Φυσική (Εργαστήριο)

Πληροφορίες Μαθήματος

Εξάμηνο Μαθήματος:
1
Μέρος Μαθήματος:
Εργαστήριο
Κωδικός Μέρους Μαθήματος:
245102
Εβδομαδιαίες Ώρες Διδασκαλίας:
2
Μονάδες ECTS Μαθήματος:
6
Διαθέσιμο σε σπουδαστές ERASMUS:
Όχι
Προσωπικό Μαθήματος:


Σκοπός Μαθήματος

Σκοπός του μαθήματος είναι να αποκτήσουν οι σπουδαστές τις απαραίτητες θεωρητικές γνώσεις σε βασικές αρχές της φυσικής επιστήμης προκειμένου να ανταποκριθούν στις εξειδικευμένες απαιτήσεις των τεχνολογικών μαθημάτων ειδικότητας των επόμενων εξαμήνων.


Μαθησιακοί Στόχοι

Ο καθε φοιτητής θα πρέπει να είναι σε θέση να:

  • Υπολογίζει μέση τιμή, τυπική απόκλιση, σφάλμα από μετάδοση και σύνθετα σφάλματα μετρήσεων.
  • Σχεδιάζει  γραφικά τα αποτελέσματα εργαστηριακών μετρήσεων.
  • Ανακατασκευάζει εκθετικές, λογαριθμικές και εξισώσεις δύναμης  σε γραμμική έκφραση.
  • Ορίζει την ταχύτητα, επιτάχυνση, κινητική ενέργεια και έργο.
  • Υπολογίζει τη θέση, ταχύτητα και επιτάχυνση κινητού αν είναι γνωστή η σχέση (α) δύναμης-θέσης, (β) δύναμης-ταχύτητας (γ) ταχύτητας-θέσης και (δ) επιτάχυνσης-θέσης.
  • Ορίζει τις συνθήκες διατηρητικότητας πεδίων.
  • Προσδιορίζει αν κάποιο πεδίο είναι διατηρητικό.
  • Υπολογίζει τα μεγέθη της κίνησης (θέση, ταχύτητα, επιτάχυνση) σε αρμονικές, εξαναγκασμένες και φθίνουσες μηχανικές ταλαντώσεις.
  • Υπολογίζει τη σχέση δύναμης-γωνιακής συχνότητας σε εξαναγκασμένες μηχανικές ταλαντώσεις και να καθορίζει τη σχέση της συχνότητα συντονισμού με τα φυσικά χαρακτηριστικά του εξαναγκασμένου ταλαντωτή.
  • Υπολογίζει τη σχέση συντελεστή ποιότητας με τα R,L,C για κύκλωμα εξαναγκασμένων ταλαντώσεων RLC σε σειρά.
  • Ορίζει τη στάθμη Fermi.
  • Ορίζει τη σχέση ενέργειας και περιοχής απογύμνωσης σε διόδους p-n.
  • Σχεδιάζει τα διαγράμματα ενέργειας θέσης σε διόδους επαφής.
  • Ερμηνεύει το φαινόμενο της χιονοστοιβάδαςγράφει τις τέσσερις εξισώσεις του Maxwell στο κενό και σε μέσο διάδοσης.
  • Ορίζει το ρεύμα μετατόπισης.


Γενικές Ικανότητες

Η φυσική προάγει τις ακόλουθες γενικές ικανότητες:

  • Ανάλυση και σύνθεση δεδομένων και πληροφοριών με τη χρήση και των απαραίτητων τεχνολογιών
  • Άσκηση κριτικής σκέψης και προαγωγή της ελεύθερης και δημιουργικής σκέψης πράγμα που οδηγεί στη λήψη αποφάσεων
  • Ομαδική και αυτόνομη εργασία
  • Σεβασμό στο φυσικό περιβάλλον


Περιγραφή Μαθήματος

Το εργαστήριο περιλαμβάνει τις ακόλουθες εργαστηριακές ασκήσεις: (13 δίωρα συνολικά)

ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ (2)

  1. Εισαγωγικές έννοιες εργαστηριακής φυσικής-ανάλυση σφαλμάτων & γραφικών παραστάσεων -μελέτη ειδικών θεμάτων. Μετρήσεις με μικρόμετρο και διαστημόμετρο. [ΕΜ-ΑΣΚΗΣΗ 1,2 & 3]
  2. Εισαγωγή στις ηλεκτρικές μετρήσεις-μέτρηση αντίστασης με πολύμετρο(Αναλογικά πολύμετρα στρεπτού πηνίου-Μέτρηση αντίστασης) [ΕΗ-ΑΣΚΗΣΗ 1] και Εισαγωγή στον παλμογράφο [ΕΗ-ΑΣΚΗΣΗ 3 & 4]- Χρήση παλμογράφου για θεμελιώδεις ηλεκτρικές μετρήσεις-μέτρηση περιόδου & εκτίμηση συχνότητας, μέτρηση ενεργού τάση (Καθοδικός παλμογράφος απλής και διπλής δέσμης) και μελέτη σύνθεσης ταλαντώσεων, καμπύλες Lissajous-μέτρηση διαφοράς φάσης(Καθοδικός παλμογράφος απλής και διπλής δέσμης) [ΕΗ-ΑΣΚΗΣΗ 3 & 4]. Χρήση παλμογράφου για θεμελιώδεις ηλεκτρικές μετρήσεις-μέτρηση περιόδου & εκτίμηση συχνότητας, μέτρηση ενεργού τάσης (Καθοδικός παλμογράφος απλής και διπλής δέσμης) και μελέτη σύνθεσης ταλαντώσεων, καμπύλες Lissajous-μέτρηση διαφοράς φάσης(Καθοδικός παλμογράφος απλής και διπλής δέσμης).

 

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ (4)

  1. Μελέτη νόμου ελαστικότητας Ηοοke & ελεύθερης ταλάντωσης ελατηρίου-υπολογισμός σταθεράς ελαστικότητας (Υπολογισμός σταθεράς ελατηρίου) [ΕΜ-ΑΣΚΗΣΗ 6]
  2. Μελέτη φθίνουσας ταλάντωσης εκκρεμούς-υπολογισμός επιτάχυνσης βαρύτητας, συντελεστή ποιότητας(Μέτρηση επιτάχυνσης βαρύτητας με το απλό εκκρεμές) [ΕΜ-ΑΣΚΗΣΗ 5Α]
  3. Στάσιμα μηχανικά κύματα (Μέτρηση της ταχύτητας του ήχου με τη μέθοδο Quincke) [ΕΜ-ΑΣΚΗΣΗ 12] και Μελέτη κινήσεων & θεωρήματος έργου ενέργειας (Αεροτροχιά) [EM-ΑΣΚΗΣΗ 4]
  4. Οδεύοντα μηχανικά κύματα-μονάδες db & dbm (Μέτρηση της έντασης του ήχου και προσδιορισμός του συντελεστή εξασθένησής του) [ΕΜ-ΑΣΚΗΣΗ 11]

 

EΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΥ, ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ & ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΣΜΟΥ (7)

  1. Μελέτη χαρακτηριστικής ηλεκτρικής πηγής και υπολογισμός εσωτερικής αντίστασης πηγής & μέτρηση χωρητικότητας πυκνωτή (Μέτρηση της ηλεκτρεγερτικής δύναμης και της εσωτερικής αντίστασης ηλεκτρικής πηγής & μέτρηση χωρητικότητας πυκνωτή) [ΕΗ-ΑΣΚΗΣΗ 5 & 6]
  2. Μελέτη συντονισμού κυκλώματος RLC-υπολογισμός συντελεστή ποιότητας (Ανάλυση συμπεριφοράς του κυκλώματος RLC στο εναλλασσόμενο ρεύμα) [ΕΗ-ΑΣΚΗΣΗ 10]
  3. Μελέτη θερμιονικής εκπομπής μετάλλων (Θερμιονική εκπομπή ηλεκτρονίων από μέταλλο) [EH-AΣΚΗΣΗ 11] και Μελέτη φωτοαγώγιμων στοιχείων- φωτοβολταϊκό στοιχείου (Φωτοαγώγιμα στοιχεία)  [ΕΜ-ΑΣΚΗΣΗ 12]
  4. Μελέτη φωτοδιόδου (Φωτοδίοδος) [ΑΣΚΗΣΗ 17 & 18]
  5. Μελέτη διόδου επαφής και Zener (Δίοδος επαφής-Δίοδος Zener) [AΣΚΗΣΗ 19]
  6. Μελέτη κυματικής υφής φωτός (Φυσική μελέτη ακτινοβολίας Laser) [AΣΚΗΣΗ 15]
  7. Μελέτη συμπεριφοράς ακτινοβολίας γ (Εξασθένηση ακτινοβολίας γ από την ύλη-Απαριθμητής GM) [AΣΚΗΣΗ 16]

 

Τα ανωτέρω περιλαμβάνουν τα ακόλουθα την θεωρητική διδασκαλία στα παρακάτω εδάφια

1. ΑΝΑΛΥΣΗ & ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΩΝ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ (5 ώρες)

Α. ΑΝΑΛΥΣΗ ΣΦΑΛΜΑΤΩΝ (2.5 ΩΡΕΣ)

  • Σημασία της θεωρίας Ανάλυσης Σφαλμάτων
  • Μετρήσεις, Πραγματική τιμή-Αληθινή τιμή
  • Πιθανότητα εμφάνισης μέτρησης-Κατανομές αποτελεσμάτων
  • Αληθινό σφάλμα-Αβεβαιότητα-Σχετικό σφάλμα
  • Συστηματικά σφάλματα-Τυχαία σφάλματα
  • Αβεβαιότητα λόγω οργανολογίας
  • Μέση τιμή-Μέσο Σφάλμα-Στατιστικές Αποκλίσεις
  • Άλλες στατιστικές ροπές
  • Διαστήματα αξιοπιστίας-Σημαντικά ψηφία-Επιστημονική γραφή αποτελεσμάτων
  • Στρογγυλοποίηση
  • Σύνθετες μετρήσεις-Μετάδοση σφαλμάτων
  • Μετάδοση σφάλματος-Τύποι υπολογισμού
  • Εκτιμήσεις μέσης τιμής και σφάλματος
  • Επιδράσεις επιμέρους τιμών αβεβαιότητας-Σταθμισμένη μέση τιμή
  • Τρόποι παρουσίασης αποτελεσμάτων μετρήσεων
  • Στατιστικά πακέτα υπολογισμού σφαλμάτων-συνήθεις εντολές
  • Παραδείγματα υπολογισμών σε gcc και gfortran
  • Παραδείγματα πραγματικών μετρήσεων-Παραδείγματα παρουσιάσεων
  • Αξιολόγηση

 

Β. ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΩΝ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ  (2.5 ΩΡΕΣ)

  • Σημασία των γραφικών παραστάσεων στην επιστημονική παρουσίαση
  • Ευθείες παραστάσεις (trends)-τύποι-εξισώσεις
  • Κλίση ευθείας-Πειραματική εύρεση
  • Καμπύλες παραστάσεις-Συνήθεις τύποι
  • Εφαπτομένη καμπύλης-Πειραματική εύρεση
  • Κλίση καμπύλης σε σημείο-Πειραματική εύρεση
  • Προσαρμογή σε ευθεία
  • Μέθοδος ελαχίστων τετραγώνων-χ2-Likelihood-Στάθμιση αποτελεσμάτων
  • Συντελεστής r2
  • Εκτίμηση σφάλματος, Προσαρμογή σε πολυώνυμο, Πολλαπλή προσαρμογή-Stepwise regression
  • Άλλες μέθοδοι (PCA, Multivariate methods, κ.λπ
  • Παραδείγματα πραγματικών μετρήσεων-Παραδείγματα παρουσιάσεων

 

2. ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ & ΑΙΣΘΗΤΗΡΕΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΩΝ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ (2 ώρες)

Μετρήσεις ηλεκτρικών συστημάτων

Α. ΠΟΛΥΜΕΤΡΑ ΣΤΡΕΠΤΟΥ ΠΗΝΙΟΥ  0.5 ΩΡΕΣ

  • Θεμελιώδεις φυσικές αρχές,  Περιγραφή & ιδιότητες,  Αρχή λειτουργίας
  • Χρήση πολυμέτρων ως αμπερόμετρα και βολτόμετρα, Επέκταση της περιοχής μέτρησης πολυμέτρων
  • Επιλογή καταλληλότερου βολτομέτρου
  • Μέτρηση τάσης, Μέτρηση έντασης ρεύματος με πολύμετρο

B. ΠΑΛΜΟΓΡΑΦΟΣ    1 ΩΡΑ

  • Περιγραφή & τμήματα, Ηλεκτρονικό τηλεβόλο
  • Γεννήτρια πριονωτών τάσεων
  • Ενισχυτές οριζοντίων & κατακόρυφων αποκλίσεων
  • Ρύθμιση έντασης δέσμης
  • Συστήματα απόκλισης δέσμης-Ηλεκτροστατικό, Μαγνητικό
  • Βασικά κομβία λειτουργίας, Είδη μετρήσεων με παλμογράφο
  • Μέτρηση τάσης DC, AC
  • Σύνθεση-συμβολή αμοιβαία κάθετων ταλαντώσεων-Καμπύλες Lissajous
  • Μέτρηση συχνότητας μέσω χρονικής διαφοράς, μέσω συμβολής
  • Μέτρηση διαφοράς φάσεως μέσω χρονικών διαφορών, μέσω συμβολής
  • Μετρήσεις μηχανικών συστημάτων

Γ. ΑΙΣΘΗΤΗΡΕΣ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ

  • Αισθητήρες παραμόρφωσης, πίεσης, θερμοκρασίας, υγρασίας

Δ. ΔΙΑΣΤΗΜΟΜΕΤΡΟ

Ε. ΜΙΚΡΟΜΕΤΡΟ 0.5 ΩΡΕΣ

ΘΕΜΑΤΑ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΟΥ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΥ 8 ΩΡΕΣ

ΘΕΜΕΛΙΩΔΗ ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ  (2 ώρες)

Α. ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗ    1 ΩΡΑ

  • Ορισμός, Μέτρηση αντίστασης με πολύμετρο
  • Μέτρηση αντίστασης με βολτόμετρο και αμπερόμετρο-ελάχιστα σφάλματα μέτρησης
  • Αντίσταση παράλληλα στο βολτόμετρο, Αντίσταση σε σειρά με το αμπερόμετρο
  • Προσδιορισμός μεγίστης αντίστασης δυνάμενης να μετρηθεί

Β. ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΠΗΓΗ  0.5 ΩΡΕΣ

  • Ηλεκτρεγερτική δύναμη, Εσωτερική αντίσταση πηγής-Πολική τάση
  • ΗΕΔ εξ επαγωγής-μηχανιστικό πρότυπο κινούμενου αγωγού
  • Ηλεκτρολυτικό δυναμικό-πόλωση ηλεκτροδίων
  • Συσσωρευτές και στοιχεία, Συσσωρευτές μολύβδου, Αλκαλικοί συσσωρευτές
  • Γαλβανικά στοιχεία (Μη επαναφορτιζόμενα, Επαναφορτιζόμενα)
  • Μέτρηση ΗΕΔ-εσωτερικής αντίστασης πηγής με ροοστάτη, με αντιστάθμιση, με το θεώρημα μεγίστης ισχύος

Γ. ΠΥΚΝΩΤΗΣ 0.5 ΩΡΕΣ

  • Εκτεταμένα-εντοπισμένα ηλεκτροστατικά πεδία
  • Χωρητικότητα εντοπισμένου πεδίου, Ορισμοί., Μονάδες μέτρησης, Ενέργεια και πυκνότητα ενέργειας εντοπισμένου ηλεκτροστατικού πεδίου, Μορφές πυκνωτών

Αξιολόγηση Σπουδαστών

Γλώσσα Αξιολόγησης: Ελληνική και αγγλική για τους φοιτητές Erasmus.

Αξιολόγηση εργαστηριακού τμήματος (40%)

  • Εργαστηριακές Πρακτικές Ασκήσεις 
  • Ατομική ή ομαδική (μέχρι το πολύ 3 ατόμων) έκθεση σε κάθε εργαστηριακή άσκηση  που περιλαμβάνει περιγραφή της άσκησης, παρουσίαση των μετρήσεων, παρουσίαση των αποτελεσμάτων (υπολογισμοί, διαγράμματα, κ.λπ.) και διατύπωση συμπερασμάτων. (10%)
  • Εβδομαδιαία προφορική εξέταση στο αντικείμενο της υπό πραγματοποίηση εργαστηριακής άσκησης (15%)
  • Παρουσία (5%)
  • Tελική γραπτή εξέταση (10%)

Τα κριτήρια αναρτώνται στο site http://dniko.herokuapp.com/  και στο https://electra.teipir.gr 


Βιβλιογραφία

  • Εργαστηριακή Φυσική, Σύγχρονη Εκδοτική, 2014
  • H.D.Young, “Πανεπιστημιακή Φυσική, Μηχανική και Θερμοδυναμική”, Εκδ. Παπαζήση 2012
  • “Physics”, J. Willey and Sons, 1992.
  • “Physics for Scientists and Engineers”, Τόµοι Ι και ΙΙΙ, Απόδοση στα Ελληνικά Λεωνίδα Ρεσβάνη, Serway – SGSS, 1992.
  • M. Alonso, E. Finn, “Θεμελιώδης Πανεπιστημιακή Φυσική, Μηχανική και Θερμοδυναμική”, Μετάφραση Λ. Κ. Ρεσβάνη, Αθήνα 1981.
  • “Μαθήματα Φυσικής Πανεπιστημίου Berkley”, McGraw-Hill, 1996.