Laboratório de Física III

Código:

FIS3011

Sigla:

FIS3011

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Física

Ocorrência: 2019/2020 - 1S

Ativa?	Sim
Unidade Responsável:	Departamento de Física e Astronomia
Curso/CE Responsável:	Licenciatura em Física

Ciclos de Estudo/Cursos

Sigla	Nº de Estudantes	Plano de Estudos	Anos Curriculares	Créditos UCN	Créditos ECTS	Horas de Contacto	Horas Totais
L:F	40	Plano de Estudos Oficial	3	-	6	48	162
MI:EF	38	Plano estudos a partir do ano letivo 2017/18	3	-	6	48	162

Língua de trabalho

Português - Suitable for English-speaking students

Objetivos

• introduzir técnicas de medida e de análise de processos radioactivos;


• desenvolver competências laboratoriais de base em montagens ópticas;


• introduzir técnicas de medida óptica de precisão, em particular: interferometria, espectroscopia.


• expandir as competências de manuseamento de equipamento de medida laboratorial de precisão (lock-in, LCR meter, Sensores de Hall, Geiger...)


• Introduzir métodos avançados de medidas de propriedades físicas da matéria condensada para diferentes temperaturas criogénicas e altas temperaturas.


• utilizar correctamente a aquisição automática de dados.

Resultados de aprendizagem e competências

• competência de identificação, formulação e resolução de problemas de física e engenharia


• domínio de técnicas de medida avançadas e utilização de ferramentas de física e engenharia


• aplicação dos conhecimentos de matemática, ciências e engenharia em ambiente laboratorial


• aprofundar as competências de comunicação em ciência (relatório e discussão oral)


• desenvolvimento de apetência e competências de trabalho em equipa

Modo de trabalho

Presencial

Programa

O Laboratório 3 propõe a realização de um conjunto de experiências enquadradas em Física Atómica e do Núcleo, Física do Estado Sólido e da  Matéria Condensada, e Óptica. As experiências introduzem a aplicação de técnicas de medida de precisão, e de técnicas de caracterização de propriedades ópticas e eléctricas de materiais.

Introduz-se a utilização de instrumentos e técnicas laboratoriais específicos, como  interferómetros ópticos, espectrómetro óptico, Medidor LCR, Efeito Hall, goniómetros, detecção heteródina), e sensibilizam-se os estudantes para a correcta utilização da  aquisição automática de dados e seu armazenamento. Exploram-se técnicas de tratamento e análise de dados mais avançadas,

• avaliação/calibração da baseline de medidas (radioactividade, campo magnético…)
• determinação da estatística de dados experimentais
• médias boxcar e
• determinação de parâmetros característicos de curvas experimentais

Algumas das experiências têm como propósito a medição experimental de constantes físicas universais.

1. Física Atómica e Nuclear
   1. Radioactividade [Geigger Mueller, análise estatística de dados]
   2. Estatística do decaimento radioativo.
   3. Estudo da semi-vida radioativa
   4. Medida do magnetão de Bohr, por efeito Zeeman [cavidade Fabry Perot]
2. Física da Matéria Condensada
   1. Sensor de Hall; Caracterização de semicondutor
   2. Variação da resistividade elétrica do cobre com a temperatura. [LCRmeter, termopar ]
   3. Determinação da banda proibida de um semicondutor [Fontes estabilizadas, pequenas correntes, termopar]
   4. Caracterização de um supercondutor [técnica dos 4 contactos, automação da medida, criogenia]
3. Mecânica
   1. Caracterização de materiais por ultrasons [tempo de voo de impulsos, transdutor piezzo, impedância acústica, características de impulso]
4. Óptica
   1. Feixes Colimados, formação de imagem por lentes, telescópio, sistemas 4f [Skills de óptica laboratorial ]
   2. Lei de Malus; Configuração Polarizador / Analisador [Skills de óptica laboratorial ]
   3. Determinação do índice de refração de um vidro pelo método do desvio mínimo de um prisma. [Goniómetro]
   4. Medida do índice n_ar vs Pressão_atmosférica [Interferómetro de Michelson]
   5. Medida microscópicas com réguas macroscópicas ( comprimento de onda de um laser, espessura cabelo, estruturas opacas e transparentes) [Difração de Frauhnhofer]
   6. Caracterização de diferentes fontes de luz; Medidas de Reflectância e Absorvância de amostras [Espectroscopia]
   7. Decaimento da Fluorescência do Rubi. [Espectroscopia]
   8. Medida da velocidade da luz [Detecção heterodina, modulação CW]

Bibliografia Obrigatória

vários [DFA]; guiões de experiências de LF3

Bibliografia Complementar

Colin J. Smithells; Metals reference book. ISBN: 0-408-70627-9
Berendsen Herman J. C.; A student.s guide to data and error analysis. ISBN: 9780521134927 (análise de dados, apresentação de dados, erros....)
Taylor John R; An introduction to error analysis. ISBN: 0-935702-75-X (tratamento de erros )
Semyon G. Rabinovich; Measurement errors and uncertainties. ISBN: 0-387-98835-1
Barry N. Taylor and Chris E. Kuyatt; Guidelines for Evaluating and Expressing the Uncertainty of NIST Measurement Result, National Institute of Standards and Tecnhology, 1994. ISBN: online! (https://www.nist.gov/pml/nist-technical-note-1297/nist-guidelines-evaluating-and-expressing-uncertainty-nist-measurement)
John Wulff; The structure and properties of materials. ISBN: 0-471-61265-0 Vol. 1

Observações Bibliográficas

Todos os trabalho experimentais são acompanhados de um guião laboratorial, que será atempadamente disponibilizado através da página Moodle da UC.

Métodos de ensino e atividades de aprendizagem

• Os estudantes trabalham em grupos de dois, e realizam as atividades laboratoriais com supervisão dos docentes. 


• Os laboratórios comportam um máximo de 16 estudantes por turma. 


• Cada sessão prática laboratorial tem a duração de 4 horas.


• O semestre contempla um total de 12 sessões de prática laboratorial e de tratamento e análise de dados.


• As novas técnicas de medida e os detalhes experimentais de algumas experiências serão apresentados e discutidos nalgumas das sessões laboratoriais.

Software

Python
Gnuplot
ImageJ
Fiji
Scidavis

Palavras Chave

Ciências Físicas > Física > Física aplicada > Física experimental

Tipo de avaliação

Avaliação distribuída sem exame final

Componentes de Avaliação

Designação	Peso (%)
Prova oral	30,00
Trabalho escrito	35,00
Trabalho laboratorial	35,00
Total:	100,00

Componentes de Ocupação

Designação	Tempo (Horas)
Estudo autónomo	30,00
Trabalho escrito	60,00
Trabalho laboratorial	48,00
Trabalho de investigação	24,00
Total:	162,00

Obtenção de frequência

Para obter frequência à Unidade Curricular, o aluno deverá preencher os requisitos seguintes:

• participar em pelo menos 3/4  das aulas laboratoriais previstas.


• entregar dois relatórios científicos no prazo indicado pelos docentes no início das aulas.


• nota mínima de 10/20 valores no conjunto dos dois relatórios científicos  submetidos


• nota mínima de 10/20 valores no logbook (trabalho laboratorial) apresentado. 

Fórmula de cálculo da classificação final

Para o cálculo da classificação final serão tidos em consideração quatro elementos de avaliação com os pesos seguintes:

• Caderno de registo (logbook) =35%
• Qualidade dos 2 relatórios científicos =35%
• Discussão sobre relatórios/trabalhos práticos = 30%

No Caderno de registo o aluno deverá registar sequencialmente toda a informação relevante de todo o trabalho desenvolvido nesta Unidade Curricular, seja durante a aula, seja durante o tempo de trabalho fora das aulas presenciais, nomeadamente a preparação da atividade experimental, o registo de dados obtidos, todas as observações efetuadas e análise dos resultados e respetivas conclusões.

Os relatórios científicos a elaborar serão escolhidos pelos docentes, devendo ser impreterivelmente entregues em formato digital (pdf) no prazo de duas semanas após a realização do trabalho no laboratório.

No final do semestre haverá lugar a discussão  individual com os estudantes em torno dos dois relatórios e das actividades realizadas no laboratório.

Avaliação especial (TE, DA, ...)

Como todas as componentes de avaliação exigem a realização de trabalho laboratorial recomenda-se a todos os alunos nesta situação que contactem com o docente de forma a possibilitar a realização da componente prática num horário flexível, utilizando o tempo de atendimento.

Melhoria de classificação

Após a submissão do primeiro relatório, os estudantes receberão informações e sugestões de melhoramento dos relatórios. Com essa informação, terão a oportunidade de submeter o primerio relatório a re-avaliação (dentro de prazos estipulados no arranque da UC). 

Dado o caráter experimental da unidade curricular, apenas se poderá fazer a melhoria da nota final no ano letivo seguinte, nos termos da alínea b do número 2 do artigo 12º do “Regulamento de avaliação do aproveitamento dos estudantes” da FCUP, através de nova frequência à Unidade Curricular. Esta inscrição é feita no início do ano letivo e contabilizada no máximo de créditos em que o estudante se pode inscrever.

Observações

O júri da UC é constituído por: 
- Carla Susana Santana Carmelo Rosa
- André Miguel Trindade Pereira
- José Luís Campos de Oliveira Santos