Laboratorio di Fisica

L’attrezzatura che si trova nei laboratori di fisica varia in relazione al focus della ricerca. Gli apparecchi in tali laboratori possono variare da semplici bilance a laser e strumenti specializzati a semiconduttori. Anche l’analisi computazionale, e quindi l’attrezzatura di calcolo, è diventata essenziale per la ricerca sulla fisica, in particolare in certi settori in cui le simulazioni sono importanti, come ad esempio l’astrofisica.

I moderni laboratori di fisica contengono apparecchi usati per determinare misure, effettuare calibrazioni, analisi di variazioni di proprietà fisiche e di precisione. Le attrezzature di laboratorio di fisica più basilari comprendono cappe chimiche, scrivanie, tavoli, panche, computer e linee per gas, acqua e vuoto. Le attrezzature di sicurezza, invece, possono includere guanti, occhiali e stazioni di lavaggio oculare.

Strumenti per l’analisi

Numerosi strumenti eseguono analisi su campioni nei laboratori di fisica. Alcuni esempi includono analizzatori di impedenza, analizzatori di particelle, analizzatori ottici multicanale, analizzatori di parametri a semiconduttore, analizzatori di spettro, analizzatori di capacitanza-tensione (CV) e diffrattometri a raggi X per caratterizzare i materiali cristallini e le fasi identificative.

Strumenti di fisica atomica

I laboratori di fisica atomica contengono degli apparecchi unici. Questi possono includere la spettroscopia di assorbimento saturo (una tecnica sperimentale che permette di determinare con precisione la frequenza di una transizione elettronica fra uno stato fondamentale e un livello eccitato), il pompaggio ottico a RF e l’NMR pulsato, che è una tecnica spettroscopica in cui si inviano brevi ma potenti impulsi magnetici.

Apparecchiature informatiche e software

I laboratori di fisica fanno molto affidamento su apparecchiature informatiche e software per l’analisi dei dati. Per l’astrofisica, la cosmologia e la ricerca sulla fisica delle astroparticelle, sono richiesti una grande potenza di calcolo e simulazioni. Alcuni tipi comuni di software utilizzati nei laboratori includono MATLAB, Python, IDL, Mathematica, Fiji, Origin e LabView. Anche i software di analisi quantitativa di immagini e dati si dimostrano inestimabili nei laboratori di fisica.

Materiale elettrico e di interfaccia

Un certo numero di apparecchi sono di aiuto nel lavoro elettrico nei laboratori di fisica. Oltre a multimetri, oscilloscopi e analizzatori di spettro , altri strumenti includono trasformatori variabili (Variac), amplificatori ad innesto e attuatori piezoelettrici. Molti apparecchi elettrici come il Variac richiedono guanti di gomma speciali per proteggere l’utente da pericolose tensioni elevate. Oltre ai personal computer, anche le stampanti 3D, Arduino e Raspberry Pi sono dispositivi tecnologici utili.

Elementi riscaldanti

Occasionalmente, i laboratori di fisica richiedono fonti di calore per gli esperimenti, in particolare per lo studio della termodinamica. Una piastra riscaldante rappresenta l’elemento riscaldante più semplice. Anche i forni elettrici sono piuttosto diffusi. Inoltre, i forni a gas possono essere utilizzati per raggiungere temperature elevate. I forni a vuoto forniscono la capacità di asciugare i reagenti. Guanti e pinze di sicurezza isolati forniscono la necessaria protezione per questi apparecchi.

Apparecchi laser

I laser He-Ne sono utilizzati in esperimenti di ottica. Questi richiedono l’utilizzo di occhiali di sicurezza per proteggere gli occhi. Altre apparecchiature laser nei laboratori di fisica includono laser accoppiati in fibra, laser a diodi accordabili, etalon (ottiche piatte dalle specifiche elevate usate per concentrare i raggi laser ad una frequenza particolare) e dispositivi di guida del raggio ottico.

Lavorazione e test dei materiali

I campioni grezzi o fabbricati nel laboratorio di fisica necessitano di vari strumenti per la lavorazione. I fisici a volte usano un mortaio e un pestello per macinare dei campioni. Altri strumenti di trattamento comprendono lucidatori, mulini micronizzatori, ultrasonici, ultracentrifughe, strumenti di prova nanomeccanici e altri strumenti di prova dei materiali. Una pressa idraulica e un set di stampi in acciaio inossidabile possono essere utilizzati per produrre campioni di pellet per le misure di proprietà.

Strumenti di misurazione

I laboratori di fisica richiedono apparecchi per garantire misurazioni accurate. Anche i semplici bastoncini campione da un metro giocano un ruolo. Ulteriori strumenti di misurazione includono termometri, contatori elettrici, bilance elettroniche, profilati dello stilo, ellissometri e sistemi di misurazione della magnetostrizione. Una bilancia analitica elettronica viene utilizzata per le misurazioni del peso e della densità (quest’ultima con il metodo a stato solido).

Apparecchi per microscopia e imaging

I microscopi gestiscono l’imaging non solo nei laboratori di biologia, ma anche in quelli di fisica. I laboratori di biofisica possono usare microscopi a fluorescenza e microscopi a campo chiaro. I materiali possono essere studiati con microscopi elettronici a scansione, microscopi a fluorescenza a foglio sottile, microscopi olografici digitali e lenti regolabili elettricamente. Altre apparecchiature di imaging comunemente utilizzate includono fotocamere digitali e fotocamere CMOS ad alta velocità specializzate.