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Laboratório de Física III

Código: FIS3011     Sigla: FIS3011

Áreas Científicas
Classificação Área Científica
OFICIAL Física

Ocorrência: 2021/2022 - 1S Ícone do Moodle Ícone  do Teams

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:EF 0 Plano estudos a partir do ano letivo 2021/22 3 - 6 48 162
L:F 22 Plano estudos a partir do ano letivo 2017/18 3 - 6 48 162

Docência - Responsabilidades

Docente Responsabilidade
Carla Susana Santana Carmelo Rosa Regente

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:


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

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

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

  • 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:
  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

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


  • O semestre contempla um total de 12 sessões, incluindo:


    • prática laboratorial;

    • tratamento e análise de dados


  • Cada sessão prática laboratorial tem a duração de 4 horas, com uma pausa intermédia.

  • os docentes terão horas de apoio distribuídas ao longo da semana para discussão  e esclarecimento de dúvidas.


 

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 (%)
Trabalho escrito 50,00
Trabalho laboratorial 50,00
Total: 100,00

Componentes de Ocupação

Designação Tempo (Horas)
Estudo autónomo 40,00
Trabalho escrito 40,00
Trabalho laboratorial 48,00
Trabalho de investigação 34,00
Total: 162,00

Obtenção de frequência

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


  • preparar antecipadamente (à aula) e realizar pelo menos 2/3 das actividades  laboratoriais previstas;

  • entregar dois relatórios científicos no prazo indicado pelos docentes;

  • obter nota média mínima de 50% no conjunto dos dois relatórios científicos  submetidos

  • obter avaliação positiva do logbook de laboratório. 

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%
  • Teste final = 20%
  • Discussão em grupos de trabalho=10%

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.

A avaliação do logbook do estudante considera duas vertentes:

  1. preparação realizada do trabalho laboratorial a realizar (o que vai fazer? Qual o fundamento? Quais os princípios, montagens e equipamentos?);
  2. tratamento e análise crítica dos resultados da sessão laboratorial anterior;

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.

Serão formados grupos de discussão em torno de cada um dos trabalhos experimentais. Até ao final do semestre, estes grupos deverão apresentar um documento resultante da reflexão sobre os resultados por ele obtidos nesse trabalho, devendo cada grupo  apresentar uma conclusão global validada para os objectivos do trabalho proposto. 

O teste realizar-se à no final do semestre, em data a anunciar no arranque das aulas. 

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
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