Wprowadzenie, program gnuplot

Pracownia fizyczna i elektroniczna(w tym komputerowa)

Zajecia 1

Grzegorz Grzelak

Zakad Czastek i Oddziaywan FundamentalnychIFD UW

e-mail: grzelak@fuw.edu.plWWW: http://www.fuw.edu.pl/grzelak

21 luty 2013

G. Grzelak (IFD UW) 1 / 37

PLAN DZISIEJSZYCH ZAJEC:

1 Zakres tematyczny pracowniRozkad semestru letniego 2012/2013

2 BHP

3 Opisy i zasady zaliczen

4 Wprowadzenie do programu gnuplot

5 Charakterystyka I(U) dla opornika i zarwkiZasilacz, miernik uniwersalnyUproszczona teoria zarwki

G. Grzelak (IFD UW) 2 / 37

PLAN:

1 Zakres tematyczny pracowniRozkad semestru letniego 2012/2013

2 BHP

3 Opisy i zasady zaliczen

4 Wprowadzenie do programu gnuplot

5 Charakterystyka I(U) dla opornika i zarwkiZasilacz, miernik uniwersalnyUproszczona teoria zarwki

G. Grzelak (IFD UW) 3 / 37

Wsprzedne czasoprzestrzenne pracowni

Zaczynamy w czwartki o godz. 8:00 (bez kwadransa)Laboratorium: 3*60 min. (+opcjonalny mini wykad)Cwiczenia rachunkowe: 3*45 min. z przerwami 15 min.Obowiazkowe wykady w PONIEDZIAKI(T. Supinski, K. Korona, J. Szczytko)na poczatku nowego dziau (Hoza 69, Nowa Aula, 9:15-12:00)Synchronizacja z wykadem prof. A. MajhoferaWstep do analizy danych (Analiza niepewnosci pomiarowych)

Strona WWW pracowni: http://pe.fuw.edu.pl(Materiay do cwiczen, ...)

G. Grzelak (IFD UW) 4 / 37

Zakres tematyczny pracowni

pracownia DOSWIADCZALNA, FIZYCZNA, ELEKTRONICZNApomiary wykonywane manualniezespoy duwosobowe(niektre cwiczenia wykonywane samodzielnie)... w tym komputerowa wizualizacja danychnauka pisania sprawozdan:... aby jezyk gietki powiedzia wszystko co pomysli gowaadresat opisu (Richard Feynman, QED osobliwa teoria swiata i materii)opisy w formie drukowanej oddajemy w sekretariacietydzien po wykonaniu cwiczenia

G. Grzelak (IFD UW) 5 / 37

PLAN:

1 Zakres tematyczny pracowniRozkad semestru letniego 2012/2013

2 BHP

3 Opisy i zasady zaliczen

4 Wprowadzenie do programu gnuplot

5 Charakterystyka I(U) dla opornika i zarwkiZasilacz, miernik uniwersalnyUproszczona teoria zarwki

G. Grzelak (IFD UW) 6 / 37

Rozkad semestru letniego 2012/2013 (wg. USOS)

1. 19-21.02. BHP + Opis (jak zrobic, zasady punktacji)+ punkty do rysunku: prosty obwd z R,pomiar I(U) (prosta, parabola):programy do wizualizacji wynikw [Opis 1]

25.02 PONIEDZIAEK, WYKAD (T. Supinski) Ukady cyfrowe, 9:15 - 12:00, Nowa Aula na Hozej

2. 26-28.02 Ukady cyfrowe I [Opis 1 do poprawy]

3. 5-7.03 Ukady cyfrowe II (maa grupa) [Opis 2]

4. 12-14.03 Ukady cyfrowe II (maa grupa) [Opis 2]

18.03 PONIEDZIAEK, WYKAD (K. Korona) Obwody pradu staego i zmiennego

5. 19-21.03 Obwody pradu staego(cwiczenia przy tablicy), zadania, obwody [ZADANIA: A]

G. Grzelak (IFD UW) 7 / 37

Rozkad semestru letniego 2012/2013 (cd.)

WIELKANOC 28.03.2013 02.04.2013

6. 26.03-4.04 I i II prawo Kirchhoffa ,prawo Ohma I(U);Pomiar opornikw, analiza danych statystycznych

7. 9-11.04 CWICZENIA RACHUNKOWE: podstawy statystyki,analiza doswiadczen, histogram i parametr rozkadu wynikw,srednia, propagacja maych bedw, test 3 sigma [OPIS 3]

8. 16-18.04 Obwody pradu zmiennego (cwiczenia przy tablicy) +zabawa oscyloskopem, [ZADANIA: B]

9. 23-25.04 RLC I (filtry) (maa grupa) [Opis 4]

10. 30.04-2.05 RLC I (filtry) (maa grupa) [Opis 4]

G. Grzelak (IFD UW) 8 / 37

Rozkad semestru letniego 2012/2013 (cd.)

1-3 MAJA (czwartek, 2 maja ?)

11. 7-9.05 RLC II (rezonans) [Opis 5]

13.05 PONIEDZIAEK, WYKAD (J. Szczytko) Wzmacniacze operacyjne

12. 14-16.05 Wzmacniacze operacyjne I [OPIS 6]

13. 21-23.05 Wzmacniacze operacyjne II [OPIS 7]

14. 28-30.05 Projekt studencki [OPIS 8]

15. 4-6.06 Poprawki + ew. projekt studencki cd.

G. Grzelak (IFD UW) 9 / 37

PLAN:

1 Zakres tematyczny pracowniRozkad semestru letniego 2012/2013

2 BHP

3 Opisy i zasady zaliczen

4 Wprowadzenie do programu gnuplot

5 Charakterystyka I(U) dla opornika i zarwkiZasilacz, miernik uniwersalnyUproszczona teoria zarwki

G. Grzelak (IFD UW) 10 / 37

Bezpieczenstwo i higiena pracy

G. Grzelak (IFD UW) 11 / 37

Prad elektryczny moze zagrazac Twojemu zyciu badz zdrowiu !Zasilanie elektryczne waczamypo obejrzeniu ukadu przez asystentaOscyloskop nie suzy do pomiaru napiecia sieciowego 230 VWaczona lutownica jest goraca a jej grot parzy(temp. topnienia stopu lutowniczego jest rzedu 300 st. C)Nie spozywamy posikw w laboratorium

Myslimy przed - to nie boli :)

PLAN:

1 Zakres tematyczny pracowniRozkad semestru letniego 2012/2013

2 BHP

3 Opisy i zasady zaliczen

4 Wprowadzenie do programu gnuplot

5 Charakterystyka I(U) dla opornika i zarwkiZasilacz, miernik uniwersalnyUproszczona teoria zarwki

G. Grzelak (IFD UW) 12 / 37

Opisy i zasady zaliczen

slajdy Jacka Szczytko

G. Grzelak (IFD UW) 13 / 37

PLAN:

1 Zakres tematyczny pracowniRozkad semestru letniego 2012/2013

2 BHP

3 Opisy i zasady zaliczen

4 Wprowadzenie do programu gnuplot

5 Charakterystyka I(U) dla opornika i zarwkiZasilacz, miernik uniwersalnyUproszczona teoria zarwki

G. Grzelak (IFD UW) 14 / 37

Programy do wizualizacji danych

duze pakiety oglnego zastosowania + specjalizacja:root, Origin, ...programy do obliczen symbolicznych:Mathematica, MathLab, ...arkusz kalkulacyjny:Excel

poreczne programy:gnuplot, Scidavis ( strona www pracowni), ...

Strona domowa projektu gnuplot:http://www.gnuplot.info

G. Grzelak (IFD UW) 15 / 37

Program gnuplot

Program do rysowania funkcji (1D,2D,3D), punktw z bedami idopasowywania zaleznosci funkcyjnych do danychDostepny dla systemw operacyjnych Linux (zwykle wstandardowej dystrybucji) i MS WindowsProsty w uzyciuPodstawowa oprawa rysunku: (tytu, opisy osi, legenda, itp.)

G. Grzelak (IFD UW) 16 / 37

Polecenia programu gnuplot

Polecenia sa wprowadzane interakcyjnie albo zapisywane wpliku-skrypciegnuplotgnuplot> load skrypt.gp

gnuplot -persist skrypt.gp

Rozrzniane sa wielkie i mae literyWszystkie nazwy polecen mozna skrcic (tak dugo jak skrtpolecenia jest jednoznaczny)Opcje polecen musza byc podawane w okreslonej kolejnosci

G. Grzelak (IFD UW) 17 / 37

Zapisywanie napisw i liczb

Napisy zapisywane sa w pojedynczych lub podwjnychapostrofach: dane.datLiczby cakowite: 1, 15Liczby rzeczywiste: 1.,15.,1E0,1.5E1,5E-1Uwaga na wynik dzielenia liczb cakowitych, np. 1/2 = 0

G. Grzelak (IFD UW) 18 / 37

Funkcje, operatory

Zdefiniowane funkcje:abs(x), sin(x), cos(x), tan(x), exp(x),sqrt(x)...

Wasne definicje funkcji, np.: a(x b)2f(x)=a*(x-b)**2

Operatory: a**b (potegowanie), a*b (mnozenie), a/b (dzielenie,a-b, a+b . . .

G. Grzelak (IFD UW) 19 / 37

Rysowanie funkcji

plot sin(x)set samples 10plot sin(x) lub replotProgram oblicza wartosc funkcji w tylu punktach ile ustawimypoleceniem set samplesPowrt do domyslnych ustawien: reseta=5;b=6h(x)=a*x+bplot h(x)

g(x)=cos(a*x)plot a=0.2,g(x),a=0.4, g(x)

G. Grzelak (IFD UW) 20 / 37

Rysowanie funkcji

skala logarytmiczna:plot exp(-x)set logscale yreplot

dwa rysunki na jednym:plot sin(x),cos(x)

G. Grzelak (IFD UW) 21 / 37

Rysowanie funkcji

plot sin(x) with pointsplot sin(x) with boxesplot sin(x) with linesplot sin(x) with impulsesplot [-3.14:3.14] sin(x)

G. Grzelak (IFD UW) 22 / 37

Rysowanie funkcji, postac parametryczna

Przykad. Krzywa zdefiniowana w nastepujacy sposb:{x = 5 cos ty = 2 sin t

set parametricset xrange [-6:6]set yrange [-6:6]set trange [0:10]set isosamples 60plot 5*cos(t),2*sin(t)

G. Grzelak (IFD UW) 23 / 37

Rysowanie funkcji w 3D

splot sin(x*y)set hidden3dset isosamples 30,30replotset xrange[-3:3]set yrange[-3:3]set zrange[-2:5]

set parametricsplot 2*u,u**2+v,v**2

G. Grzelak (IFD UW) 24 / 37

Dane z bedami i bez

plot dane.dat

plot dane.dat with errorbars

plot dane.dat with xyerrorbars

plot dane.dat using 1:2:3 w ye

plot dane.dat using 2:1:3 w xe

plot dane1.dat u ($1+$4):5 with lines,dane2.dat u ($1+$4):($15-$17) w l axes x1y2

plot dane1.dat u ($1+$4):5 with lines titleDane1, dane2.dat u ($1+$4):($15-$17) w laxes x1y2 title Dane2 (zmiana legendy)

G. Grzelak (IFD UW) 25 / 37

Opcje dla jednego i dwch rysunkw

set title Beams

set xlabel Energy [GeV]

set ylabel p1[GeV]

set y2label p1[GeV]

set y2tics

set ytics nomirror

set tics out

set key

unset key lub set nokeyreplot

G. Grzelak (IFD UW) 26 / 37

Zapisywanie do pliku

set output sin.eps

set terminal postscript eps color

plot sin(x) lub replotset output

set terminal X11

Takze set terminal latex i inneW Linuxie epstopdf sin.eps

G. Grzelak (IFD UW) 27 / 37

Dopasowywania zaleznosci funkcyjnych do danych

Metoda najmniejszych kwadratw:Poszukiwanie wartosci parametrw a1, . . . ,al , ktre minimalizujawyrazenie:

X 2 =n

i=1

[yi f (x ;a1, . . . ,al)]2

2i

f - dopasowywana funkcjayi - wynik pomiarui - bad pomiaru yi

Jakosc dopasowania: 2/liczba_stopni_swobody

G. Grzelak (IFD UW) 28 / 37

Dopasowywanie krzywych

Dopasowywanie zaleznosci funkcyjnych do danych doswiadczalnych.Kolejne etapy:

Definicja funkcjinp. ft(x)=a*x**2+b*x+cDefiniowanie poczatkowych wartosci parametrw (tak aby funkcjamozliwie najlepiej opisywaa