Pracownia fizyczna i elektroniczna(w tym komputerowa)
Zajecia 1
Grzegorz Grzelak
Zakad Czastek i Oddziaywan FundamentalnychIFD UW
e-mail: [email protected]: 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
