Técnicas Experimentales III

Familiarizar a los estudiantes con los aspectos experimentales fundamentales relacionados con la Electrodinámica, Física Cuántica y Óptica. Se busca la experimentación sobre los principios y leyes básicas de las materias relacionadas con los laboratorios, y en particular se intentará estimular un análisis crítico de la compatibilidad entre los modelos teóricos y los datos obtenidos experimentalmente.
Con el objeto de proporcionar un mejor aprendizaje de la materia, se dispone de tres laboratorios diferentes, cada uno de ellos especializado en una de las tres materias anteriormente citadas.

Tras cursar esta materia el alumno:
· Tendrá conocimiento de las tecnologías y sistemas experimentales empleados en el ámbito de la Física
· Habrá adquirido la habilidad para ejecutar e implementar las normas de seguridad de un laboratorio.
· Tendrá competencia técnica y científica para asegurar la consecución de resultados precisos y reproducibles a partir de los cuales se
puedan sacar conclusiones válidas en el área científica.
· Tendrá conocimiento y destreza en el manejo de las técnicas experimentales básicas de uso más frecuente en el ámbito de la
Electrodinámica, Óptica y Física Cuántica
· Conocerá cómo diseñar un estudio para permitir validar/rechazar una hipótesis.
Demostrará un buen conocimiento y manejo de las herramientas informáticas básicas de mayor relevancia en el ámbito de la Física.

Los contenidos de esta asignatura divididos por laboratorios son:




Laboratorio de Electrodinámica:

1. TUBO DE THOMSON. Medida de la relación carga-masa para un electrón.
2. EXPERIMENTOS CON MICROONDAS. Propiedades fundamentales de los campos de microondas, zona cercana y zona de radiación. Óptica a frecuencia de microondas: Reflexión, interferencia y difracción.
3. ESTUDIO DE LA PROPAGACIÓN EN UNA LÍNEA DE TRANSMISIÓN BIFILAR. Estudio de los parámetros de una guía de transmisión. Respuesta de una línea a una señal sinusoidal y a una señal tipo pulso.
4. ESTUDIO DE LA PROPAGACIÓN EN UNA GUÍA DE ONDAS RECTANGULAR. Propagación de ondas electromagnéticas en guías. Adaptación de guías.
5. ESTUDIO DE LA PROPAGACIÓN DE ONDAS EN UN MEDIO CON PÉRDIDAS. Propagación de ondas en conductores. Cálculo de la conductividad de un metal.

Laboratorio de Óptica:

1. EXPERIENCIAS DE ÓPTICA GEOMÉTRICA: Caracterización de lentes positivas y negativas. Análisis experimental de la formación de imágenes con instrumentos ópticos: microscopio simple, microscopio compuesto y telescopio. Análisis de la compatibilidad teoría-experimento.
2. ASPECTOS DE LA INTERACCIÓN LUZ-MATERIA: Medida por reflexión de la luz del ángulo de un prisma. Identificación del espectro de una fuente. Medida del índice de refracción de un vidrio para diferentes longitudes de onda. Análisis de la compatibilidad teoría-experimento.
3. POLARIZACIÓN DE LA LUZ: Análisis preliminar y cualitativo de polarizadores lineales y láminas retardadoras. Generación y análisis de diferentes estados de polarización de la luz empleando polarizadores y láminas retardadoras.
4. INTERFERENCIA DE LA LUZ: Dispositivos de interferometría por división de frente de ondas y por división de amplitud (interferómetros Young y/o Michelson). Aplicaciones de la interferometría en el campo de la metrología óptica y la espectroscopía. Observación y análisis de diferentes fenómenos interferenciales.
5. DIFRACCIÓN DE LA LUZ: Análisis experimental de la luz difractada en campo lejano (difracción de Fraunhoffer) por diferentes aberturas u obstáculos. Aplicaciones de la difracción en el campo de la metrología óptica.
Otros temas del campo de la óptica que puedan ser de interés pedagógico o de actualidad

Laboratorio de Física Cuántica:

1. INTERACCIÓN RADIACIÓN-MATERIA. El efecto fotoeléctrico: Observación del efecto fotoeléctrico y determinación de la constante de Planck.
2. EL CONTADOR GEIGER-MÜLLER. Familiarización con el uso de un contador Geiger-Müller. Estudio de las características más significativas de la radioactividad. Estudio de algunas aplicaciones prácticas de la radioactividad en la industria.
3. DISPERSIÓN DE RUTHERFORD. Medida de la sección eficaz diferencial de dispersión de partículas alfa por núcleos de oro. Estudio de la dependencia de la sección eficaz diferencial con el número atómico del blanco.
4. ASPECTOS FUNDAMENTALES DE LA CUANTIZACIÓN EN SISTEMAS ATÓMICOS. La serie de Balmer: Observación de las tres líneas visibles del espectro del átomo de hidrógeno y medida de sus longitudes de onda por medio de una red de difracción.
5. EL EXPERIMENTO DE FRANCK-HERTZ. Demostración de que la transferencia de energía en colisiones elásticas de electrones libres con los átomos está cuantizada. Medición de la diferencia de energías entre el estado fundamental y el primero excitado del Neón.
6. ESPECTROS ATÓMICOS. Observación y medida de las longitudes de onda de los espectros visibles de gases monoatómicos y metales mediante la descomposición por una red de difracción de la luz emitida por una lámpara de descarga.
7. LEY DE STEFAN PARA CUERPO NEGRO. Comprobación de la ley de Stefan para la radiación emitida por un cuerpo negro.
8. DIFRACCIÓN DE ELECTRONES. Observación de la difracción de electrones en un tubo de rayos catódicos y medición de las constantes de una red de grafito.

Laboratorio de Electrodinámica:
- J. M. Miranda, J. L. Sebastián, M. Sierra e J. Margineda. Ingeniería de microondas. Prentice Hall, 2002.
- D. M. Pozar, Microwave engineering, Wiley, 1998.
- Griffiths, D. J., Introduction to Electrodynamics, 3rd ed, Prentice Hall, 1999, (3 A41 71).
- Jackson, J.D., Classical Electrodynamics, Wiley, 1999.

Laboratorio de Óptica:

- C. Bohren, What Light Through Yonder Window Breaks?: More Experiments in Atmospheric Physics, Dover Science.
- J. Casas, Optica. Librería General, Zaragoza.
- S. Gil, E. Rodríguez, Física re-Creativa: experimentos de física usando nuevas tecnologías. Argentina, Prentice-Hall, 2001
- E. Hecht, A. Zajac, Optica. Fondo Educativo Interamericano.
- Jenkins e White, Fundamentals of Optics. McGraw-Hill.
- T. Kallard, Exploring laser light. AAPT.
- M.G.J. Minnaert, Light and Color in the Outdoors, Springer.
- C. Sánchez del Río, Análisis de errores. EUDEMA.
- R.S. Sirohi, A course of experiments with He-Ne laser. John Wiley.
- W.A. Shurcliff e S.B. Stanley Luz Polarizada. Ed. Reverté.

Laboratorio de Física Cuántica:

-Tipler, P. A., Física Moderna. Reverté.
-Krane, K. , Física Moderna. Limusa.
-Eisberg y Resnik, Quantum Physics. Wiley
-Sánchez del Río, C. Física Cuántica. Pirámide.
-Alonso y Finn, Fundamentos Cuánticos y Estadísticos. Fondo Educativo Interamericano.
-Alasdair I.M. Rae, Quantum Mechanics. Adam Hilger.

COMPETENCIAS BÁSICAS
CB1 - Que los estudiantes demuestren poseer y comprender conocimientos en un área de estudio que parte de la base de la educación secundaria general, y se suele encontrar a un nivel que, si bien se apoya en libros de texto avanzados, incluye también algunos aspectos que implican conocimientos procedentes de la vanguardia de su campo de estudio.
CB2 - Que los estudiantes sepan aplicar sus conocimientos a su trabajo o vocación de una forma profesional y posean las competencias que suelen demostrarse por medio de la elaboración y defensa de argumentos y la resolución de problemas dentro de su área de estudio.
CB3 - Que los estudiantes tengan la capacidad de reunir e interpretar datos relevantes (normalmente dentro de su área de estudio) para emitir juicios que incluyan una reflexión sobre temas relevantes de índole social, científica o ética.
CB4 - Que los estudiantes puedan transmitir información, ideas, problemas y soluciones a un público tanto especializado como no especializado.

COMPETENCIAS GENERALES
CG1 - Poseer y comprender los conceptos, métodos y resultados más importantes de las distintas ramas de la Física, con perspectiva histórica de su desarrollo.
CG2 - Tener la capacidad de reunir e interpretar datos, información y resultados relevantes, obtener conclusiones y emitir informes razonados en problemas científicos, tecnológicos o de otros ámbitos que requieran el uso de conocimientos de la Física.
CG3 - Aplicar tanto los conocimientos teóricos-prácticos adquiridos como la capacidad de análisis y de abstracción en la definición y
planteamiento de problemas y en la búsqueda de sus soluciones tanto en contextos académicos como profesionales.

COMPETENCIAS TRANSVERSALES
CT1 - Adquirir capacidad de análisis y síntesis.
CT2 - Tener capacidad de organización y planificación.
CT4 - Ser capaz de trabajar en equipo.
CT5 - Desarrollar el razonamiento crítico.
CT6 - Desarrollar la creatividad, iniciativa y espíritu emprendedor.

COMPETENCIAS ESPECÍFICAS
CE1 - Tener una buena comprensión de las teorías físicas más importantes, localizando en su estructura lógica y matemática, su soporte
experimental y el fenómeno físico que puede ser descrito a través de ellos.
CE2 - Ser capaz de manejar claramente los órdenes de magnitud y realizar estimaciones adecuadas con el fin de desarrollar una clara percepción de situaciones que, aunque físicamente diferentes, muestren alguna analogía, permitiendo el uso de soluciones conocidas a nuevos problemas.
CE3 - Haberse familiarizado con los modelos experimentales más importantes, además ser capaces de realizar experimentos de forma independiente, así como describir, analizar y evaluar críticamente los datos experimentales.
CE4 - Ser capaz de comparar nuevos datos experimentales con modelos disponibles para revisar su validez y sugerir cambios que mejoren la concordancia de los modelos con los datos.
CE5 - Ser capaz de realizar lo esencial de un proceso o situación y establecer un modelo de trabajo del mismo, así como realizar las aproximaciones requeridas con el objeto de reducir el problema hasta un nivel manejable. Demostrará poseer pensamiento crítico para construir modelos físicos.
CE6 - Comprender y dominar el uso de los métodos matemáticos y numéricos más comúnmente utilizados en Física
CE7 - Ser capaz de utilizar herramientas informáticas y desarrollar programas de software

Por su propia naturaleza esta asignatura es fundamentalmente práctica y, de acuerdo con la distribución de los créditos, el programa de la asignatura se divide en tres partes de idéntica duración: una dedicada a las técnicas experimentales de Electrodinámica, otra a las técnicas experimentales en Óptica y una tercera dedicada a las técnicas experimentales de la Física Cuántica.

Laboratorio de Electrodinámica:

Esta materia es de laboratorio. La docencia se imparte en módulos con varios grupos de hasta 3 estudiantes por puesto de prácticas, que pueden realizarse tanto en el laboratorio como en simuladores. El profesor explica las diferentes prácticas en sesiones a través de Microsoft Teams y durante toda la sesión diaria, según el grado de progreso del trabajo de los diferentes grupos. El alumno debe realizarlas, tomando datos con la mejor calidad posible y discutiendo los resultados que vaya obteniendo. Posteriormente, el alumnado debe procesar eses datos y extraer conclusiones.

Laboratorio de Óptica:

Antes del comienzo de las prácticas, se publicará el calendario con las sesiones y horarios de prácticas de cada uno de los grupos. Cada grupo tendrá 6 sesiones en el laboratorio de 4h cada una de ellas. La última sesión servirá para completar las evaluaciones; para completar o repetir una práctica; y, además, se le indicará a cada alumno la/s práctica/s sobre la/s que deberá presentar un informe, así como el plazo para dicha presentación. A criterio de la(s) persona(s) encargada(s) de la docencia de la materia, parte del trabajo experimental podrá hacerse fuera de las instalaciones del Laboratorio de Óptica, incluyendo la realización de prácticas de campo, a fin de aprovechar las posibilidades ofrecidas por fenómenos de óptica atmosférica, óptica de las noches urbanas u óptica astronómica. Las prácticas de este laboratorio dispondrán de unos guiones que estarán disponibles en el aula virtual.

Laboratorio de Física Cuántica:

Esta materia es de laboratorio. La docencia se imparte en módulos de 18 alumnos, repartidos en grupos de 2 alumnos por puesto de prácticas. Las sesiones tendrán lugar durante el segundo cuatrimestre. Despues de la realización de las prácticas el alumno presentará una memoria resumen.

Dada la naturaleza eminentemente experimental de esta asignatura, para su evaluación, en general, se tendrán en cuenta los siguientes aspectos:
a) Asistencia a las sesiones de prácticas.
b) Actitud en el laboratorio.
c) Entrega de la memoria de prácticas/trabajo individual/libreta de laboratorio en el plazo indicado.

Estos criterios de evaluación son genéricos para la asignatura, lo cual no impide que en los específicos de alguno/s de los laboratorio que la constituyen se pueda eliminar o relajar alguno de ellos a juicio del profesor encargado o incluir alguno más.
Para aprobar esta materia se requiere aprobar independientemente cada una de sus tres partes (Electrodinámica, Óptica y Física Cuántica). La nota final será la media de las calificaciones obtenidas en cada una de las tres partes. Se admite compensar el suspenso de las partes en las que la nota no sea inferior a 4, siempre que la media de las calificaciones obtenidas en las tres partes sea superior a 5 sobre 10.
En caso de suspender esta materia en la primera oportunidad del curso pero con alguna/s de sus partes aprobadas, se conservará/n la/s parte/s aprobadas para la siguiente oportunidad del mismo curso académico.

Con respecto a otros puntos, relativos a la evaluación, non reflejados en esta programación, será de aplicación la normativa general de la Facultad de Física o de la USC.

Laboratorio de Electrodinámica:


La presencia del alumno será obligatoria en las sesiones de prácticas. Se evaluará según su rendimiento en el laboratorio y un examen oral o escrito, que tendrá lugar poco después de finalizar todos los grupos las sesiones de prácticas de esta parte de la asignatura. Antes de la celebración del examen es obligatoria la entrega de un pequeño informe o libreta de laboratorio, con los datos obtenidos y elaborados, con los que se extraerán y comentarán los resultados pertinentes. La calificación final de esta parte (con la que se hará media con las correspondientes de óptica y cuántica a final de curso) será la media ponderada de la nota de la evaliación continua (30%) y de la obtenida en el examen (70%), siempre y cuando la nota del examen sea superior a 4 sobre 10.


Laboratorio de Óptica:

La asistencia a las sesiones de prácticas es obligatoria. En caso de falta esta deberá ser debidamente justificada y el alumno deberá recuperar la sesión.
La entrega de la memoria de prácticas en el plazo indicado por el profesor es obligatoria para poder asistir al examen de esta parte.
El examen consistirá en una prueba oral o escrita sobre las experiencias desarrolladas en el laboratorio de Óptica y conceptos relacionados.
La calificación final de esta parte será la media ponderada entre la nota alcanzada en la evaluación continua (60%) y el examen (40%).

Laboratorio de Física Cuántica:

La asistencia a las sesiones de practicas es obligatoria. En caso de falta esta deberá ser debidamente justificada y el alumno deberá recuperar la sesión. La entrega de la memoria de prácticas en el plazo indicado por el profesor es obligatoria para poder asistir al examen de la asignatura. El examen, consistirá en una prueba oral o escrita en el caso de realizarse. La calificación final de esta parte será la media entre la nota alcanzada en la evaluación coninua y el examen.

Para los casos de realización fraudulenta de ejercicios o pruebas será de aplicación el recogido en la "Normativa de evaluación del rendimiento académico de los estudiantes y de revisión de calificaciones”:

Artículo 16. Realización fraudulenta de ejercicios o pruebas.
"La realización fraudulenta de algún ejercicio o prueba exigida en la evaluación de una materia implicará la calificación de suspenso en la convocatoria correspondiente, con independencia del proceso disciplinario que se pueda seguir contra el alumno infractor. Se considera fraudulenta, entre otras, la realización de trabajos plagiados u obtenidos de fuentes accesibles al público sin reelaboración o reinterpretación y sin citas a los autores y de las fuentes."

Laboratorio de Electrodinámica:

Consta de 3 créditos ECTS: corresponde a 28 horas presenciales, 2 horas de tutoría y 45 horas de trabajo personal del alumno.

Laboratorio de Óptica:

Consta de 3 créditos ECTS: corresponde a 28 horas presenciales, 2 horas de tutoría y 45 horas de trabajo personal del alumno.

Laboratorio de Física Cuántica:

Consta de 3 créditos ECTS: corresponde a 28 horas presenciales, 2 horas de tutoría y 45 horas de trabajo personal del alumno.

Es conveniente que, tras cada una de las jornadas de prácticas, el alumno dedique 1 hora a la reflexión y puesta en orden de los datos tomados en el laboratorio, y busque la discusión con el profesor para aclarar dudas o conceptos, si es posible, en el seno de su grupo de prácticas. El tiempo dedicado a la presentación de resultados no debería llevar más de 2 días, evitando excesos en la calidad de la presentación, en los que se acostumbra a perder mucho tiempo sin beneficios académicos. Antes del día del examen, un repaso de 2 días debería ser suficiente, siempre y cuando se mantuviese la sistemática expresada con anterioridad.