Научно-исследовательский семинар "Техника физического эксперимента"

Бакалавриат 2020/2021

Лучший по критерию «Полезность курса для расширения кругозора и разностороннего развития»

Лучший по критерию «Новизна полученных знаний»

Статус: Курс обязательный (Физика)

Направление: 03.03.02. Физика

Кто читает: Базовая кафедра квантовых технологий Института общей физики им. А.М. Прохорова РАН

Где читается: Факультет физики

Когда читается: 3-й курс, 3, 4 модуль

Формат изучения: без онлайн-курса

Преподаватели: Ельцов Константин Николаевич

Язык: русский

Кредиты: 4

Контактные часы: 60

Полная версия программы учебной дисциплины

Аннотация

Целями изучения дисциплины являются: 1) Приобретение студентами способности к самостоятельной работе в физической лаборатории. 2) Знакомство с общей для разных лабораторий приборной базой и приобретение навыка по работе с этими приборами. Обучение состоит из нескольких этапов: знакомство с определенным классом приборов, схемы их подключения в измерительную цепь и к компьютеру; самостоятельная работа с определенным прибором; использование необходимых приборов для решения физической задачи.

Цель освоения дисциплины

Приобретение студентами способности к самостоятельной работе в физической лаборатории.
Знакомство с общей для разных лабораторий приборной базой и приобретение навыка по работе с этими приборами.

Планируемые результаты обучения

общее знакомство с техникой и методикой физического эксперимента
умеет вакуумировать фланцы криостата вакуумной резиной на болтах
умеет проводить измерения ручным мультиметр-тестером
умеет организовать работы вакуумного поста
умеет пользоваться осциллографом., платой АЦП-ЦАП. Продолжение работы с программой подключения приборов к компьютеру
умеет анализировать сигнал
умеет самостоятельно проводить самостоятельное подключение lock-in.
умеет проводить измерения на высоких частотах
умеет проводить измерения на высоких частотах.
умеет проводить измерения вольт-амперной характеристики
умеет проводить измерение зависимости сопротивления и динамической восприимчивости от давления
умеет проводить измерение температурной зависимости.
умеет проводить измерение магнитополевой зависимости

Содержание учебной дисциплины

Введение
Основная цель занятий – связать голову и руки. Сначала думаем, потом делаем. В реальном мире нет кнопки “сохранить” и “вернуть назад”. Как устроен криостат, заливка стеклянного и металлического криостатов. Материалы, используемые для изготовления низкотемпературных вставок: нержавеющая сталь, латунь, медь, дюраль, тефлон, текстолит, вакуумная резина. Методы соединения материалов. Теплопроводность материалов. Изучение программы визуализации результатов измерений.
Работа с вакуумной техникой
вакуумирование фланца криостата вакуумной резиной на болтах, о-ринговое соединение, (типоразмеры о-рингов, хомут, фланец), стальные шланги, шланги из вакуумной резины (штуцер-переходник, возможность перекрывания шланга: зажим, кохер; хомут на резиновый шланг). Вакуумные вентили. Работа с форвакуумным насосом – открыть вход насоса при выключении. Единицы измерения давления (паскаль, торр, mbar, кг/см2). Измерители вакуума: ртутный манометр, стрелочные манометры и электронный манометр. Работа с ртутным манометром. Вакуумные вентили - по часовой - закручиваем, против часовой – откручиваем; сильфон. Резину в уплотнениях смазываем рамзайкой. Виды вакуумных уплотнений. Собрать из вакуумной резины линию для криостата (осторожно с хомутами для шлангов), проверить ее натекание.
Ручной мультиметр-тестер
Ручной мультиметр-тестер – выбор режима работы (измерение сопротивления, диода, звук, напряжения – постоянного и переменного, измерение силы тока), пределы измерений, overload. Измерение неизвестного сопротивления. Измерить ток, которым проводится измерение сопротивления. Коннекторы типа Banana и BNC, длинные тонкие щупы и зажимы для проводов. Щит электрический (щиток) – трехфазное напряжение 360 В (3 фазы + ноль + заземление), однофазное напряжение 220 В (1 фаза + ноль + заземление). В щитке ноль и земля соединены друг с другом. Измерить напряжение в разных розетках – подключены они к одной фазе или к разным? Напряжение между корпусом компьютера и землей при незаземленной розетке. Мультиметр Agilent – режимы работы (дополнительно - четырехточка), скорость и точность работы, триггерная система, коннекторы – GPIB и триггерные, работа с инструкцией – измерительный ток различных пределов измерения, какая точность измерения на каком пределе. Подключение к компьютеру и измерение в программе IO.
Вакуумный пост
Вакуумный пост (работа на турбомолекулярного насоса). Принцип функционирования и пример работы течеискателя. Слесарные работы – разметочная головка, сверление, нарезка резьбы. Начало работы с программой подключения приборов к компьютеру .
Мультиметр Agilent
Самостоятельное подключение к компьютеру и измерение в программе IO через адаптер Agilent. Пайка. Сделать BNC коннектор на кабеле. Пайка тонких проводов. Припаять пару BNC коннекторов к коробочке с резисторами. Продолжение работы с программой подключения приборов к компьютеру
Переменное напряжение.
Действующее значение напряжения, амплитуда. Форма сигнала – гармонические колебания, пила и т.д. Генератор сигналов – выходное сопротивление (импеданс). Работа с осциллографом. Работа с платой АЦП-ЦАП. Продолжение работы с программой подключения приборов к компьютеру
Статистика и Фурье-анализ. Усилители переменного сигнала. Синхронный усилитель (lock-in).
Самостоятельное подключение lock-in.
Измерения на высоких частотах.
Измерения на высоких частотах.
Измерение вольт-амперной характеристики
Измерение зависимости сопротивления и динамической восприимчивости от давления
Измерение температурной зависимости.
Измерение магнитополевой зависимости.

Элементы контроля

Домашнее задание
Экзамен

Промежуточная аттестация

Промежуточная аттестация (4 модуль)
0.5 * Домашнее задание + 0.5 * Экзамен

Программа дисциплины