Laboratório de Física III
Áreas Científicas |
Classificação |
Área Científica |
OFICIAL |
Física |
Ocorrência: 2019/2020 - 1S
Ciclos de Estudo/Cursos
Língua de trabalho
Português - Suitable for English-speaking students
Objetivos
Desenvolver o domínio de técnicas e ferramentas experimentais de física moderna e de engenharia, pela prática laboratorial, envolvendo a realização de experiências, a análise de dados, e a interpretação crítica dos resultados. Em particular, pretende-se:
- 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.
Lista exemplificativa de experiências:
- Física Atómica e Nuclear
- Radioactividade [Geigger Mueller, análise estatística de dados]
- Estatística do decaimento radioativo.
- Estudo da semi-vida radioativa
- Medida do magnetão de Bohr, por efeito Zeeman [cavidade Fabry Perot]
- Física da Matéria Condensada
- Sensor de Hall; Caracterização de semicondutor
- Variação da resistividade elétrica do cobre com a temperatura. [LCRmeter, termopar ]
- Determinação da banda proibida de um semicondutor [Fontes estabilizadas, pequenas correntes, termopar]
- Caracterização de um supercondutor [técnica dos 4 contactos, automação da medida, criogenia]
- Mecânica
- Caracterização de materiais por ultrasons [tempo de voo de impulsos, transdutor piezzo, impedância acústica, características de impulso]
- Óptica
- Feixes Colimados, formação de imagem por lentes, telescópio, sistemas 4f [Skills de óptica laboratorial ]
- Lei de Malus; Configuração Polarizador / Analisador [Skills de óptica laboratorial ]
- Determinação do índice de refração de um vidro pelo método do desvio mínimo de um prisma. [Goniómetro]
- Medida do índice n_ar vs Pressão_atmosférica [Interferómetro de Michelson]
- Medida microscópicas com réguas macroscópicas ( comprimento de onda de um laser, espessura cabelo, estruturas opacas e transparentes) [Difração de Frauhnhofer]
- Caracterização de diferentes fontes de luz; Medidas de Reflectância e Absorvância de amostras [Espectroscopia]
- Decaimento da Fluorescência do Rubi. [Espectroscopia]
- 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
Scidavis
ImageJ
Fiji
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