Topic outline

  • Etusivu


    Teknillisen fysiikan labrakurssi järjestetään periodien II -V aikana. Tänä lukuvuonna kurssi toteutetaan kokonaan etäopetuksena. Töihin tutustutaan videodemonstraatioiden ja kirjallisten työohjeiden avulla ja raportit laaditaan mallidatan perusteella kahdesta kaiken kaikkiaan yhdeksästä tarjolla olevasta työstä.

    Kurssille ilmoittaudutaan Oodin kautta. Etätyöskentelytavan vuoksi töitä ei tällä kertaa tehdä työpareina, vaan jokainen työskentelee itsenäisesti.

    Työt tehdään kahdessa osassa: kategorian 1 työt 1.1 - 1.5 tehdään periodien II - III aikana ja ne tulevat tarjolle sitä mukaa kun assistentit saavat materiaalin valmiiksi. Kategorian 2 työt 2.1 - 2.4 tehdään kevätkauden aikana periodeissa III - IV. Jokainen laatii yhden raportin kummastakin kategoriasta.

    Työt valitaan ja niihin ilmoittaudutaan MyCourses-listojen avulla. Kuhunkin työhön tulee tarjolle rajoitettu määrä paikkoja, jotta kuormitus jakautuisi mahdollisimman tasaisesti eri töille.


  • Kurssin tiedot

    Laajuus 5   op
    Opintojakson asema

    2. vuosikurssi
    Opetusperiodi

    II-V
    Työmäärä toteutustavoittain Tutustuminen töihin, materiaaliin perehtyminen ja valittujen mittaussarjojen analyysi: 40 h

    Työn raportointi (selostukset + mittausraportit): 80 h

    Osaamistavoitteet

    Opintojaksoa suorittaessaan opiskelija

    1. tutustuu kokeellisen fysiikan mittausmenetelmiin,
    2. hahmottaa erilaisten mittalaitteiden käyttöä,
    3. soveltaa fysiikan teoriaa käytäntöön,
    4. käsittelee mittaustuloksia tieteellisellä tavalla ja esittää niitä taulukkoina ja graafeina,
    5. kirjoittaa selkeän ja johdonmukaisen mittausraportin.
    Sisältö

    Kurssilla tutustutaan fysiikan ilmiömaailmaan havainnollisten mittausten ja saatujen tulosten analysoinnin avulla. Kurssiin kuuluu sekä kokeellisia että laskennallisia laboratoriotöitä, joiden aiheet tukevat ja täydentävät teknillisen fysiikan pääaineen 2. vuoden luentokursseja.

    Oppimateriaali

    Työohjeet jaetaan näillä sivuilla. Työohjeissa on linkkejä muuhun kirjallisuuteen.

    Arvosteluasteikko 0-5
    Ilmoittautuminen

    Ilmoittautuminen WebOodissa.

    Kuhunkin työhön ilmoittaudutaan erikseen ohjeiden mukaisesti.

    Opetuskieli FI.

    suomi, osin englanti
    Kurssin henkilökunta ja yhteystiedot

    Kurssin vastuuopettaja: prof. Mika Sillanpää

    Kurssin koordinaattori: TkT Juha Tuoriniemi

    Sähköpostit muotoa etunimi.sukunimi@aalto.fi






  • Yleiskuvaus

    Teknillisen fysiikan laboratoriotyökurssin keskeisenä tavoitteena on fysiikan ilmiömaailman tutuksi tekeminen todellisten mittausten ja niistä saatujen tulosten analysoinnin avulla. Kurssiin kuuluvat työt perehdyttävät monipuolisesti ja poikkitieteellisesti fysiikan eri osa-alueisiin, niissä sovelletaan aiemmilla kursseilla opittuja tietoja ja taitoja ja ne antavat tuntumaa erilaisiin mittausmenetelmiin ja mittaustulosten analysointitekniikoihin. Osaan töistä sisältyy simulaatio-osuus tai pienen tietokoneohjelman tekeminen, mikä auttaa tutkittavan ilmiön linkittämisessä ajankohtaisiin tutkimusaiheisiin. Töissä tulee esille myös uutta asiaa - sekä fysiikkaa että matematiikkaa - josta on hyötyä myöhemmillä fysiikan kursseilla.

    Etätyömuodon vuoksi kurssin pääpaino on selkeän ja johdonmukaisen selostuksen kirjoittamisen harjoittelemisessa. Tätä taitoa tarvitaan paitsi kandidaatintyössä, erikoistöissä ja diplomityössä niin myös kaikessa teknisessä raportoinnissa työelämässä.

    Kurssin oppimistavoitteet:

    • saat tuntumaa kokeelliseen fysiikkaan analysoimiesi mittausten avulla ja tutustut moniin fysiikan ilmiöihin, joita on sivuttu aiemmilla kursseilla,
    • saat paremman kuvan siitä, minkälaisia asioita osaston laboratorioissa sekä maailmalla parhaillaan tutkitaan,
    • pystyt tulkitsemaan mittauksia työohjeen sekä assistentin antamien ohjeiden perusteella,
    • osaat toimia oma-aloitteisesti ja ymmärrät mitä työssä on tehty: osaat esimerkiksi selittää omin sanoin, mitä tietoa tutkittavasta ilmiöstä saadaan käytössä olevien laitteiden avulla,
    • osaat analysoida saamiasi mittaustuloksia, muuntaa mittalaitteen antaman datan havainnolliseen muotoon ja tehdä tuloksista selkeitä, loogisia ja uskottavia johtopäätöksiä,
    • pystyt  raportoimaan saamasi tulokset selkeällä ja johdonmukaisella tavalla,
    • pystyt pohtimaan saamiesi tulosten mielekkyyttä sekä mahdollisia virhelähteitä ja vertailemaan tuloksia teorian tai simulaatioiden antamiin ennusteisiin.

  • Kurssin suorittaminen

    Kurssin suorittamiseen kuuluu tutustuminen laboratoriotyövalikoimaan videodemonstraatioiden ja kirjallisten työohjeiden avulla. Valikoima koostuu yhdeksästä (9) erilaisesta työstä. Työt on jaettu kahteen osioon: 1.n ja 2.n. Kukin opiskelija valisee itselleen yhden (1) työn osiosta 1.n ja yhden (1) osiosta 2.n, joihin hän pyytää assistenteilta mallidatan analysoitavaksi. Tämän perusteella töistä laaditaan raportit annettujen ohjeiden mukaisesti. Vaikka raportoitavat työt voi muutoin valita vapaasti, on kuhunkin työhön osallistuvien määrää rajoitettu. Kaikki eivät siis pääse tekemään samoja töitä. Ensimmäiset työt tehdään syyslukukaudella periodissa II ja viimeiset kevätlukukaudella periodissa IV. Viimeisetkin selostukset on palautettava vitosperiodin aikana.

    Molemmat työselostukset on saatava hyväksytyiksi saman lukuvuoden aikana, ts. yksittäisiä hyväksyttyjä työselostuksia ei voi siirtää seuraavalle vuodelle.


    Työselostuksen ensimmäinen versio pitää palauttaa assistentille sähköisesti viimeistään kolme viikkoa mallidatan vastaan ottamisen jälkeen. Tämä tarkoittaa että palautus pitää olla tehty samana viikonpäivänä kuin datakin on saatu viimeistään kello 23:59 Suomen aikaa enintään kolme viikkoa datan vastaan ottamisen jälkeen. Myöhästymisestä seuraa pistemenetys. Jos siis esimerkiksi olet vastaan ottanut mallidatan tiistaina 19. marraskuuta kello 15, sinun tulee toimittaa selostuksen ensimmäinen versio assistentille viimeistään torstaina 10. joulukuuta kello 23:59. Assistentit verottavat myöhästyneitä selkkareita arvostellessaan 1-2 pistettä myöhästymisen kestosta riippuen. Myös paperiversion saa palauttaa, mutta sähköinen versio (pdf- ja txt-muodoissa) vaaditaan selostusten automaattivertailun mahdollistamiseksi. Toisen korjatun version kirjoitusaika on puolestaan kaksi viikkoa, joka alkaa juosta assistentin pitämästä palautetilaisuudesta. Jos korjattua versiota ei palauteta ajoissa, selkkarin ensimmäinen arvosana jää voimaan.

    Assistentti tarkastaa palautetun selostuksen, kirjaa puutteet ja antaa selkkarin takaisin korjattavaksi yhden kerran. Assistentti ottaa yhteyttä selkkarin kirjoittajaan luettuaan työn ja antaa siitä palautetta. Tässä yhteydessä on vielä mahdollisuus saada vastaus kaikkiin työtä tai raporttia koskeviin kysymyksiin.

    Kustakin palautetusta työselostuksesta annetaan pisteitä asteikolla 0-10 siten, että selkkarin lopullinen arvosana on alkuperäisen ja korjatun version arvosanojen keskiarvo. Kurssin suorittamiseksi sinun on saatava tekemistäsi selostuksista yhteensä vähintään 10 pistettä. Lisäksi kumpikin selostus on tultava hyväksytyksi (> 0 pistettä).

    Bumerangissa tulee olemaan kahdenlaisia merkintöjä: "katso" tai "tee/korjaa". "Katso"-merkinnät liittyvät pieniin kömmähdyksiin tai laskuvirheisiin, joilla ei ole suurta vaikutusta loppupäätelmiin. Sen sijaan "tee/korjaa"-leiman saaneet kohdat ovat vakavampia virheitä tai puutteita, jotka vaikuttavat saatuun pistemäärään. Hyväksytyssä selostuksessa on myös oltava kaikki tarpeelliset osiot ainakin jossain muodossa: kirjoittamalla loistavan "tulokset"-osion ilman mitään muuta et voi saada selostuksestasi hyvää arvosanaa. Samoin kaikki pyydetyt tehtävät pitää olla tehtynä.

    Kurssi arvostellaan normaaliasteikolla 0-5.

    Kurssin tiedottaminen hoidetaan MyCourses-uutisten kautta sekä tarvittaessa sähköpostilla. 

    Tarjolle tulevat laboratoriotyöt:

    1.1  Atomin diskreetit energiatilat

    1.2  Elektronin spin-resonanssi

    1.3  Gammasäteilyn energiaspektri

    1.4  Elektronien suhteellisuusteoreettinen liikemäärä

    1.5  Röntgendiffraktio

    2.1  Magneettinen anisotropia

    2.2  Aurinkokennojen karakterisointi

    2.3  Optiset pinsetit

    2.4  Hiekkakasa

     

    Ilmoittautuminen kurssille ja töihin

    Kurssille pitää ilmoittautua Oodin kautta.

    Yksittäiset työt varataan MyCourses-listalla, joka linkitetään ajanvaraussivulle, kun töihin liittyvä materiaali on valmiina.

    Kunkin työn voi suorittaa vain rajattu määrä opiskelijoita. Tämä muun muassa siksi, että töitä pitävien assistenttien kuormitus jakaantuisi tasaisesti. Töiden alkamisesta tiedotetaan kurssin uutisissa. Ongelmatapauksissa ota yhteyttä kurssin koordinaattoriin (Juha Tuoriniemi, s-posti: etunimi.sukunimi@aalto.fi).

     

     

    Kurssimateriaali

    Työohjeet ja videodemonstraatiot julkaistaan kunkin työn omalla alasivulla. Työtä ohjaava assistentti ilmoittaa työselostusten palautusosoitteen näillä samaisilla sivuilla.

    Eräs kurssin tavoitteista on oppia löytämään tarpeellista tietoa kurssikirjoista, kirjastoista sekä internetistä. Keskeisiä tietolähteitä on lueteltu kunkin työohjeen johdannossa tai ko. työn sivulla. Alla muutamia yleishyödyllisiä linkkejä:

  • Työt, assistentit ja karkea aikataulu

    Työsuunnitelman mukaan ykkösryhmän työt (1.1 - 1.5) tehdään periodeissa II ja III. Kakkosryhmän työt pyritään tekemään periodeissa III ja IV. Vitosperiodi varataan suoritusten loppuun saattamiseen (selkkareiden hyväksyminen). Suoritusmerkinnät kurssista annetaan, kun viimeisetkin selkkarit on palautettu ja hyväksytty.


    Työt 1.1 - 1.5:

    1.1  Atomin diskreetit energiatilat (Periodi II/III)

    Assistentti:  Jani Taskinen

    (sähköposti: etunimi.m.sukunimi@aalto.fi)

    1.2  Elektronin spin-resonanssi (Periodi II/III)

    Assistentti:  Jani Taskinen

    (sähköposti: etunimi.m.sukunimi@aalto.fi)

    1.3  Gammasäteilyn energiaspektri (Periodi II/III)

    Assistentti:  Cheng Wang

    (sähköposti: etunimi.sukunimi@aalto.fi)

    1.4  Elektronien suhteelisuusteoreettinen liikemäärä (Periodi II/III)

    Assistentti:  Richa Cutting

    (sähköposti: etunimi.sukunimi@aalto.fi)

    1.5  Röntgendiffraktio (Periodi II/III)

    Assistentti:  Tuukka Ruokokoski

    (sähköposti: etunimi.sukunimi@helsinki.fi)

    Työt 2.1 - 2.4:

    2.1  Magnetic anisotropy (Periodi III/IV)

    Assistentti:  Nikolai Kuznetsov

    (email: etunimi.1.sukunimi@aalto.fi)

    2.2  Aurinkokennojen karakterisointi (Periodi III/IV)

    Assistentti:  Magnus Markkanen

    (sähköposti: etunimi.sukunimi@aalto.fi)

    2.3  Optical tweezers (Periodi III/IV)

    Assistant:  Rebecca Heilmann

    (email: etunimi.sukunimi@aalto.fi)

    2.4  Sandpile (Periodi III/IV)

    Assistentti:  Muhammad Junaid

    (sähköposti: etunimi.sukunimi@aalto.fi)


  • Työkohtaiset ohjeet ja varaukset

  • Selkkariohjeita

    Käytännön ohjeita työselostusten laatimiseen löytyy (ainakin toistaiseksi) tästä linkistä, jossa myös perustietoa mittalaitteista, mittaustulosten tarkastelusta ja laboratorion työturvallisuudesta.Tällä kurssila selostukset ovat laajuudeltaan tyypillisesti 10-15 sivua.

    • Työselostuksen on muodostettava selkeä ja johdonmukainen kokonaisuus, josta käyvät ilmi työn tavoitteet, käytetyt menetelmät ja laitteet sekä selostuksen kirjoittajan perehtyneisyys aiheeseen.
    • Selostuksessa on oltava kansilehti, josta selviää työn nimi ja työparin numero, mittauspäivä sekä työparin jäsenten nimet selostuksen laatijan nimi alleviivattuna tai muuten selvästi osoitettuna.
    • Mittaus- ja simulaatiotulokset on esitettävä joko taulukkoina tai graafisesti.
    • Selostuksen on oltava siisti ja tietokoneella kirjoitettu alkuperäiskappale. Selostus palautetaan sähköisessä muodossa. Myös paperiversion saa palauttaa, mutta sähköinen versio (sekä pdf- että sen lähdetiedosto .tex, .docx, ...) vaaditaan selostusten automaattivertailun mahdollistamiseksi.
    • Selostus kirjoitetaan suomeksi, ruotsiksi tai englanniksi; kieli on hyvä sopia ennakkoon assistentin kanssa. Joidenkin töiden assistentti pystyy käsittelemään vain englanninkielisiä raportteja. Tekstin tulee olla asiallista ja kieliasultaan moitteetonta.
    • Tyypillisesti selostukset ovat 10-15 sivun pituisia. Selostuksen maksimipituus on noin 15 sivua, jonka pitäisi riittää asioiden esittämiseen. 15 sivun ylittämisestä ei saa lisäpisteitä, vaan päinvastoin pisteitä voidaan alkaa vähentää, jos selostusta on turhaan paisutettu. Jos sivumäärää on vaikea vähentää, kannattaa hyödyntää appendixia, jonne siirtää osan tekstistä.
    • Lähdeviitteitä on ehdottomasti käytettävä. Työohje ja Wikipedia eivät yksinään riitä kattavaksi lähdemateriaaliksi. Huomaa, että työohjeen tai muiden lähteiden suora ja laajamittainen copy-pastetus johtaa selostuksen hylkäämiseen. (Tämä kuuluu kategoriaan "plagiointi".)
    • Selostuksen teko kannattaa aloittaa pian mallidatan saamisen jälkeen. Viime tinkaan lykkääminen ei yleensä tuota hyvää lopputulosta.
    • Selostuksen ensimmäinen versio on palautettava assistentille viimeistään kolme viikkoa (päivälleen) työn aloittamisen jälkeen (mallidatan vastaan otto). Työn on oltava palautettuna assistentilla viimeistään klo 23:59 kyseisenä päivänä (sama viikonpäivä kuin työn aloituspäivä). Vain erittäin hyvällä perusteella (esim. tentti tai toinen selkkari) voi anoa assistentilta lisäaikaa. Muussa tapauksessa myöhästymisestä seuraa pistevähennys:
      • alle viikon myöhästymisestä vähennetään 1 piste. Jos palautus viipyy yli 7 päivää, vähennetään 2 pistettä.
    • Toisen korjatun version kirjoitusaika on puolestaan kaksi viikkoa, joka alkaa juosta assistentin palautetilaisuudesta. Jos korjattua selkkaria ei palauteta tässä ajassa, jää ensimmäisen version pisteet voimaan.
    • Kannattaa huomata, että yhden selkkarin tekemisessä menee noin yksi työviikko tehokasta työaikaa. Suoritus kärsii melko varmasti, jos aloitat kirjoittamisen palautusta edeltävänä iltana.


    Selostusten arvostelusta

    • Assistentti tarkastaa palautetun selostuksen ja antaa sen tarvittaessa korjattavaksi yhden kerran. Assistentti ottaa yhteyttä selkkarin kirjoittajaan luettuaan työn ja antaa siitä palautetta henkilökohtaisesti. Ennen selostuksen tai bumerangin palauttamista on mahdollisuus saada vastaus kaikkiin mieltä askarruttaviin kysymyksiin ottamalla yhteyttä työn assistenttiin.
    • Kustakin palautetusta selkkarista annetaan pisteitä asteikolla 0-10 siten, että selkkarin lopullinen arvosana on alkuperäisen ja korjatun version arvosanojen keskiarvo. Kurssin suorittamiseksi vaaditaan vähintään 10 pistettä 20:stä (kahdesta hyväksytystä selostuksesta).
    • Nollasta poikkeavan arvosanan saamiseksi molempien selkkareidesi on kuitenkin oltava hyväksyttyjä.
    • Selkkareiden pisteytyksestä löytyy tarkempia ohjeita alempaa.
    • Kannattaa huomioida, että perushyvän selkkarin pistemäärä on 7. Täydet 10 pistettä saa vain erittäin ansiokkaasta selkkarista.


    Arvosteluohjeet:

    Assistentti listaa jokaisesta osa-­alueesta +/-­ kommentteja, jotka kertovat mikä oli hyvää/huonoa, sekä osa-­alueen pistemäärän 1/2 pisteen tarkkuudella. Selkkarin pistemäärä on osa-­alueiden pistemäärien summa.

    Täydet pisteet saa, jos täyttää kunkin osa-alueen alla listatut kriteerit. Erinomainen suoritus joissain osa-­alueessa tai kriteereissä voi kompensoida puutteita muualla max 1/2 pistettä.

    1. Tuloksen määritys, max 4p

    a) Jokaiseen työohjeessa olevaan  kysymykseen on vastattu ja jokainen pyydetty tehtävä on tehty

    b) Tulokset ovat järkeviä ja melko lähellä oikeaa, tai hyvin perusteltu miksi saatiin epätavallisia tuloksia

    c) Pohdittu, onnistuiko mittaus

    d) Oma ote näkyy

    2. Teksti ja kaavat,  max 3p

    a) Kieli on hyvää, mutta vihreitäkin saa olla jonkin verran

    b) Jäsentely on looginen ja helposti seurattava. Tyypillisesti teoria sekä laitteiston ja menetelmien kuvaus on erillään tulosten esittellystä

    c) Lähdeviitteitä käytetty oikein

    d) Oma ote näkyy

    3. Kuvat, kuvaajat, taulukot, max 2p

    a) Kuvaajien perusasiat kunnossa:

       - akselien suureet ja yksiköt on annettu

       - virherajat tyypillisessä tapauksessa merkitty datapisteisiin ainakin y-­suunnassa

    b) Laitteistokuvat saa kopioida työohjeesta, mutta viite on annettava

    4. Mittausepätarkkuuden analysointi, max 1p

    a) Kaavat epätarkkuudelle on annettu ja niiden johto on ainakin sanallisesti perusteltu

    b) Käyränsovituksen parametrien virherajat on käsitelty

    c) Lopulliset luvut epätarkkuudelle ovat järkevän suuruisia ja annettu sopivalla määrällä merkitseviä numeroita


    Yleisiä ohjeita (originaali Jarmo Ala-Heikkilä, Antti Hakola, Taina Kurki-Suonio ja Matti Stenroos)


    • Pidät huolta, että raporttisi on valmis ajoissa.
    • Teet heti kansilehdellä selväksi, mistä on kysymys, ja kuka raportin on laatinut. Jos kysymyksessä on tiimityöskentely, sinun on mainittava muut ryhmän jäsenet, mutta työn ideoijana sinun tulee identifioida itsesi raportin laatijaksi.
    • Raportin on oltava kiinnostava.
    • Raportilla pitää olla selkeä rakenne: esimerkiksi esittelyosa, ilmiön taustafysiikkaa, mittauslaitteisto- ja tapahtuma, mittaustulokset ja niiden analysointi, johtopäätökset ja mahdolliset spekulaatiot.
    • Esittelyosan on syytä motivoida lukija jatkamaan pitemmälle: kerro lyhyesti minkälaisesta ilmiöstä on kysymys, mitä ko. mittauksilla halutaan selvittää, minkälaisista mittauksista on kysymys yms. Esittelyosa on hyvin tärkeä, ja siksi sen kirjoittamiseen kannattaa paneutua. Tekstin tulee olla ymmärrettävää, helppolukuista ja asiallista.
    • Lukija pitää perehdyttää ilmiön ja mittausten perustana olevaan fysiikkaan. Älä kuitenkaan toteuta perehdyttämistä massiivisella copy-pastetuksella työohjeesta tai muustakaan lähteestä. Muista myös, että ei ole tarkoitus kertoa lukijalle kaikkea kaikesta, vaan keskittyä olennaisiin kohtiin.
    • Mittauslaitteisto ja mittaustapahtuma pitää esittää niin perusteellisesti ja selvästi, että raportista heti näkee, millainen operaatio olisi pistää pystyyn uusi mittauslaitteisto ja toistaa koe.
    • Mittaus- ja simulaatiotulokset pitää esittää helposti luettavassa muodossa, esim. taulukkoina tai graafisesti. Saatujen tulosten mielekkyyttä on arvioitava aiheesta riippuen joko kvalitatiivisesti tai kvantitatiivisesti, niin että lukija pystyy heti näkemään, kuinka "vahvasta" tuloksesta on kysymys.
    • Johtopäätökset pitää esittää korostaen ja painokkaasti. Aiheen merkitystä kannattaa pohtia ja siihen liittyvät ideat esittää tässä yhteydessä.
    • Lähdeviitteitä on ehdottomasti käytettävä. Viitteet merkitään asianmukaisiin kohtiin tekstiä esimerkiksi numeroin ja selostuksen loppuun kirjallisuusluetteloksi. Kaikki käytetyt lähteet on sisällytettävä luetteloon oikein ja täsmällisesti. Työohje ja Wikipedia eivät yksinään riitä kattavaksi lähdemateriaaliksi. Työtä ohjaavalta assistentilta voi kysyä lisätietoja hyvistä kirjoista, artikkeleista yms.
    • Raportin kieliasun, oli se sitten suomea tai ruotsia tai englantia, tulee olla moitteetonta. Virheitä vilisevä kieli herättää epäilyksiä myös teknisen tason ja fysiikan ymmärryksen suhteen. Muista oikolukea teksti ennen selostuksen palauttamista!

  • Plagiointi

    Työselostusten kaikenlainen plagiointi on yksiselitteisesti kielletty.

    • Kaikkeen selostuksessa hyödynnettyyn materiaaliin tulee olla asianmukainen viittaus. Jos et voi viitata materiaaliin, et voi sitä myöskään käyttää.
    • Työohjeen teoriaosuutta ei ole tarkoitus kopioida selostukseen. Työohjeen teorian voi esittää lyhennettynä, mutta pisteitä saa siitä, kun hakee täydentävää tietoa muista lähteistä.
    • Epäilyttävissä tapauksissa noudatamme Aallon eettisten sääntöjen menettelyohjetta. Ilmeisin seuraamus on selostuksen hylkääminen.