica C A.A. 2002-2003 Relazioni del gruppo 1
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Esperienza 1 - Oscilloscopio e generatore di funzioni Studenti presenti (firme): 1 Visualizzazione di una traccia sull'oscilloscopio Che cosa appare sull oscilloscopio quando è stato acceso, sono stati selezionati i comandi seguenti sui 4 selettori relativi al controllo del TRIGGER: AUTO, DC COUPLING, SOURCE, INT X-Y, CH.1 ed è stata selezionata sul selettore dei tempi una velocità di spazzata di 1 ms/div (1 divisione = 1 cm in orizzontale sullo schermo), calibrata? Che cosa significa velocità di spazzata di 1 ms/div? Quando viene impostata una velocità di spazzata superiore ad 1 ms/div, il puntino luminoso si muove più o meno velocemente? Perché? Selezionare una velocità di spazzata di 1 s/div. Quanto tempo impiega il puntino luminoso a percorrere l intero schermo in orizzontale? Che relazione c è nel caso precedente tra velocità di spazzata e tempo impiegato a percorrere l intero schermo? 2 Misure di ampiezze e periodi Una volta che venga visualizzata la forma d onda più o meno stabile sullo schermo, che cosa accade regolando il selettore relativo all ampiezza del segnale? E che cosa accade regolando invece il selettore relativo alla velocità di spazzata? 3
Pers Div. Amp. Ampiezza Div. periodo Periodo Frequenza 1 ±0.2 ± ±0.2 ± ± Provare a valutare l ampiezza picco-picco (in verticale) ed il periodo (in orizzontale) del segnale contando il numero di divisioni grandi e piccole e moltiplicandole per il fattore di conversione sul selettore. Ripetere i calcoli per ogni persona componente il gruppo e cambiando eventualmente la mano (destrasinistra). Convertite quindi la misura di periodo in frequenza. Per ogni misura valutate anche l errore. 2 ±0.2 ± ±0.2 ± ± 3 ±0.2 ± ±0.2 ± ± 4 ±0.2 ± ±0.2 ± ± 5 ±0.2 ± ±0.2 ± ± 6 ±0.2 ± ±0.2 ± ± 7 ±0.2 ± ±0.2 ± ± 8 ±0.2 ± ±0.2 ± ± 9 ±0.2 ± ±0.2 ± ± 10 ±0.2 ± ±0.2 ± ± C è analogia tra il valore di frequenza atteso (50 Hz) e quello letto? Provare a diminuire o aumentare la scala delle ampiezze e quella dei tempi, e ripetere una misura. Tenendo conto che l errore della vostra rilevazione è di una divisione piccola (=0.2 divisioni grandi, poiché ce ne sono 5), ne concludete che è meglio visualizzare un singolo tratto dell onda a tutto schermo oppure no? Perché? Scala normale Ampiezza: ±0.2 div ± Periodo: ±0.2 div ± Scala ridotta Ampiezza: ±0.2 div ± Periodo: ±0.2 div ± Scala ingrandita Ampiezza: ±0.2 div ± Periodo: ±0.2 div ± 3 Visualizzazione di un segnale dal generatore Dopo avere impostato un'onda sinusoidale Frequenza nominale: 1 KHz proveniente dal generatore di funzioni in modo di funzionamento NORMAL, Ampiezza nominale: regolato con frequenza 1 khz, ampiezza di qualche V (<10 V) ed offset 0 V, che cosa Periodo misurato: ±0.2 div ± osservate sull oscilloscopio? Determinare il numero di divisioni piccole e grandi Frequenza misurata: ± relative a periodo ed ampiezza dell onda, e confrontarle con i valori di input. 4
e confrontarle con i valori di input. Università degli Studi di Torino C.S. Chimica Corso di Fisica C A.A. 2002-2003 Ampiezza misurata: ±0.2 div ± Che cosa accade selezionando la posizione di calibrazione variabile per l ampiezza dell onda? È possibile misurare l ampiezza dell onda in questo caso? Provare a farlo. Che cosa notate? Che cosa accade selezionando la posizione di calibrazione variabile per il periodo dell onda? È possibile misurare il periodo dell onda in questo caso? Provare a farlo, e poi convertire in frequenza. Che cosa notate? Posizionare il selettore del trigger in posizione AUTO, quindi variare il livello del trigger (LEVEL). È sempre visibile l onda? Se no, quando cessa di essere visibile? Determinare (contando le divisioni) il valore numerico per il quale parte e cessa la porzione visibile dell onda. Ripetere le osservazioni precedenti posizionando il selettore del trigger in posizione NORM. Variando il livello del trigger (LEVEL), è sempre visibile l onda? Se no, quando cessa di essere visibile? Determinare (contando le divisioni) il valore numerico per il quale parte e cessa la porzione visibile dell onda. Impostare il selettore relativo al canale sulla posizione DC. Quindi impostare sul generatore di funzioni un offset (piccolo) diverso da zero. Quale tipo di segnale si vede sullo schermo? Che cosa rappresenta matematicamente l offset? Impostare un offset piccolo in modo che l onda rimanga sullo schermo e valutare la posizione del massimo e del minimo dell onda e la sua ampiezza con e senza offset. Discutere il risultato. Variare la posizione del selettore del canale dalla posizione DC alla posizione AC e prendere le misure dei minimi e dei Ampiezza nominale: Ampiezza con posizione di calibrazione fissa: ±0.2 div ± Ampiezza con posizione di calibrazione variabile: ±0.2 div ± Frequenza nominale: Periodo con posizione di calibrazione fissa: ±0.2 div ± Frequenza: ± Periodo con posizione di calibrazione variabile: ±0.2 div ± Frequenza: ± Valore minimo: ±0.2 div ± Valore massimo: ±0.2 div ± Valore minimo: ±0.2 div ± Valore massimo: ±0.2 div ± Offset = 0 Min.: ±0.2 div ± Max.: ±0.2 div ± Offset = Min.: ±0.2 div ± Max.: ±0.2 div ± Posizione DC Min.: ±0.2 div ± 5
massimi dell onda. Max.: ±0.2 div ± Posizione AC Min.: ±0.2 div ± Max.: ±0.2 div ± Che tipo di segnale si ottiene adesso? Quale è la funzione del selettore in posizione AC rispetto alla posizione DC? 4 Misure di ampiezza, periodo e tempo di salita di segnali Misurare sull oscilloscopio sul canale 1 Frequenza nominale: 1 KHz ampiezza picco-picco e periodo di un segnale sinusoidale impostato sul Periodo misurato: ±0.2 div ± generatore un segnale sinusoidale con frequenza 1 khz, ampiezza qualche volt e Frequenza misurata: ± offset 0 V. Determinarne ampiezza e frequenza e confrontare con i valori Ampiezza misurata: ±0.2 div ± nominali. Frequenza nominale: 1 KHz Misurare sull oscilloscopio sul canale 2 ampiezza picco-picco e periodo del segnale di sincronismo del generatore. Periodo misurato: ±0.2 div ± Frequenza misurata: ± Ampiezza misurata: ±0.2 div ± Descrivere la forma del segnale di sincronismo del generatore. Ampiezza nominale: ±0.2 div ± Ampiezza (radd.): ±0.2 div ± Che cosa succede sul segnale di sincronismo variando l ampiezza del segnale sinusoidale? Effettuare altre due misure (ad es., raddoppiarlo e dimezzarlo). Ampiezza (dimez.): ±0.2 div ± Osservazioni: 6
Che cosa succede sul segnale di sincronismo variando il periodo del segnale sinusoidale? Anche in questo caso effettuare altre due misure (ad es., raddoppiare il periodo e dimezzarlo) e commentarle. Periodo nominale: ±0.2 div ± Frequenza nominale: ± Periodo (radd.): ±0.2 div ± Frequenza (radd.): ± Periodo (dimez.): ±0.2 div ± Frequenza (dimez.): ± Osservazioni: Misurare sull oscilloscopio il tempo di salita dal 10% al 90% del valore massimo di un segnale a onda quadra di frequenza 100 khz usando le apposite linee orizzontali tratteggiate sullo schermo dell'oscilloscopio. A questo proposito, viene utile calibrare l ampiezza del segnale in modo che base e top dell onda coincidano con le linee tratteggiate 0 e 100. Fare una misura di periodo a frequenza nominale di 10 Hz, 100 Hz, 1 khz, 10 khz, 100 khz, 1 MHz; ricavare la frequenza ed il suo errore e verificare che corrisponda al valore selezionato. Frequenza nominale Tempo di salita: ±0.2 div ± Periodo misurato (div) Periodo misurato Frequenza misurata 10 Hz ±0.2 ± ± 100 Hz ±0.2 ± ± 1 KHz ±0.2 ± ± 10 KHz ±0.2 ± ± 100 KHz ±0.2 ± ± 1 MHz ±0.2 ± ± 7
Esperienza 2 Circuiti in corrente continua Studenti presenti (firme): 1 Misure con resistenze in serie Scegliere due resistenze in modo da ottenere un valore di resistenza equivalente (in serie) tra 100 Ω e 1 KΩ; misurarne i valori esatti (con i rispettivi errori: ricordare che l errore associato ad una misura è il minimo tra lo 0.3% e comunque non meno di 1 unità sulla cifra meno significativa) e valutare la resistenza equivalente attesa (con il suo errore). Valutare quale deve essere la tensione massima applicabile alle due resistenze quando esse siano connesse in serie, ipotizzando P k <0.25 W. Valutare anche l errore relativo a tale misura. Non applicare tensioni maggiori di detto valore. Determinare i valori attesi delle cadute di tensione sulle resistenze, e la corrente attesa nel circuito. R 1 = ± Ω R 2 = ± Ω R eq = ± Ω V max = ± V V 1 = ± V V 2 = ± V i= ± A Misurare tutte le d.d.p. nel circuito inserendo opportunamente due voltmetri contemporaneamente. Valutare i singoli errori delle misure. V 1 = ± V V 2 = ± V Confrontare i valori di d.d.p. misurati con i valori attesi. Che cosa notate? 2 Misure con resistenze in parallelo Scegliere due resistenze in modo da ottenere un valore di resistenza equivalente (in parallelo) tra 100 Ω e 1 KΩ; misurarne i valori esatti e valutare la resistenza equivalente attesa. R 1 = ± Ω R 2 = ± Ω R eq = ± Ω 8
Valutare quale deve essere la tensione massima applicabile alle resistenze quando esse siano connesse in serie, ipotizzando P k <0.25 W. Valutare anche l errore relativo a tale misura. Non applicare tensioni maggiori di detto valore. V max = ± V Determinare i valori attesi delle correnti nelle resistenze, e calcolare la corrente totale. i 1 = ± A i 2 = ± A i= ± A Misurare tutte le correnti (valutandone i rispettivi errori) nel circuito inserendo opportunamente due amperometri in contemporanea. Valutare la corrente totale con il suo errore. i 1 = ± A i 2 = ± A i= ± A Confrontare i valori attesi con i valori osservati. Che cosa notate? 3 Misura di tensione in un partitore di tensione a. Resistenze da 1 KW Misurare con il multimetro i valori di due resistenze R 1 e R 2 da 1 KΩ. Valutare quale deve essere la tensione massima applicabile alle due resistenze quando connesse in serie, ipotizzando P k <0.25 W. Valutare anche l errore relativo a tale misura. Non applicare tensioni maggiori di detto valore. Se la resistenza fosse maggiore, la tensione massima applicabile sarebbe maggiore o minore? Perché? Determinare i valori attesi delle cadute di tensione sulle tre resistenze, e la corrente attesa nel circuito. R 1 = ± Ω R 2 = ± Ω V max = ± V V 1 = ± V V 2 = ± V 9
i= ± A Misurare la tensione fornita al circuito e le d.d.p. sulle due resistenze (queste ultime contemporaneamente). Determinare la corrente circolante nel circuito. V 1 = ± V V 2 = ± V i= ± A Confrontare i valori attesi con i valori osservati. Che cosa si nota? a. Resistenze da 1 KW Misurare con il multimetro i valori di due resistenze R 1 e R 2 da 1 KΩ. Valutare quale deve essere la tensione massima applicabile alle due resistenze quando connesse in serie, ipotizzando P k <0.25 W. Valutare anche l errore relativo a tale misura. Non applicare tensioni maggiori di detto valore. Se la resistenza fosse maggiore, la tensione massima applicabile sarebbe maggiore o minore? Perché? R 1 = ± Ω R 2 = ± Ω V max = ± V Determinare i valori attesi delle cadute di tensione sulle tre resistenze, e la corrente attesa nel circuito. V 1 = ± V V 2 = ± V i= ± A Misurare la tensione fornita al circuito e le d.d.p. sulle due resistenze (queste ultime contemporaneamente). Determinare la corrente circolante nel circuito. V 1 = ± V V 2 = ± V i= ± A Confrontare i valori attesi con i valori osservati. Che cosa si nota? 10
b. Resistenze da 1 MW Misurare con il multimetro i valori di due resistenze R 1 e R 2 da 1 MΩ. Valutare quale deve essere la tensione massima applicabile alle due resistenze quando connesse in serie, ipotizzando P k <0.25 W. Valutare anche l errore relativo a tale misura. Non applicare tensioni maggiori di detto valore. Determinare i valori attesi delle cadute di tensione sulle tre resistenze, e la corrente attesa nel circuito. R 1 = ± Ω R 2 = ± Ω V max = ± V V 1 = ± V V 2 = ± V i= ± A Misurare la tensione fornita al circuito e le d.d.p. sulle due resistenze (queste ultime contemporaneamente). Determinare la corrente circolante nel circuito. V 1 = ± V V 2 = ± V i= ± A Confrontare i valori attesi con i valori osservati. Che cosa si nota? Determinare dalle ultime misure effettuate il valore della resistenza interna del multimetro usato come voltmetro. 4 Verifica della legge di Ohm Misurare con il multimetro i valori esatti della resistenza R=1 MΩ. Perché in questo caso non viene richiesto di valutare la tensione massima applicabile affinché non si brucino le resistenze? Misurare 15 coppie di valori tensionecorrente, facendo variare la tensione erogata dal generatore da 1 V a 15 V, e riportando per ogni misura l errore relativo (ricordare che l errore associato ad una misura è il minimo tra lo 0.3% e comunque non meno di 1 unità sulla cifra meno significativa); R 2v = ± Ω R v = ± Ω R= ± Ω Tensione erogata Tensione su R Corrente in R 1 V ± V ± 2 V ± V ± 3 V ± V ± 4 V ± V ± 5 V ± V ± 6 V ± V ± 11
meno significativa); Università degli Studi di Torino C.S. Chimica Corso di Fisica C A.A. 2002-2003 Valutare il valore della resistenza R come pendenza della retta di regressione y=bx usando il metodo dei minimi quadrati e forzando a zero l intercetta A; ricordare che l errore associato alla determinazione N di B è σ B = σ y dove N è il numero di N 1 σ è 2 misure, = ( y Bx ) y N i= 1 l incertezza sulla misura di y, e 2 N N 2 = N x i xi ; invece i= 1 i= 1 N N N N xi yi xi yi i= 1 i= 1 i= 1 B = (conviene effettuare tutti i conti con le funzioni di Excel). i i 7 V ± V ± 8 V ± V ± 9 V ± V ± 10 V ± V ± 11 V ± V ± 12 V ± V ± 13 V ± V ± 14 V ± V ± 15 V ± V ± = σ y = σ B = B= ± Confrontare i valori ottenuti con il valore vero di R. 12
Esperienza 3 - Circuiti in corrente alternata Studenti presenti (firme): 1 Misure su un circuito RC come filtro passa-basso Prendere un resistore da 1 KΩ e un condensatore da 680 nf, e misurare i valori effettivi di R e C. In assenza di tali componenti, selezionarne altri che portino ad un valore di τ C simile a quello di partenza. R = ± Ω C = ± nf Stimare la costante di tempo τ C =RC, la frequenza di taglio a 3 db f 0 =ω 0 /2π usando i valori misurati di R e C. Valutare graficamente la frequenza di taglio f 0 empirica. τ C = ± f 0 = ± ω 0 = ± f 0 = ± 2 Misure su un circuito RC come filtro passa-alto Prendere un resistore da 1 KΩ e un condensatore da 680 nf, e misurare i valori effettivi di R e C. R = ± Ω C = ± nf Stimare la frequenza di taglio a 3 db f 0 =ω 0 /2π usando i valori misurati di R e C. Valutare graficamente la frequenza di taglio f 0 empirica. f 0 = ± ω 0 = ± f 0 = ± Commentare i risultati ottenuti nei due casi. 13
Misure relative al circuito RC passa basso Rilevare le tensioni picco-picco di v in (t) e v C (t) e la fase di v C (t) rispetto a v in (t), con i rispettivi errori d maggiori della frequenza di taglio a 3 db f 0 (prendere circa 15 misure, infittite intorno al valore di f 0 ); ri gradi (o in radianti): tenendo conto che in realtà si misura il tempo di sfasamento t, lo sfasamento angola temporale t al periodo T e moltiplicandolo per l angolo giro (360 o 2π), cioè ϕ = 360 t / T; Mis. Frequenza Tensione piccopicco di ingresso (div) Tensione picco-picco di ingresso Tensione picco-picco su C (div) Tensione picco-picco su C Sfasamento Atteso Sfasamento (div) Sfasame ( ) 1 ±0.2 ± ±0.2 ± ±0.2 ±_ 2 ±0.2 ± ±0.2 ± ±0.2 ±_ 3 ±0.2 ± ±0.2 ± ±0.2 ±_ 4 ±0.2 ± ±0.2 ± ±0.2 ±_ 5 ±0.2 ± ±0.2 ± ±0.2 ±_ 6 ±0.2 ± ±0.2 ± ±0.2 ±_ 7 ±0.2 ± ±0.2 ± ±0.2 ±_ 8 ±0.2 ± ±0.2 ± ±0.2 ±_ 9 ±0.2 ± ±0.2 ± ±0.2 ±_ 10 ±0.2 ± ±0.2 ± ±0.2 ±_ 11 ±0.2 ± ±0.2 ± ±0.2 ±_ 12 ±0.2 ± ±0.2 ± ±0.2 ±_ 13 ±0.2 ± ±0.2 ± ±0.2 ±_ 14 ±0.2 ± ±0.2 ± ±0.2 ±_ 15 ±0.2 ± ±0.2 ± ±0.2 ±_ Commenti:
Misure relative al circuito RC passa alto Rilevare le tensioni picco-picco di v in (t) e v C (t) e la fase di v C (t) rispetto a v in (t), con i rispettivi errori d maggiori della frequenza di taglio a 3 db f 0 (prendere circa 15 misure, infittite intorno al valore di f 0 ); ri gradi (o in radianti): tenendo conto che in realtà si misura il tempo di sfasamento t, lo sfasamento angola temporale t al periodo T e moltiplicandolo per l angolo giro (360 o 2π), cioè ϕ = 360 t / T. Mis. Frequenza Tensione piccopicco di ingresso (div) Tensione picco-picco di ingresso Tensione picco-picco su C (div) Tensione picco-picco su C Sfasamento Atteso Sfasamento (div) Sfasame ( ) 1 ±0.2 ± ±0.2 ± ±0.2 ±_ 2 ±0.2 ± ±0.2 ± ±0.2 ±_ 3 ±0.2 ± ±0.2 ± ±0.2 ±_ 4 ±0.2 ± ±0.2 ± ±0.2 ±_ 5 ±0.2 ± ±0.2 ± ±0.2 ±_ 6 ±0.2 ± ±0.2 ± ±0.2 ±_ 7 ±0.2 ± ±0.2 ± ±0.2 ±_ 8 ±0.2 ± ±0.2 ± ±0.2 ±_ 9 ±0.2 ± ±0.2 ± ±0.2 ±_ 10 ±0.2 ± ±0.2 ± ±0.2 ±_ 11 ±0.2 ± ±0.2 ± ±0.2 ±_ 12 ±0.2 ± ±0.2 ± ±0.2 ±_ 13 ±0.2 ± ±0.2 ± ±0.2 ±_ 14 ±0.2 ± ±0.2 ± ±0.2 ±_ 15 ±0.2 ± ±0.2 ± ±0.2 ±_ Commenti:
Esperienza 4 - Indice di rifrazione ed aberrazioni Studenti presenti (firme): 1 Indice di rifrazione Misura Angolo di incidenza Angolo di rifrazione Indice di rifrazione 1 ± ± ± 2 ± ± ± 3 ± ± ± 4 ± ± ± 5 ± ± ± 6 ± ± ± 7 ± ± ± 8 ± ± ± 9 ± ± ± 10 ± ± ± 11 ± ± ± 12 ± ± ± 13 ± ± ± 14 ± ± ± 15 ± ± ± Media ± 2a Aberrazione: misure con lastra di plexiglass x y 2b Aberrazione: misure con specchietto metallico x y 16
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Esperienza 5 Lunghezza focale delle lenti Studenti presenti (firme): 1 Misure con la prima lente convergente Riportare le posizioni e le dimensioni della sorgente (reticolo illuminato dalla lampada), che non dovrà essere mossa durante tutta l esperienza. Posizione sorgente: ± Dimensioni sorgente: ± 2 Misure con la seconda lente convergente Riportare le posizioni e le dimensioni della sorgente (reticolo illuminato dalla lampada), che non dovrà essere mossa durante tutta l esperienza. Posizione sorgente: ± Dimensioni sorgente: ± 3 Misure con il sistema di due lenti Riportare le posizioni e le dimensioni della sorgente (reticolo illuminato dalla lampada), che non dovrà essere mossa durante tutta l esperienza. Posizione sorgente: ± Dimensioni sorgente: ± 21
1 Misure con la prima lente convergente Inserire i Confrontare Numero misura Misura posizione lente Misura posizione immagine Misura dimensioni immagine Calcolo ingrandimento da misure (M=l /l) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Media Confrontare il valore medio ottenuto per la distanza focale con il valore atteso. Valore distanza tra oggetto e lente Va dista imm le
2 Misure con la seconda lente convergente Numero misura Misura posizione lente Misura posizione immagine Misura dimensioni immagine Calcolo ingrandimento da misure (M=l /l) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Media Confrontare il valore medio ottenuto per la distanza focale con il valore atteso. Valore distanza tra oggetto e lente Va dista imm le
3 Misure con il sistema di due lenti (convergente e divergente) Numero misura Misura posizione lente divergente Misura posizione lente convergente Misura posizione schermo Misura dimensione immagine Calcolo ingrandimento da misure (M=l /l) Calcolo distanza tra le lenti (L) Misura distanza tra oggetto e prima lente (s1) Misura distanza tra seconda lente ed immagine (s2 ) Calcolo distanza tra prima lente ed 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Commentare le misure ottenute (tipi di immagini se reali o virtuali, se dritte o rovesciate -, ingrandimenti,