Practicum Natuurkundenspracticum.science.uu.nl › DATA2015-2016 › DATA-P › Algemeen › ...1 De...

46
Algemene studenteninstructie bij het Practicum Natuurkunde NS-109B / NS-108B / NS-204B 2015/16 Julius Instituut Departement Natuur- en Sterrenkunde Faculteit Bètawetenschappen Universiteit Utrecht

Transcript of Practicum Natuurkundenspracticum.science.uu.nl › DATA2015-2016 › DATA-P › Algemeen › ...1 De...

Page 1: Practicum Natuurkundenspracticum.science.uu.nl › DATA2015-2016 › DATA-P › Algemeen › ...1 De leerlijn Experimentele Fysica en de rol van het practicum in de oplei-ding Natuur-

Algemene studenteninstructie bij het

Practicum Natuurkunde

NS-109B / NS-108B / NS-204B 2015/16

Julius Instituut Departement Natuur- en Sterrenkunde Faculteit Bètawetenschappen Universiteit Utrecht

Page 2: Practicum Natuurkundenspracticum.science.uu.nl › DATA2015-2016 › DATA-P › Algemeen › ...1 De leerlijn Experimentele Fysica en de rol van het practicum in de oplei-ding Natuur-

Eindredactie: Peter van Capel Aan eerdere versies van deze handleiding zijn grote bijdragen geleverd door Wim Westerveld.

Page 3: Practicum Natuurkundenspracticum.science.uu.nl › DATA2015-2016 › DATA-P › Algemeen › ...1 De leerlijn Experimentele Fysica en de rol van het practicum in de oplei-ding Natuur-

Inhoudsopgave

1 De leerlijn Experimentele Fysica en de rol van het practicum in de opleiding Natuur- en Ster-renkunde 51.1 Inleiding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51.2 Doelen van de leerlijn Experimentele Fysica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51.3 Leerdoelen per cursus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1.3.1 DATA - 7.5 ects - Jaar 1, Blok 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61.3.2 Practicum Golven en Optica - 3 ects - Jaar 1, Blok 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . 71.3.3 Practicum Statistische Fysica - 3 ects - Jaar 2, Blok 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . 81.3.4 Experimentele onderzoeksstage - 7.5 ects - Jaar 2, Blok 4 . . . . . . . . . . . . . . . 91.3.5 Experimenteel bacheloronderzoek - 15 ects - Jaar 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

2 Organiseren van (meet)gegevens 112.1 Labjournaal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112.2 Digitale gegevens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122.3 Referenties, bibliotheek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

3 Structurering van onderzoek 153.1 Verkenning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153.2 Werkplan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163.3 Meten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183.4 Verwerken resultaten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

4 Communicatie 214.1 Voortgangsbesprekingen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214.2 Verslag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

4.2.1 Eisen aan vorm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234.2.2 Eisen aan opmaak . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234.2.3 Structuur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244.2.4 Algemene tips bij het schrijven van een verslag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314.2.5 Peer review . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

4.3 Poster . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 334.3.1 Opmaak . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 334.3.2 Inhoud . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

4.4 Presentatie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 354.4.1 Opbouw . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 354.4.2 Inhoud en opmaak . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374.4.3 Voorbereiding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374.4.4 Presentatietechnieken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

5 Richtlijnen 395.1 Zaalgebruik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 395.2 Veiligheid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

5.2.1 Algemeen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 405.2.2 Radioactief materiaal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 405.2.3 Hoge lichtintensiteiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 415.2.4 Hoge elektrische spanningen en stromen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 425.2.5 Cryogene vloeistoffen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

3

Page 4: Practicum Natuurkundenspracticum.science.uu.nl › DATA2015-2016 › DATA-P › Algemeen › ...1 De leerlijn Experimentele Fysica en de rol van het practicum in de oplei-ding Natuur-

A Data-acquisitie 43A.1 Labview-grafieken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43A.2 Data-acquisitie met JULIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43A.3 Beschikbare functies van JULIA-II/-III . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43A.4 Specificaties van JULIA-II . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44A.5 Specificaties van JULIA-III . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

4

Page 5: Practicum Natuurkundenspracticum.science.uu.nl › DATA2015-2016 › DATA-P › Algemeen › ...1 De leerlijn Experimentele Fysica en de rol van het practicum in de oplei-ding Natuur-

1 De leerlijn Experimentele Fysica en de rol van het practicum in de oplei-ding Natuur- en Sterrenkunde

1.1 Inleiding

Natuurkunde is een empirische wetenschap (empirie = op basis van waarneming), waarbij het begrip vande wereld om ons heen ontstaat uit de wisselwerking tussen theorievorming en proefondervindelijke, expe-rimentele waarneming. Om je te ontwikkelen tot een volwaardig natuurkundige is het opdoen van experi-mentele onderzoekservaring daarom essentieel.Binnen de bacheloropleiding Natuur- en Sterrenkunde zijn de kennis en vaardigheden die vereist zijn voorhet doen van experimenteel onderzoek geordend in de leerlijn Experimentele Fysica (Figuur 1). In dezeleerlijn zijn de vakken DATA (NS-109B), Golven en Optica (NS-108B) en Statistische Fysica (NS-204B)verplicht, de Experimentele Onderzoeksstage (NS-267B) is een keuzevak. Voor het bacheloronderzoekbestaat de mogelijkheid om je onderzoek in een experimentele onderzoeksgroep te doen. De totale leerlijnbeslaat daarmee maximaal 31 ects, ongeveer 1/6 van het totale bachelorprogramma.In deze handleiding vind je een algemene beschrijving van vaardigheden, eisen, veiligheidsrichtlijnen etc.die in alle onderdelen van de leerlijn relevant zijn. De specifieke invulling van de cursusonderdelen (rooste-ring, toetsing, beoordeling) kun je vinden in materiaal dat bij deze cursussen beschikbaar wordt gesteld (oppapier en/of via Blackboard).

1.2 Doelen van de leerlijn Experimentele Fysica

De hoofddoelen van deze leerlijn zijn:

• Het ontwikkelen van technische vaardigheden als: omgang met elektronische meetapparatuur, ken-nis van bronnen van onzekerheid (zowel instrumenteel als fundamenteel), kennis van detectie- enacquisitiemethodes.

• Het ontwikkelen van praktische onderzoeksvaardigheden als: bijhouden van het labjournaal, opstellenvan een werkplan, uitvoeren van metingen, kritische beoordeling van meetresultaten, kwantitatieveverwerking, resultatenrapportage (schriftelijk en mondeling).

• Het aanleren van een goede onderzoeksmentaliteit: verantwoord handelen, kritisch zijn op eigen werk,en niet alleen de geproduceerde resultaten maar ook de gevolgde methodiek evalueren.

• Kennismaken met modern experimenteel onderzoek (en de bijbehorende technieken, gebieden, me-thoden en overlegvormen), zoals dat in onderzoekslaboratoria wordt beoefend.

• Een uitdagende omgeving bieden waarin (binnen grenzen) zelfstandig experimenteel onderzoek kanworden geformuleerd en uitgevoerd.

1.3 Leerdoelen per cursus

De practicumvakken zijn enerzijds methodologisch van aard: je leert de gangbare methodes aan voor ef-ficient en doelgericht onderzoek. Veel van de experimentele onderzoeksvaardigheden zijn daarom ookwaardevol voor niet-experimenteel onderzoek. Anderzijds leer je ook de functies en beperkingen van meet-instrumenten en meettechnieken, die relevant zijn voor de opleiding tot experimenteel onderzoeker. Lerenis bij het practicum vooral doen; alleen door zelf experimenten te doen ervaar je wat werkt en wat niet, enwat belangrijk is en wat niet.Omdat je natuurlijk wel een onderwerp moet hebben om je onderzoek aan te doen, zijn de vakken zo inge-richt dat ze koppelen aan (theoretische) onderwerpen. Bij de (optionele) Experimentele Onderzoeksstagedoe je onderzoek bij twee experimentele onderzoeksgroepen naar keuze.

5

Page 6: Practicum Natuurkundenspracticum.science.uu.nl › DATA2015-2016 › DATA-P › Algemeen › ...1 De leerlijn Experimentele Fysica en de rol van het practicum in de oplei-ding Natuur-

Figuur 1: De leerlijn Experimentele Fysica.

1.3.1 DATA - 7.5 ects - Jaar 1, Blok 2

Het studie-onderdeel “Data-acquisitie & Toegepaste analyse (DATA)”, is samengesteld uit de onderdelenDATA-Practicum (P), DATA-Mathematicagebruik (M) en DATA-Verwerking (V). In dit vak leer je elemen-taire experimentele vaardigheden en oefen je het verwerven en verwerken van meetdata op een statistischverantwoorde manier.

DATA-P - 2.5 ects Het verwerven van kwantitatieve meetgegevens (meten) in een experimenteel natuur-kundig onderzoek is een vaardigheid op zich. In het onderdeel DATA-Practicum worden de beginselen vanhet doen van fysisch experimenteel onderzoek aangeleerd. Het valt uiteen in drie onderwerpen: elektroni-sche meetinstrumenten, golfverschijnselen en mechanica. De leerdoelen:

1. technische vaardigheden: de student

i) leert de functies van een multimeter en oscilloscoop en kan deze meetinstrumenten gebruiken.

ii) begrijpt analoog-digitaalconversie, bemonstering en aliasing.

iii) kan het spectrum van een signaal op een oscilloscoop weergeven en interpreteren.

iv) is in staat de rol van ruis en de beperkte meetnauwkeurigheid van instrumenten in te schatten.

2. onderzoeksvaardigheden: de student

i) leert gebruik te maken van een labjournaal.

ii) kan een werkplan voor een elementair natuurkundig experiment opstellen en op een verant-woorde manier uitvoeren.

iii) is in staat om de betrouwbaarheid van zijn resultaten te beoordelen, toevallige en systematischeonzekerheden te identificeren, en de bij DATA-V en DATA-M geleerde verwerkingstechniekentoe te passen op zelf gemeten data om de onzekerheid in een eindantwoord te bepalen.

iv) kan zijn resultaten op een overzichtelijke manier presenteren in tabellen en grafieken en er hetantwoord op zijn onderzoeksvragen aan ontlenen.

6

Page 7: Practicum Natuurkundenspracticum.science.uu.nl › DATA2015-2016 › DATA-P › Algemeen › ...1 De leerlijn Experimentele Fysica en de rol van het practicum in de oplei-ding Natuur-

Zie voor een toelichting op het gebruik van het labjournaal en het werkplan respectievelijk Secties 2.1 en3.2. Werkplan en resultatenrapportage worden opgesteld in het labjournaal.

DATA-M - 2 ects In het natuurkundig onderzoek worden veel (specialistische) numerieke softwarepakket-ten gebruikt, zoals Matlab, Fortran, C, IDL, en Python. In de eerste fase van het practicum is gekozen voorMathematica, omdat het veelzijdig is en aspecten van programmeren, symbolische manipulatie en grafischeweergave in een programma verenigt.In DATA-M ligt de nadruk op het aanleren van programmeervaardigheden om wiskundige vraagstukken opte lossen en gegevens in grafieken weer te geven. Daarbij is het belangrijk dat je aanleert om gestructureerdte werken, zodat je je kennis goed kunt inzetten bij de data-analyse in DATA-P en DATA-V. De leerdoelenvan dit onderdeel: de student

3. beheerst basale programmeervaardigheden als

i) gebruik van variabelen en functiedefinitie.

ii) omgang met lijsten en loopstructuren.

iii) numeriek uitvoeren van wiskundige bewerkingen als differentieren, integreren en het oplossenvan (differentiaal)vergelijkingen.

iv) importeren, bewerken en exporteren van bestanden.

4. kan functies en datasets grafisch weergeven.

5. leert algoritmisch te denken: het uitvoeren van operaties op data in de meest algemene zin en hetcombineren van deze operaties in complexere bewerkingen.

DATA-V - 3 ects In dit cursusonderdeel is in het bijzonder aandacht voor (de gevolgen van) meetonzeker-heden en de kritische beoordeling van resultaten die door middel van meting of berekening zijn verkregen.De leerdoelen: de student

6. onderkent het belang en de consequenties van het toekennen van onzekerheden aan data.

7. kan kwantitatieve gegevens op een statistisch verantwoorde manier verwerken en interpreteren. Be-langrijke technieken hierbij zijn elementaire statistiek, propagatie van onzekerheid, het gebruik vankansverdelingsfuncties, het maken van aanpassingen, en het berekenen van overschrijdingskansen.

8. kan aangeven wat de beginselen, aannames en beperkingen zijn van de hiervoor genoemde technieken.

1.3.2 Practicum Golven en Optica - 3 ects - Jaar 1, Blok 4

Het Practicum Golven en Optica is gekoppeld aan een theorievak met hetzelfde onderwerp. Bij dit vakkunnen met behulp van de experimenteervaardigheid en dataverwerking uit het vak DATA de theoretischbehandelde golfverschijnselen experimenteel worden bestudeerd. De onderzoeksopdrachten worden groter,waardoor de structurering van het onderzoek belangrijker wordt. De leerdoelen van deze cursus:

1. de student is in staat om theoretische kennis uit het theoriedeel Golven & Optica te integreren in zijnexperimenteel onderzoek, en deze te gebruiken in de analyse en interpretatie van zijn resultaten. Voor-beelden van bestudeerde golfverschijnselen zijn polarisatie, diffractie, interferentie en verstrooiing.

2. technische vaardigheden: de student:

i) kent de eigenschappen en toepassingen van een aantal bronnen van licht en geluid. Denk bijlicht aan lasers, gloeidraden of spectraallampen, en bij geluid aan speakers of piezo-elementen.

7

Page 8: Practicum Natuurkundenspracticum.science.uu.nl › DATA2015-2016 › DATA-P › Algemeen › ...1 De leerlijn Experimentele Fysica en de rol van het practicum in de oplei-ding Natuur-

ii) kent van een aantal methoden voor detectie van licht en geluid de fysische werking, de nauwkeu-righeid en de toepassing. Denk bij licht aan fotodetectoren, vermogensmeters, spectrometers, enbij geluid aan microfoons en piezo-elementen.

iii) is in staat een eenvoudige optische of akoestische opstelling met een beperkt aantal elementenop te bouwen en uit te lijnen.

3. onderzoeksvaardigheden: de student

i) kan een werkplan opstellen voor een onderzoek dat enkele dagen beslaat.

ii) kan resultaten verzamelen en deze zelfstandig kwantitatief verwerken, alsmede kritisch evalue-ren.

iii) weet resultaten overzichtelijk (grafisch) te presenteren en in een mondelinge toelichting aan deassistent overtuigend te bediscussieren.

Informatie over de organisatie van een onderzoeksopdracht vind je in Sectie 3. De eisen aan werkplan enresultatenrapportage zijn benoemd in Secties 3.2 en 3.4. Beide vinden nu niet meer plaats in het labjournaalmaar in aparte documenten. In de beta-wetenschappen is het tekstopmaakprogramma LATEX een beproefden veel gebruikt hulpmiddel voor het vormgeven van rapportages, (afstudeer)verslagen, proefschriften enpublicaties. In deze cursus wordt materiaal aangeboden om met dit programma om te leren gaan.

1.3.3 Practicum Statistische Fysica - 3 ects - Jaar 2, Blok 1

Het Practicum Statistische Fysica is gekoppeld aan een theorievak met hetzelfde onderwerp. De structuurvan dit practicum lijkt op die van het Practicum Golven en Optica, maar de student opereert zelfstandigeren schrijft over zijn onderzoek meerdere verslagen. De leerdoelen van deze cursus:

1. de student is in staat om theoretische kennis uit het theorieonderdeel Statistische Fysica te integrerenin experimenteel onderzoek, en deze kennis te gebruiken in de analyse en interpretatie van zijn /haar resultaten. Voorbeelden van behandelde onderwerpen zijn de relaties tussen thermodynamischegrootheden (zoals druk, temperatuur en warmte), ideale gassen, faseovergangen.

2. technische vaardigheden: de student

i) kent van een aantal methoden om thermodynamische grootheden (als temperatuur, druk enwarmte) te meten de fysische werking, de nauwkeurigheid en de toepassing.

3. onderzoeksvaardigheden: de student

i) is in staat om de experimentele vaardigheden uit voorgaande onderdelen van de leerlijn zelfstan-dig in de praktijk te brengen.

ii) kan een verslag schrijven dat aan de gebruikelijke eisen aan vorm, inhoud en lay-out voldoet.

iii) is in staat om de verslagen van medestudenten middels peer review op waarde te schatten en vangefundeerd commentaar te voorzien.

De eisen aan vorm, inhoud en lay-out van een verslag zijn in Sectie 4.2 benoemd. Verslaggeving met LATEXwordt aanbevolen. Een korte instructie over peer review is te vinden in Sectie 4.2.5.

8

Page 9: Practicum Natuurkundenspracticum.science.uu.nl › DATA2015-2016 › DATA-P › Algemeen › ...1 De leerlijn Experimentele Fysica en de rol van het practicum in de oplei-ding Natuur-

1.3.4 Experimentele onderzoeksstage - 7.5 ects - Jaar 2, Blok 4

Dit vak bestaat uit een experimentele onderzoeksstage in twee onderzoeksgroepen binnen het departement.De student past de vaardigheden uit het verplichte practicum toe in technisch uitdagende experimenten diequa niveau en inhoud dichtbij de onderzoeksonderwerpen binnen het departement Natuur- en Sterrenkundeliggen.De leerdoelen: de student

1. maakt kennis met experimenteel onderzoek zoals dat in onderzoekslaboratoria wordt uitgevoerd, enmet de daarbij gebruikte technieken, methoden en discussievormen.

2. gebruikt experimenteel-technische vaardigheden waar in het verplichte practicum beperkt ruimte vooris, zoals instrumentaansturing, simulatie en modelvorming, bouw van een opstelling.

3. is in staat om in projectvorm een onderzoeksvraag te formuleren, een werkplan op te stellen om dezevraag in een experimenteel onderzoek te beantwoorden, en dit onderzoek uit te voeren.

4. neemt hiertoe kennis van aangeleverde wetenschappelijke literatuur en interpreteert de inhoud.

5. kan zijn onderzoek schriftelijk (verslag) en mondeling (presentatie) rapporteren.

De eisen aan een presentatie, en een aantal tips om deze goed te geven, zijn te vinden in Sectie 4.4. Parallelaan dit vak loopt het vak Numerieke methoden voor fysici en astronomen, waar je leert wetenschappelijkprogrammeren.

1.3.5 Experimenteel bacheloronderzoek - 15 ects - Jaar 3

In je bacheloronderzoek draai je mee in het onderzoek dat in een onderzoeksgroep van je keuze wordtgedaan. Afhankelijk van je eigen voorkeuren en de eisen van het lopende onderzoek wordt een onderzoeks-onderwerp gekozen, waar je vervolgens mee aan de slag gaat. Je bent grotendeels zelf verantwoordelijkvoor de tijdsplanning. Het bacheloronderzoek wordt afgesloten met een verslag en een eindpresentatie.De groepen en instituten waar experimenteel onderzoek wordt gedaan:

• Soft Condensed Matter and Biophysics (binnen het Debye Institute for Nanomaterials Science)• Nanophotonics (binnen het Debye Institute for Nanomaterials Science)• Condensed Matter and Interfaces (binnen het Debye Institute for Nanomaterials Science)• Institute for Marine and Atmospheric research Utrecht• Institute for Subatomic Physics

9

Page 10: Practicum Natuurkundenspracticum.science.uu.nl › DATA2015-2016 › DATA-P › Algemeen › ...1 De leerlijn Experimentele Fysica en de rol van het practicum in de oplei-ding Natuur-
Page 11: Practicum Natuurkundenspracticum.science.uu.nl › DATA2015-2016 › DATA-P › Algemeen › ...1 De leerlijn Experimentele Fysica en de rol van het practicum in de oplei-ding Natuur-

2 Organiseren van (meet)gegevens

Vanwege wetenschappelijke fraude in de afgelopen jaren heeft verantwoorde organisatie en archivering vangegevens tegenwoordig een zeer belangrijke rol. Daarnaast wordt het aantal databestanden en de omvangervan door automatisering van meetprocessen steeds groter. We bespreken een methode om de wildgroei aanonderzoeksgegevens waar je op enig moment mee te maken krijgt toch enigszins overzichtelijk te houden.

2.1 Labjournaal

Elke onderzoeker legt tijdens zijn activiteiten informatie over het onderzoek direct en zo nauwkeurig encompleet mogelijk vast in een labjournaal, een “dagboek” van het onderzoek (als voorbeeld Fig. 2).

Figuur 2: Pagina uit de aantekeningen van Galileo Galilei (1564-1642), waarin de resultaten zijn weergegeven voor een serie ho-rizontale worpen, en de verwachte waarden (doveria, zoals zoumoeten). Een van de eerste kwantitatieve data-analyses. Bron:http://www.imss.fi.it/ms72/.

In een goed labjournaal kan de onderzoe-ker of een collega (bijvoorbeeld als deonderzoeker inmiddels vertrokken is) zo-wel de opzet als de resultaten terugvin-den. Op basis van de informatie in hetlabjournaal zou het experiment precieszo moeten kunnen worden herhaald, ookjaren later. Om die reden worden niet al-leen de meetgegevens, maar ook gege-vens over de opzet, en zelfs over even-tuele mislukte pogingen e.d. genoteerd.Gedurende het hele practicum zal het ge-bruik van het labjournaal een belangrijkaandachtspunt blijven.

Het bijhouden van het labjournaalSchrijf in het labjournaal meteen en zonauwkeurig mogelijk op wat je doet enwaarom, en wat het resultaat is. No-teer per proef in elk geval de datumvan uitvoer en naam van het experiment,en eventueel de naam van de assistent.Daarnaast, naar gelang de situatie:

• Het doel van het experiment.• Schematische opzet van het expe-

riment.• Werkplan (zie Sectie 3.2).• Specifieke omstandigheden (wat is

nodig om het experiment te herha-len: temperatuur, instellingen ap-paratuur, . . . ).

• Procedures en handelingen tijdensuitvoer metingen (b.v. hoe is eengrootheid gemeten of afgelezen, is er afgeweken van het werkplan, deden zich opmerkelijke zakenvoor, wat deed je toen, enz.).

11

Page 12: Practicum Natuurkundenspracticum.science.uu.nl › DATA2015-2016 › DATA-P › Algemeen › ...1 De leerlijn Experimentele Fysica en de rol van het practicum in de oplei-ding Natuur-

• Kwalitatieve waarnemingen die van belang kunnen zijn, bijvoorbeeld trillingen of andere verstoringenvan de meting.

• Meetresultaten (niet-digitaal) in de meest ruwe vorm. Doe je bijvoorbeeld een verschilbepaling, no-teer dan beide afleeswaarden. Zorg dat ook duidelijk is hoe de meetonzekerheden zijn geschat enberekend.

• Bestandslocaties voor digitale data en analyse (zie de volgende paragraaf).• Vragen die je aan je assistent wilt stellen over het experiment of een resultaat.• Handmatig uitgevoerde berekeningen of uitwerkingen.• Grafieken met meetresultaten, verwerkte data en/of een theoretisch model.• Evaluerende opmerkingen, verklaringen en aanbevelingen die je tussentijds invallen.

Blijf kritisch op wat je noteert en hoe je dit doet. Algemene regels voor de overzichtelijkheid en controleer-baarheid:

• Scheur nooit pagina’s uit een journaal, ook niet als de proef volledig mislukt is.• Maak gebruik van de genummerde bladzijden voor verwijzingen. Zorg voor een bijgewerkte inhouds-

opgave.• Als je een keer iets op een apart blaadje hebt genoteerd, plak dit blaadje dan in het labjournaal. Zo

hou je al je materiaal bij elkaar.• Zorg voor een overzichtelijke indeling en schrijf leesbaar.

2.2 Digitale gegevens

In steeds meer situaties wordt de meting digitaal uitgevoerd en verwerkt. De grote hoeveelheden numeriekedata zijn dan onmogelijk meer in een labjournaal te noteren, en dit heeft ook weinig nut. Een manier om jeresultaten te organiseren is als volgt:

• Gebruik het labjournaal om de omstandigheden van de meting, voorbereiding, procedures etc. tenoteren.

• Voer de meting uit en sla het bestand op onder een duidelijke naam. Deze naam kan bijvoorbeeld be-vatten: de datum, naam van het experiment, serienummer (als het experiment een aantal keer herhaaldwordt), een specifieke meetomstandigheid. Bijvoorbeeld: 20130213 slinger meting2 2graden.dat.Door de volgorde jaar-maand-dag te geven, worden bestanden automatisch chronologisch gerang-schikt (iets dat met dag-maand-jaar niet gaat).

• Noteer in het labjournaal plaats en naam van dat bestand plus een duidelijke beschrijving van wat erin dat bestand staat.

Digitale gegevens organiseren Verwijzingen naar bestanden kunnen alleen effectief werken als je jezelfdwingt goed je bestanden te beheren! Een goed werkende indeling (geıllustreerd in Fig. 3):

• Zet al je resultaten voor een experiment in een folder met de naam van dit onderzoek.• Binnen deze folder kun je verschillende folders maken, waarin de verschillende activiteiten staan,

bijv. Metingen, Verwerking, Berekeningen, Presentatie, Verslag, Literatuur. In elk van de foldersverzamel je de omschreven gegevens.

• Binnen Metingen is het het makkelijkst om chronologisch te ordenen, eventueel in submappen permaand of (meet)dag. Wanneer er verschillende typen metingen gedaan zijn, kun je deze nog weerverzamelen in subfolders. Je kunt hier eventueel een overzichtstabel maken (bijvoorbeeld in Excel)om nog beter overzicht te houden.

• Kopieer meetgegevens niet wanneer je ze gaat bewerken, maar haal de data altijd uit het originelebestand.

• Zorg voor minstens een (online) backup van je meetgegevens.

12

Page 13: Practicum Natuurkundenspracticum.science.uu.nl › DATA2015-2016 › DATA-P › Algemeen › ...1 De leerlijn Experimentele Fysica en de rol van het practicum in de oplei-ding Natuur-

Figuur 3: Ordening van digitale bestanden.

2.3 Referenties, bibliotheek

Omgang met referenties Wanneer je externe gegevens of informatie gebruikt, voeg je een referentie naarde bron toe. Het doel hiervan is meerledig. Ten eerste weet je dan bij teruglezen nog welke bron er isgebruikt (vaak zijn waarden en conclusies op meerdere plaatsen te vinden, met wisselende nauwkeurigheiden soms zelfs significant verschillend van elkaar).Ten tweede is het een manier om vast te stellen hoe betrouwbaar die informatie is. De lezer zal de be-trouwbaarheid van de informatie anders beoordelen wanneer de referentie een verslag van een medestudentis (hmm. . . ), Wikipedia (tip: alleen gebruiken wanneer je deskundig genoeg bent om te beoordelen dat degegevens betrouwbaar zijn!), of het wetenschappelijk tijdschrift Nature.Ten derde is het ook een vorm van “ere wie ere toekomt”. In de wetenschap is bronvermelding (of lievergezegd citatiescore) een serieuze maat geworden om de kwaliteit van onderzoek en onderzoekers te meten.Let op: een resultaat van anderen presenteren als het jouwe is een vorm van wetenschappelijke fraude. Hetis dan ook zaak om hier serieus mee om te gaan.In een verslag gebruik je referenties ook om de zaak compact te houden. Je refereert bijvoorbeeld aaneen bron waarin een afleiding plaatsvindt om tot een zekere uitdrukking te komen als die afleiding weinigbijdraagt aan het begrip van de lezer of beperkte relevantie heeft voor het experiment.Globaal kun je wetenschappelijke literatuur opdelen in drie categorieen:

1. Boeken. Dit betreft meestal brede, fundamentele kennis die georganiseerd is per vakgebied. Vindenvan de bronnen gaat meestal het snelst via de bibliotheek, of via boekenverzamelingen op de afde-ling waar je onderzoek doet. Meestal krijg je hier niet direct toegang toe via internet. Aan dit typebronnen kan zonder problemen gerefereerd worden, ze zijn vaak zeer betrouwbaar omdat ze door eendeskundige of team van deskundigen zijn samengesteld.

2. Wetenschappelijke artikelen. Artikelen zijn verslagen van een stuk onderzoek, vaak zeer specifiek.Artikelen zijn over het algemeen goed te vinden via internet; vaak heeft de universiteit een abon-nement op de wetenschappelijke tijdschriften (z.g. journals) waarin deze gepubliceerd zijn. In hetalgemeen mag je verder uitgaan van de betrouwbaarheid van de informatie, omdat de inhoud ervan isgeverifieerd door zogenaamde peer review (kritische evaluatie door collega-experts).

3. Overig materiaal. Hieronder vallen: (studenten)verslagen uit een onderzoeksgroep, overige interne

13

Page 14: Practicum Natuurkundenspracticum.science.uu.nl › DATA2015-2016 › DATA-P › Algemeen › ...1 De leerlijn Experimentele Fysica en de rol van het practicum in de oplei-ding Natuur-

rapportages, technische documentatie (bijvoorbeeld specificaties en handleidingen van apparatuur),populair-wetenschappelijke artikelen, webpagina’s van universiteiten of wetenschappers, Wikipedia.Het kan geen kwaad om van overig materiaal gebruik te maken. Wees wel voorzichtig met er directnaar te verwijzen, omdat de betrouwbaarheid en beschikbaarheid niet gegarandeerd kan worden. Vaakwordt verwezen naar secundaire bronnen (boeken of artikelen); het is vaak beter om die te bekijkenen als bron te gebruiken.

Referenties worden meestal verzameld in een aparte sectie (literatuurlijst of bibliografie) aan het einde vaneen document. Voor vindbaarheid van een referentie worden minimaal genoteerd:

• Auteur(s)• Jaar van publicatie• Voor een boek: titel, uitgever, editie, ISBN-nummer (bij recente boeken), jaar van uitgave

Voorbeeld: J.R. Taylor, An Introduction to Error Analysis: The Study of Uncertainties in PhysicalMeasurements. University Science Books, 2nd edition (1997). ISBN: 093570275X.

• Voor een artikel: tijdschriftnaam (vaak met standaard afkorting), jaargang (volume), aflevering (issue),pagina (page), jaar van publicatie.Voorbeeld: A. Hobson, Am. J. Phys. 81(3), p.211 (2013).

• Geef bij overige referenties de informatie die benodigd is om een bron terug te kunnen vinden. Bijwebsites wordt de datum van raadpleging toegevoegd; de informatie kan tussentijds veranderen ofniet meer beschikbaar blijken.

Meer voorbeelden zijn te vinden in experimenthandleidingen en voorbeeldbestanden op Blackboard.

Bibliotheek De bibliotheek van het departement Natuur- en Sterrenkunde is opgenomen in de Universi-teitsbibliotheek, Heidelberglaan 3, deels op de 4e verdieping in open opstelling, deels in depot. Voor meerinformatie:

• http://www.uu.nl/universiteitsbibliotheek/collecties/betawetenschappen

Voor algemene zoekacties in digitale bestanden:

• http://www.uu.nl/universiteitsbibliotheek/literatuur-zoeken

Via deze site kun je zoeken naar boeken en papieren publicaties. Artikelen in journals zijn ook te vinden alsje via een computer in het Soliscom-domein direct naar de website van een journal gaat en daar zoekt, ofdaar via een zoekmachine uitkomt.

14

Page 15: Practicum Natuurkundenspracticum.science.uu.nl › DATA2015-2016 › DATA-P › Algemeen › ...1 De leerlijn Experimentele Fysica en de rol van het practicum in de oplei-ding Natuur-

3 Structurering van onderzoek

Het doel van een onderzoek is het beantwoorden van een van tevoren gestelde onderzoeksvraag. Vaak wordtdeze vraag beantwoord door het onderzoek volgens vaste procedures uit te voeren.In Fig. 4 is een schets gegeven van de organisatie van een onderzoeksproject. Deze fasering spreekt voorzich, maar er is een serieuze inspanning nodig om dit traject ook efficient te doorlopen. Een slechte on-derzoeksopzet kan maanden onderzoekstijd kosten; elke onderzoeker kan je hier uit eigen ervaring oververtellen. In de volgende secties gaan we in op de verschillende onderdelen.

3.1 Verkenning

Onder verkenning verstaan we hier twee typen verkenning: het opzoeken en selecteren van relevante in-formatie uit de wetenschappelijke literatuur, en een onderzoek om de juiste experimentele apparatuur teselecteren en de eigenschappen ervan te onderzoeken.Doelen van de verkenning:

• De fysische achtergrond van je onderzoeksvraag in kaart te brengen.• De relatie leggen tussen de te meten grootheden en de beoogde meetinstrumenten.• Het opstellen van de randvoorwaarden (nauwkeurigheid, snelheid, reproduceerbaarheid, hoeveelheid

data, etc.) van de meting ter beantwoording van de onderzoeksvraag.• De onderdelen van je opstelling te selecteren uit voorhanden materiaal.• De opstelling te ontwerpen, bouwen en testen, en te controleren of aan de randvoorwaarden is voldaan.• Zonder problemen een proefmeting (prototype meting uit de meetfase) uit kunnen voeren.

Verkenning literatuur Het doel van een literatuurverkenning is om snel de gegevens die relevant zijnvoor jouw experiment op een rijtje te krijgen. Het kunnen gegevens zijn over het bestudeerde fysisch mo-del (“theorie”), resultaten van vergelijkbare experimenten of voor vergelijkbare situaties, of gedetailleerdeinformatie over de experimentele opstelling.In het begin zul je veel van de benodigde kennis aangereikt krijgen in een proefbeschrijving, of via eenliteratuurlijst bij de proefbeschrijving; bijvoorbeeld een referentie aan Young & Freedman. Maar op eenbepaald moment zul je zelf de benodigde informatie moeten verzamelen. Een efficiente manier om litera-tuuronderzoek te doen is via het verbredings-vernauwingsprincipe:

• In de verbredingsfase kies je een goed startpunt. Bijvoorbeeld een (deel van een) leerboek, een artikeldat je begeleider je geeft, of een Google Search op goed gekozen zoektermen. Scan je startinformatiedoor en probeer de meest interessante resultaten (leads) te identificeren. Bekijk een handvol en scandie ook weer globaal door. Identificeer nieuwe leads, volg de meest interessante, etc. Na verloop vantijd heb je een tiental (hooguit twintig) nuttige bronnen gevonden.

• Als je het gevoel hebt dat je voldoende gegevens hebt, ga je vernauwen. Maak een selectie vande meest relevante bronnen en zorg dat er een handvol overblijven. Ga nu pas grondig bestuderen:probeer afleidingen te begrijpen, de werking van een opstelling uit te pluizen en de meetresultaten teinterpreteren. Vul je verzameling bronnen aan indien nodig.

• Tot slot combineer je informatie uit de verschillende bronnen en vul je die aan met eigen afleidingen,specificaties etc. Dit werk je uit tot een concept van de eerste helft van je werkplan (Sectie 3.2).

Experimentele verkenning Wanneer je zelf een opstelling bouwt, moet je de benodigde materialen, appa-ratuur en aansturing selecteren op basis van relevante specificaties (denk hierbij aan snelheid, gevoeligheid,kosten). De beste tip is hier om te praten met iemand waarvan je denkt dat die er verstand van heeft, i.c.m.een verkenning zoals hierboven beschreven. In het practicum is deze selectie vaak al gedaan.

15

Page 16: Practicum Natuurkundenspracticum.science.uu.nl › DATA2015-2016 › DATA-P › Algemeen › ...1 De leerlijn Experimentele Fysica en de rol van het practicum in de oplei-ding Natuur-

Verkenning Werkplan Meting Verwerking Rapportage

Onderzoeksvraag:Formuleren Gegevens verzamelen Beantwoorden

Voortgangsgesprek Eindgesprek G&O Eindgesprek STF

Figuur 4: Structuur van een onderzoeksproject. In de figuur is aangegeven wanneer in het practicum het voortgangs-gesprek en de afsluitende evaluatie plaatsvindt.

Vervolgens moet je de opstelling bouwen en leren “begrijpen”. Hiervoor test je eerst de afzonderlijke in-strumenten. Vervolgens bouw en optimaliseer je stap voor stap de opstelling en voer je controlerende tus-senmetingen uit.De afsluiting van deze experimentele verkenning is een zogenaamde proefmeting, waarin je laat zien dat jeeen prototype meting zoals nodig voor de beantwoording van je onderzoeksvraag zonder problemen kuntuitvoeren.

3.2 Werkplan

In de verkenningsfase heb je je onderzoeksvraag scherp gesteld en vertaald naar een opstelling waarin jehet fysisch principe kunt bestuderen. De stap naar beantwoording van de onderzoeksvraag verloopt via hetwerkplan. Met het werkplan laat je zien dat je weet hoe tot een resultaat te komen, en het stelt je in staatom efficient en op schema de metingen af te ronden. Het werkplan is een zelfstandig onderdeel van eenexperiment.In het werkplan staan de relevante bevindingen uit de verkenningsfase en een eerste proefmeting. Verderbenoem je zo concreet mogelijk welke experimenten of experimentreeksen je gaat doen om de onderzoeks-vraag te beantwoorden. Op een rijtje:

1. De onderzoeksvraag: wat wordt er bepaald of aangetoond met het experiment. Indien nodig, benoemdeelvragen die met deelexperimenten worden beantwoord.

2. Een hypothese of verwachte uitkomst, bijvoorbeeld een experimentele bevestiging van theoretischvoorspeld gedrag, het verband tussen twee fysische grootheden, de literatuurwaarde van een groot-heid.

3. Theorie (formules en indien noodzakelijk de afleiding daarvan), fysische context en/of een model omte begrijpen wat de metingen beogen aan te tonen, en geldigheidsgebied. Hieronder valt ook eventueletheorie die nodig is om de werking van de opstelling te begrijpen. Zie voor tips de paragraaf Theorieuit Sectie 4.2.

4. De werking van de opstelling. Licht waar mogelijk toe met behulp van een schematische tekening(als een handleiding deze bevat, kun je die gebruiken). Ga na welke grootheden in de opstelling eenrol spelen, wat hun orde van grootte is en hoe ze samenhangen met de fysische grootheden die in hetmodel voorkomen. Zie voor tips de paragraaf Opstelling en meetmethode uit Sectie 4.2. Benoemook de belangrijke specificaties (nauwkeurigheid, bereik) en eigenschappen van gebruikte bronnen,detectoren en overige apparatuur.

5. Een rapportage van uitgevoerde controlerende tussenmetingen (indien van toepassing).

6. Een bespreking van veiligheidsmaatregelen of -protocollen (indien van toepassing).

16

Page 17: Practicum Natuurkundenspracticum.science.uu.nl › DATA2015-2016 › DATA-P › Algemeen › ...1 De leerlijn Experimentele Fysica en de rol van het practicum in de oplei-ding Natuur-

7. Een afschatting van de onzekerheid in het eindresultaat. Bespreek:

• mogelijke bronnen van meetonzekerheid (toevallig en systematisch), en de orde van grootte vandeze onzekerheden. Soms zijn de onzekerheden nauwkeurig te bepalen met behulp van statis-tiek, soms zijn ze alleen af te schatten (meestal wordt dan de relatieve onzekerheid gegeven).

• doorwerking van de onzekerheden in het eindresultaat van de berekening.• de praktische consequenties: welke onzekerheden zijn bepalend, en hoe worden ze zo klein

mogelijk gehouden? Hoe vaak moet een meting herhaald worden, hoeveel meetseries zijn nodig,hoeveel meetpunten zitten er in een serie?

8. Beschrijf hoe je met de opstelling de onderzoeksvraag denkt te beantwoorden gegeven de beschikbaremeettijd:

• inventariseer de metingen (resp. meetseries) die je denkt te gaan doen.• geef aan hoe je de beschikbare meettijd gaat verdelen over de onderdelen van de proef.• benoem de uitwerking van de meetgegevens, die nodig is om tot het eindresultaat te komen. Zet

de data-analyse op, bijvoorbeeld op basis van proefmetingen.

9. Een goed uitgevoerde proefmeting, waarmee je demonstreert dat je het experiment beheerst, en waar-mee je de verwachtingen met betrekking tot onzekerheid, meettijd, etc. onderbouwt. Het verslag vande proefmeting bestaat uit

• een korte beschrijving van de instellingen van het experiment,• het resultaat van de meting, vaak in de vorm van een figuur,• de uitkomst, eventueel (basale) verwerking en interpretatie van de meting,• conclusie en eventueel aanbevelingen voor de uitvoer van het volledige werkplan.

Zonder deze proefmeting kun je niet garanderen dat je opstelling en meetprocedure correct zijn, metals risico dat achteraf al je werk waardeloos blijkt.

10. Een lijst met gebruikte literatuur of achtergrondmateriaal. Zie Sectie 2.3.

Wanneer een practicumhandleiding verkenningsvragen of -opdrachten bevat, beantwoord of doe deze danen gebruik ze indien relevant voor jouw experiment bij de opzet van je werkplan (ze hoeven niet letterlijkterug te komen). Het werkplan moet een overzichtelijk document worden, dat voldoet aan de eisen vooropmaak van een verslag (zie Sectie 4.2), maar het bevat niet dezelfde onderdelen. Het werkplan is hiermeewel een goede basis voor het verslag.

Aandachtspunten met betrekking tot beoordeling

• De grootte van het werkplan is afhankelijk van de omvang van het experiment (DATA-P: typisch 1 A4in het labjournaal, G&O: apart document van typisch 10 pagina’s, hierna moet je zelf een inschattingkunnen maken).

• Het werkplan wordt ter controle door de assistent bekeken of besproken voor de uitvoer van hetexperiment! Bij G&O en STF wordt het werkplan besproken in een aparte voortgangsbespreking(Sectie 4.1).

• Overleg met de assistent in het voortraject om eventuele verrassingen en onduidelijkheden te voorko-men.

• Bij onvoldoende resultaat kan het werkplan worden teruggegeven voor verbetering. De beoordelingwijzigt hierdoor niet; het is vooral om je te helpen in de uitvoerfase van het experiment.

17

Page 18: Practicum Natuurkundenspracticum.science.uu.nl › DATA2015-2016 › DATA-P › Algemeen › ...1 De leerlijn Experimentele Fysica en de rol van het practicum in de oplei-ding Natuur-

3.3 Meten

Vervolgens voer je het door jouw ontwikkelde werkplan uit. Aanwijzingen:

• Kijk voortdurend kritisch naar de betrouwbaarheid van je meetgegevens. Werk niet het hele meetpro-gramma “blind” af, zonder dat je weet of je metingen goed zijn. Analyseer liever een meting in detailvoordat je verder gaat met de meetserie of met een volgend deel van het experiment.

• Stel de planning van de metingen bij, als je daardoor een beter resultaat verwacht. Als deze bijstellin-gen ingrijpend zijn, is vermoedelijk je voorbereiding niet goed geweest.

• Wees alert op afwijkend gedrag van de opstelling. Ga bijvoorbeeld na waarom een identieke metingsterk wisselende waarden oplevert. Dit is vooral een kwestie van goed kijken en de opstelling “in devingers” hebben.

• Schrijf alle observaties direct in het labjournaal en administreer je metingen goed (zie Sectie 2).• Als de opstelling het niet doet, probeer dan eerst zelf na te gaan wat er aan de hand is of waar het

probleem zit; roep pas in tweede instantie de hulp van je assistent in. Laat zien dat je de vaardigheidhebt om met een opstelling te werken!

• Werk efficient tijdens de meetdagdelen en let op het tijdpad. Gebruik rustige momenten tijdens eenmeting voor andere zaken, en stem activiteiten goed af met je practicumpartner.

• Je labruimte / werkplek dient een schone, veilige werkomgeving te zijn. Houd je daarom aan veilig-heidsregels (zie Sectie 5) en ruim je labtafel op na gebruik.

• Tijdens het meten kun je allerlei onvermoede problemen tegenkomen, die ook niet altijd jouw schuldzijn. Laat je hierdoor niet uit het veld slaan! Ook doorzettingsvermogen, flexibiliteit en aanpassings-vermogen zijn onderzoeksvaardigheden, en de assistent zal je omgang met problemen ook meewegenin de beoordeling (ongeacht de uitkomst van het onderzoek).

Selectie van meetresultaten Soms laat een meting niet zien wat je had verwacht of gehoopt. De regelvoor selectie is dat meetresultaten alleen mogen worden verworpen op basis van objectieve criteria die uitmetingen zijn afgeleid. Metingen kunnen dus nooit pas na verwerking uitgesloten worden omdat ze omwat voor reden dan ook niet in je plaatje passen (bijvoorbeeld sterk afwijkend van een verwacht theoretischverband).Let op: onterecht weglaten of aanpassen van meetgegevens is een vorm van wetenschappelijke fraude.Soms is op basis van observaties vast te stellen waardoor een meetresultaat onverwacht uitvalt, bijvoorbeeldop basis van ruisgedrag of een aflezing op een meter. In de praktijk herhaal je dan vaak de meting onder ver-gelijkbare omstandigheden, om te zien of het onverwachte effect reproduceert. Is dit zo, dan is er mogelijksprake van een onvoorzien systematisch effect. Reproduceert het afwijkende patroon niet systematisch, dankan er sprake zijn van een omgevingseffect, haperend instrument, verkeerde preparatie of nog iets anders.Dit kan reden zijn om de eerdere meting te verwerpen.

3.4 Verwerken resultaten

In de verwerkingsfase vertaal je de gedane metingen of meetseries naar de beantwoording van de onder-zoeksvraag. Na de verwerkingsfase kun je je in principe concentreren op de verslag- en presentatietechni-sche aspecten van de eindrapportage; alle informatie die uit het experiment is af te leiden zou bekend moetenzijn. Werkplan en resultatenverwerking vormen samen de basis van je verslag of presentatie.Na de verwerking heb je aan je oorspronkelijke werkplan toegevoegd:

1. Een overzichtelijk, leesbaar en volledig ingevuld labjournaal (Sectie 2.1). Denk ook aan de organisatievan je digitale gegevens.

18

Page 19: Practicum Natuurkundenspracticum.science.uu.nl › DATA2015-2016 › DATA-P › Algemeen › ...1 De leerlijn Experimentele Fysica en de rol van het practicum in de oplei-ding Natuur-

2. Een of meerdere bestanden waarin je berekeningen en grafieken hebt gemaakt. In de eerste fasevan dit practicum is dit ongetwijfeld Mathematica. Zorg met kopjes en commentaarregels dat diteen overzichtelijk document is waarvan voor de gemiddelde gebruiker (en jezelf op later moment)duidelijk is wat er gebeurt.

3. Een gestructureerd overzicht van je resultaten, verwerkingsstappen en bevindingen, dat lijkt op desecties Resultaten en Discussie uit het verslag. In Sectie 4.2.3 zie je wat je in zo’n overzicht terugmag verwachten. In de resultatenrapportage zoals die na de verwerking wordt opgesteld, kun je eenaantal meettechnische zaken toevoegen die niet altijd in de onderdelen Resultaten of Discussie vaneen verslag terechtkomen. Bijvoorbeeld:

• Zijn de metingen volgens plan verlopen?• Heb je problemen ervaren met apparatuur?• Hoe hadden metingen beter kunnen worden uitgevoerd?• Zijn de meetpunten of -series verstandig gekozen?• Is het tijdsschema gehaald? Waar zaten de knelpunten?

De assistent zal al deze documenten bekijken voor een beoordeling.

Aandachtspunten met betrekking tot beoordeling

• Bij het practicum DATA-P worden de punten 1. - 3. direct na het afronden met de assistent bespro-ken voor beoordeling. Het overzicht van de verwerkingsstappen wordt meestal in het labjournaalgeschreven.

• Bij G&O geldt de resultatenrapportage als eindrapportage van het project. Hiervoor combineer jehet werkplan en de resultatenrapportage na verwerking in een document. Je kunt onderdelen 7. -9. van het werkplan (afschatting onzekerheid, samenstelling meetseries en tijdsplan, proefmeting)laten vallen aangezien het experiment al is uitgevoerd. Het schrijven van een samenvatting is nog nietnoodzakelijk en de nadruk in de beoordeling ligt op de drie punten die onder Sectie 3.4 zijn benoemd.De resultatenrapportage wordt opgemaakt in het tekstverwerkingsprogramma LATEX.

• Bij STF wordt geen resultatenrapportage geschreven, maar direct overgegaan tot de definitieve, watcompactere verslaglegging (Sectie 4.2). Hierbij komen schrijfvaardigheden met meer nadruk aan deorde.

• Overleg van tevoren met je begeleider wat er precies van je verwacht wordt, en/of kijk in de handlei-ding bij het experiment.

19

Page 20: Practicum Natuurkundenspracticum.science.uu.nl › DATA2015-2016 › DATA-P › Algemeen › ...1 De leerlijn Experimentele Fysica en de rol van het practicum in de oplei-ding Natuur-
Page 21: Practicum Natuurkundenspracticum.science.uu.nl › DATA2015-2016 › DATA-P › Algemeen › ...1 De leerlijn Experimentele Fysica en de rol van het practicum in de oplei-ding Natuur-

4 Communicatie

Wetenschappelijk onderzoek drijft op de interactie tussen wetenschappers. Alle rapportages die we hiernaintroduceren (voortgangsbespreking, verslag/artikel, poster, presentatie) zijn bedoeld om je resultaten op eenoverzichtelijke en overtuigende manier met anderen te delen. Hiermee wil je een aantal dingen bereiken.Ten eerste is het nadenken over een gestructureerde en logische rapportage voor jezelf een manier om zwak-heden in je aanpak, werkwijze en argumentatie in beeld te krijgen. Ten tweede zijn kritische evaluaties vancollega’s een betrouwbaarheidstoets, die je behoeden voor misinterpretaties. Ten derde kan de interactie jouof je collega’s waardevolle, nieuwe inzichten geven, die leiden tot interessant vervolgonderzoek (al dan nietin samenwerking). En tot slot hoop je natuurlijk aandacht en waardering voor je werk te krijgen.Essentieel is dat je leert je werk in figuren te presenteren. Zowel in werkbesprekingen, in een presentatie alsin een verslag zijn visuals centrale elementen in de informatie-overdracht.Voor alle vormen van communicatie zijn best practices aan te geven, die je voor een groot deel uit ervaringzult leren. In dit hoofdstuk geven we een beperkt overzicht. Een goede bron voor veel meer nuttige commu-nicatietips bij het doen van wetenschap is de “Survival Guide for Scientists” (Amsterdam University Press)van (natuurkundige) Ad Lagendijk.

4.1 Voortgangsbesprekingen

Onderzoek kent een aantal overlegvormen. Informeel van aard zijn discussies “bij de koffie”, of even bin-nenlopen bij de begeleider voor een snelle vraag. Wat formeler van aard zijn werkbesprekingen, al dan nietmet een groter deel van de onderzoeksgroep (ook hier ontbreekt de koffie meestal niet). Werkbesprekingenbieden je de gelegenheid om te rapporteren over je werk, de resultaten te beoordelen - en soms te verde-digen - en eventuele problemen te bespreken. De collega’s fungeren hier als deskundigen waarmee je vangedachten kunt wisselen.In het practicum bij Golven & Optica en in minder formele vorm bij Statistische Fysica oefenen we hetvoorbereiden en voeren van dergelijke besprekingen op een zakelijke, efficiente en doelgerichte manier inzogenaamde voortgangsbesprekingen. In Fig. 4 zie je dat dit is ingepland na het opstellen van het werkplan.De uitdaging is het gesprek zodanig voor te bereiden en te voeren dat je in circa 20 minuten het gewenstekunt bespreken.In de voortgangsbespreking fungeert de assistent als expertbegeleider waarmee je van gedachten wisselt.Met het voortgangsgesprek kan de assistent

• de kwaliteit van het gedane werk en het inzicht in relevante aspecten van het experiment controleren.• je attenderen op gebreken en antwoorden op je vragen.• je gespreksvaardigheden evalueren (kun je aangeven wat je wilt vertellen, je werk goed toelichten,

antwoorden op vragen, de tijd in de gaten houden?).• zowel het werk als de gespreksvaardigheid beoordelen.

Een aantal aandachtspunten:

• Je neemt zelf tijdig het initiatief tot het plannen van een afspraak voor een voortgangsgesprek.• Stel het te bespreken materiaal van tevoren ter beschikking aan je assistent, en houd er rekening mee

dat deze enige tijd nodig heeft om dit te bestuderen. Controleer zelf of aan de gestelde eisen isvoldaan!

• Het doel van een bespreking is om eventuele fouten te voorkomen. Ga dus niet hele meetseriesafwerken voor de bespreking van het werkplan.

Bij de bespreking van de eindrapportage (resultatenrapportage of verslag) leidt de assistent het gesprek.Deze geeft het cijfer, voorzien van een toelichting aan de hand van de criteria. Vervolgens is er gelegenheid

21

Page 22: Practicum Natuurkundenspracticum.science.uu.nl › DATA2015-2016 › DATA-P › Algemeen › ...1 De leerlijn Experimentele Fysica en de rol van het practicum in de oplei-ding Natuur-

om hierover te discussieren. Als laatste wordt de proef als geheel geevalueerd en wordt een eindcijfervastgesteld.

Protocol voortgangsgesprek

1. Opening en agenda

• Wie van de studenten is gespreksleider? De gespreksleider ziet erop toe dat alle agen-dapunten worden behandeld, dat het tijdsschema min of meer wordt gevolgd, en no-teert eventueel gemaakte afspraken.

• Wat is de agenda van bespreekpunten? Gespreksonderwerpen zijn bijvoorbeeld:

– De inhoud van het werkplan, op hoofdlijnen.– Sterke en zwakke punten van het werkplan.– Een verslag van de werkzaamheden tot dan toe.– Problemen die tijdens het opstellen van het werkplan nog niet opgelost konden

worden.– Problemen die in de volgende fase worden verwacht, vragen, voorstellen, en kri-

tische kanttekeningen.

Zo nodig voegt de assistent daar wat aan toe. Plan per bespreekpunt een hoeveelheidtijd in, en ruim ook tijd in voor de reactie van de assistent.

2. Discussie: afwerken gesprekspunten. Het gesprek verloopt bij voorkeur zakelijk maar in-formeel, vriendelijk en interactief.

• Studenten zijn hier met name aan het woord en leggen uit, lichten toe, stellen en be-antwoorden vragen.

• De assistent zal tussendoor vragen stellen over het ingeleverde werk. Bij voorkeureerst algemene, open vragen die gespecificeerd worden naar gelang het verloop vanhet gesprek. De assistent stelt in elk geval vragen als hij/zij iets niet begrijpt, als hij/zijstudenten ergens op wil attenderen, of als hij/zij inzicht van studenten wil checken.

• Zo nodig attendeert assistent op eventuele problemen, of betrekt hij/zij de andere stu-dent bij het gesprek.

• De assistent beantwoordt praktische of organisatorische vragen direct. Bij andere vra-gen zoek je samen naar een oplossing. Eerst verhelderen en mogelijk verklaren stu-denten het probleem en vertellen ze wat ze al hebben geprobeerd en bedacht. Daarnaprobeer je samen op een systematische manier een oplossing te vinden.

3. Afronding

• De assistent legt zo nodig beoordelingsprocedure uit, evalueert en beoordeelt vervol-gens samen met studenten het werk en de gespreksvoering.

• Zo nodig worden er vervolgafspraken gemaakt en aandachtspunten benoemd voor devolgende fase.

• De studenten vullen in overleg met assistent voortgangsdossier in.

4.2 Verslag

In wetenschappelijk onderzoek speelt schriftelijke rapportage een heel belangrijke rol. In je studie oefen jedit (onder andere) door het schrijven van practicumverslagen, die veel op wetenschappelijke artikelen lijken.Een uitgebreidere maar vergelijkbare variant is het afstudeerverslag, waar je t.z.t. informatie over krijgt.

22

Page 23: Practicum Natuurkundenspracticum.science.uu.nl › DATA2015-2016 › DATA-P › Algemeen › ...1 De leerlijn Experimentele Fysica en de rol van het practicum in de oplei-ding Natuur-

Het schrijven van een verslag wordt geoefend in het practicum bij Statistische Fysica. Het verslag wordtna inleveren bekeken door de assistent of een medestudent (zogenaamde peer review, zie Sectie 4.2.5).Vervolgens wordt het besproken en teruggegeven voor het verwerken van de gegeven feedback. De kwaliteitvan de verwerking van correcties wordt eveneens beoordeeld. Bij de bespreking en de beoordeling van hetverslag komen zowel verslagtechnische als fysisch-inhoudelijke aspecten ter sprake.

4.2.1 Eisen aan vorm

Verslagen en artikelen in empirische wetenschappen worden opgesteld volgens de methodische indeling,met vaste eisen aan structuur, vorm en taalgebruik. Hierdoor ontstaat een soort lingua franca: efficiente“standaardcommunicatie” voor wetenschappelijke literatuur. Het doel hiervan is om de verhouding tussen“kosten” (leestijd) en “baten” (informatieoverdracht) voor lezers zo aantrekkelijk mogelijk te maken. Hetkost enige tijd om je deze standaardvorm eigen te maken, zowel om te lezen als om zelf te schrijven.Kenmerken van deze vorm:

• een logische structuur. We onderscheiden als hoofddelen de inleiding (onderzoeksvraag en plaatsingin een bredere context), het middendeel (verslag van de handelingen voor de beantwoording vande onderzoeksvraag en de uitkomst), en de afronding (beantwoording van de onderzoeksvraag enevaluatie van de uitkomst).

• begrijpelijk. Hiermee bedoelen we dat de beoogde lezer de lijn van het verhaal moet kunnen volgen.Het maakt daarom verschil of de beoogde lezer een vakgenoot is of een geınteresseerde leek.

• compact. Je vermeldt alle gegevens die nodig zijn om de centrale boodschap (vraagstelling, methodeen resultaat) voor de lezer duidelijk te maken, niet meer dan dat. Vermijd onnodige ballast. Uitwei-dingen zorgen voor afleiding en verwarring.

Kijk zelf eens in een gepubliceerd artikel of en hoe de auteurs erin slagen om alle informatie in een over-zichtelijke en aantrekkelijke vorm aan de man te brengen.Bij practicumverslagen is de beoogde lezer iemand met hetzelfde kennisniveau als jij, bijvoorbeeld eenjaargenoot1.Het experiment moet zakelijk en concreet beschreven worden, zodat de gevolgde methodiek duidelijk isvoor de lezer. Het verslag moet in correct Nederlands zijn geschreven. Houd 10 - 12 pagina’s als richtlijnaan voor de lengte (inclusief grafieken en titelblad).

4.2.2 Eisen aan opmaak

De vormgeving van een verslag is doelmatig, dat wil zeggen dat de informatie in het verslag juist is en opeen voor de lezer toegankelijke wijze is gepresenteerd. Als minimale opmaakeisen stellen we:

• Het verslag is voorzien van een titelpagina (zie Fig. 5).• Het verslag is voorzien van een inhoudsopgave, die de lezer een overzicht geeft van de structuur van

je verslag (zie Fig. 5).• Bladzijden, paragrafen, figuren (grafieken en schema’s), tabellen en formules zijn genummerd, en er

wordt in de tekst op de relevante plaatsen naar verwezen.• Tabellen voldoen aan de volgende eisen (zie ook dictaat DATA-V):

– geef door een heldere keuze voor tabelinrichting de data op een overzichtelijke wijze weer, zodatde lezer in een oogopslag de strekking van de tabel vat.

1Je schrijft het verslag zeker niet voor je assistent, ook al is dit misschien de enige die het verslag grondig leest. Dat is om derapportagevaardigheid te kunnen beoordelen, niet om het onderwerp te leren kennen. De opmerking: “Maar de assistent weet dattoch al” is daarom niet van toepassing!

23

Page 24: Practicum Natuurkundenspracticum.science.uu.nl › DATA2015-2016 › DATA-P › Algemeen › ...1 De leerlijn Experimentele Fysica en de rol van het practicum in de oplei-ding Natuur-

– geef voldoende informatie over de getallen in de tabel d.m.v. koppen bij rijen en kolommen. Inde tabel staan alleen getallen, eenheden worden in kopteksten opgenomen.

– geef de tabel een bovenschrift (of caption) met een korte, maar volledige beschrijving van deinhoud.

• Rapporteer compact en overzichtelijk in een grafiek wanneer mogelijk; aan lange tabellen met meet-gegevens heeft de lezer weinig. Grafieken voldoen aan de volgende eisen (zie ook dictaat DATA-V):

– assen hebben asbijschriften (aanduiding van grootheden en eenheden op de assen).– ordegroottes bij eenheden zijn zoveel mogelijk verwerkt in de eenheidsaanduiding.– asbijschriften en puntgrootte zijn voldoende groot gekozen, en de figuur heeft voldoende reso-

lutie.– weergavebereik (plot range) zodanig dat alle punten goed in beeld komen.– onzekerheden in de meetwaarden worden geplot (indien bepaald). Zo wordt snel duidelijk hoe

nauwkeurig de bepaalde resultaten zijn.– (voldoende dikke) lijn door de meetpunten als er een aanpassing is gemaakt. Er wordt direct dui-

delijk of het verwachte verband over het meetbereik wordt gereproduceerd en hoe betrouwbaarhet behaalde resultaat (op het oog) is.

– trek een rand of frame om het figuur (in Mathematica gebeurt dit bijvoorbeeld niet standaard).– een onderschrift (caption) waarmee de figuur op zichzelf staand te begrijpen is. Dus niet “v

als functie van t”, maar eerder “De relatie tussen de snelheid v en tijd t na de start voor auto 1(zwart), 2 (blauw) en 3 (rood)”. Zie ook Fig. 9.

• Houd er rekening mee dat de weergave van de figuur in het verslag belangrijk is, niet die in hetprogramma waar je de figuur maakt. Dit heeft vaak consequenties voor lijndikte, punt- en tekstgrootte,en soms voor kleuren. Bedenk dat ook oudere lezers je verslag moeten kunnen lezen, en dat verslagenvaak zwart-wit worden afgedrukt.

• Het verslag bevat een literatuurlijst (referenties), met daarin boeken, artikelen en overige materialendie gebruikt zijn, bijvoorbeeld voor het vinden van literatuurwaarden. Zie ook Sectie 2.3.

• Denk bij weergave van numerieke resultaten aan de eenheid, de onzekerheid en het aantal significantecijfers. Volg de conventies voor grootheden en eenheden, dit maakt je tekst veel leesbaarder.

• Zorg dat je alle gebruikte variabelen in je tekst definieert. Vaak begrijpt de lezer anders je vergelijkingniet (volledig), en raakt hij de draad van je verhaal kwijt.

In de beta-wetenschappen is LATEX een beproefd hulpmiddel voor het vormgeven van verslagen, proefschrif-ten en publicaties. Het werkt een beetje als HTML, voor degenen die dat kennen. Je schrijft de tekst zoalsje dat normaal zou doen, alleen geef je hier en daar speciale commando’s mee zodat LATEX weet hoe hetdocument moet worden opgemaakt. Je kunt je dan concentreren op de inhoud, de vorm wordt als het warevoor je gedaan. LATEX is bijzonder geschikt voor het opmaken van formules en andere mathematische ex-pressies. Bij de practica Golven en Optica en Statistische Fysica wordt materiaal beschikbaar gesteld om teleren omgaan met LATEX (onder anderen een voorbeeld werkplan en verslag).

4.2.3 Structuur

In deze sectie zullen we de onderdelen van een verslag nader beschrijven. De precieze volgorde en indelingkunnen afhangen van het onderzoeksonderwerp. In de handleiding van je proef is mogelijk opgesomd watin ieder geval in het verslag moet komen.

Titelpagina Je titelpagina (Fig. 5) komt als eerste onder het oog van de lezer. Op de titelpagina tref jeaan:

24

Page 25: Practicum Natuurkundenspracticum.science.uu.nl › DATA2015-2016 › DATA-P › Algemeen › ...1 De leerlijn Experimentele Fysica en de rol van het practicum in de oplei-ding Natuur-

25

Figuur 5: Een voorbeeld titelpagina (boven) en inhoudsopgave (onder).

Page 26: Practicum Natuurkundenspracticum.science.uu.nl › DATA2015-2016 › DATA-P › Algemeen › ...1 De leerlijn Experimentele Fysica en de rol van het practicum in de oplei-ding Natuur-

• een pakkende titel van je verslag (met eventueel daaraan toegevoegd als ondertitel de uit vier lettersbestaande code van je proef = afkorting van de proefnaam).

• namen van de auteurs, inclusief hun studentnummers• naam van de assistent, inclusief solis-id• inleverdatum• de samenvatting

Meestal wordt de achterzijde van de titelpagina gebruikt om de inhoudsopgave op te plaatsen. Zie Fig. 5.De titel dient een korte maar uitnodigende beschrijving van je werk te zijn. De titel heeft als doel de aandachtop je werk te vestigen, maar moet wel een correcte weergave zijn. Enige creativiteit en originaliteit is besttoegestaan. “Verslag FRS1” of “Practicumverslag” voldoen hier uiteraard niet aan.

Samenvatting Bij een wetenschappelijke publicatie hoort altijd een samenvatting oftewel abstract (vaakin kleinere letters onder de titel geplaatst), een kernachtige samenvatting van het experiment. Zo’n abstractwordt opgenomen in de zoeksystemen van wetenschappelijke bibliotheken. Onderzoekers kunnen met be-hulp van abstracts snel publicaties beoordelen op relevantie.Ook practicumverslagen dienen te worden voorzien van een dergelijke samenvatting. De samenvatting komtop de titelpagina, nog voor de inhoudsopgave van het verslag.De samenvatting moet onafhankelijk van de rest van het verslag te lezen zijn en in zo min mogelijk woor-den toch de essentie van de proef weergeven: vraagstelling, methode, resultaten, discussie, conclusie. Derichtlijn in het practicum: ruwweg een zin per voornoemde sectie.Tips en aandachtspunten:

• De samenvatting bestaat uitsluitend uit tekst, met mogelijk numerieke eindresultaten.• Schrijf de samenvatting pas na afronding van de rest van het verslag, pas dan heb je zelf een goed

beeld van de hoofdlijn van je verhaal.

Inleiding Het verslag begint met een inleiding van maximaal een pagina. De inleiding heeft als doelenlezers geboeid te krijgen en een goed beeld te geven van de inhoud van je onderzoek.Ten eerste schets je het kader waarin het experiment wordt uitgevoerd. Je benoemt het onderwerp hetfysisch vakgebied waarbinnen het onderwerp valt. Vaak beschrijf je eerder behaalde resultaten op dit terreinof alternatieve experimentele benaderingswijzen. Hierna kun je “inzoomen” en de lezer inleiden in hetaspect dat in jouw proef aan de orde komt. In een enkel geval kan het functioneel zijn om het onderwerp ineen historisch perspectief te plaatsen.Vervolgens schets je de centrale vraag (onderzoeksvraag) van het experiment, al dan niet opgesplitst indeelvragen. Het hiervoor geschetste kader onderbouwt als het goed is de relevantie van de onderzoeksvraag.Tot slot benoem je de wijze waarop je die vraag/vragen gaat beantwoorden.Tips en aandachtspunten:

• Houd een bespreking van het vakgebied en eerder behaalde resultaten kort door verstandig gebruikvan referenties.

• Herhaal niet droog de inhoudsopgave, maar focus op de methode of de activiteiten. Hulpwoorden en-zinnen kunnen hierbij helpen (“Eerst bepalen wij . . . . In Sectie . . . berekenen we vervolgens . . . . ”).

Theorie Ga eerst na welke theorie behandeld moet worden. Het kan gaan om een beschrijving van hetonderzochte fysisch effect, maar ook om theorie die nodig is om de werking van (delen van) de opstellingte begrijpen.Neem niet de theorie in de handleiding bij het experiment of uit een boek letterlijk over. De regel is datje theorie alleen grondig uitwerkt, wanneer deze nieuw is ten opzichte van bestaande literatuur. Tips enaandachtspunten:

26

Page 27: Practicum Natuurkundenspracticum.science.uu.nl › DATA2015-2016 › DATA-P › Algemeen › ...1 De leerlijn Experimentele Fysica en de rol van het practicum in de oplei-ding Natuur-

Figuur 6: Voorbeeld van een schets van een meetmethode.Schematic representation of a Phase Contrast Imaging (PCI) setup. The atoms located at the center of the trap areimaged with lens L1 with focal distance f1, placed at a distance f1 from the center. A sharp image is created byplacing the lens L2 at distance d from L1 with focal length f2 at a distance f2 from the CCD camera. The phase spot(PS) is placed in the focal plane of the non-diffracted probe beam.Bron: prof. dr. Peter van der Straten, Nanophotonics.

• Vermeld alleen vergelijkingen die nodig zijn om het experiment te begrijpen. Maak slim gebruik vanreferenties om de lees- en schrijflast te beperken (zie Sectie 2.3).

• Als in de theorie de werking van je opstelling aan de orde komt moet je goed nagaan of het nietverstandig is eerst de opstelling te beschrijven. De lezer houdt er niet van vooruit te moeten lezen omde tekst te kunnen begrijpen.

Opstelling en meetmethode Met behulp van deze sectie (soms ook gewoon “Opstelling” genoemd) zouhet experiment in principe te reproduceren moeten zijn.Een opstelling is vaak niet of moeilijk te begrijpen aan de hand van tekst alleen. Bespreking vindt vrijwelaltijd plaats met behulp van een schematische weergave (blokschema, schakelschema). Een schema geeftje de mogelijkheid om de essentiele onderdelen of overdracht van elektronische signalen te benadrukken.Focus op de functionaliteit: wat doet een bepaald onderdeel van je opstelling? Voorbeelden zijn te zien inFiguren 6 - 8.In de meetmethode benoem je welke handelingen je hebt uitgevoerd om tot een meetresultaat te komen. Ver-der geef je aan welke bewerkingen er nodig zijn om de gemeten grootheid om te werken naar een relevantefysische grootheid die in de theorie is behandeld. Tips en aandachtspunten:

• Soms is het handig om de paragrafen “theorie” en “opstelling en meetmethode” om te wisselen ofsamen te voegen. Bij een experiment met meerdere deelexperimenten kan het handig zijn om deonderdelen theorie - opstelling - resultaten per experiment uit te werken. Overleg hierover eventueelmet je assistent.

• Voor zowel “theorie” als “opstelling” kun je putten uit het werkplan. Let wel op dat werkplan enverslag verschillende doelen hebben. In het verslag worden procedures bijvoorbeeld vermeld maarniet in detail uitgelegd. De samenstelling van meetseries en behaalde nauwkeurigheden blijken uit degepresenteerde resultaten en hoeven in het verslag dus niet beschreven te worden. Het tijdsplan en deproefmeting zijn uiteraard overbodig geworden.

• Leg sterke verbanden met de theorie, in het bijzonder tussen de gemeten grootheden en de groothedendie in de vergelijkingen voorkomen. Dit voorkomt dat de theorie een losstaand stuk tekst blijft. Eentip is om de symbolen voor grootheden uit de sectie Theorie bij Opstelling en meetmethode te latenterugkomen.

27

Page 28: Practicum Natuurkundenspracticum.science.uu.nl › DATA2015-2016 › DATA-P › Algemeen › ...1 De leerlijn Experimentele Fysica en de rol van het practicum in de oplei-ding Natuur-

28

Figuur 7: Voorbeeld van een schets van een meetmethode.Scanning Electron Microscope (SEM). De anode dient om elektronen vrij te maken, en de magnetische lens en scan-ning coils om de gegenereerde elektronenbundel te richten. Uit de gedetecteerde signalen kan de structuur van eenspecimen worden afgeleid, met een resolutie die veel hoger is dan die van optische microscopie.Bron: dr. Marijn van Huis, Soft Condensed Matter and Biophysics.

+

++

Beam sampler

Beam sampler

dichroic mirror

microscopeobjective

fast motionstage

single shot autocorrelator& pulse energy monitor

ccdcamera

thetacell

spatialfilteringwhite light

lamp

1kHz, 100 fs800 nm pulses

Figuur 8: Voorbeeld van een schets van een meetmethode.Laser-ablatie-opstelling. Ablatie is het losmaken van materiaal van een oppervlak, in dit geval met een zeer kortelichtpuls. Het blijkt dat het specifieke ablatiepatroon afhangt van de lichtintensiteit, de vorm van de bundel, de lengtevan de lichtpuls en de polarisatie van de bundel (die met de theta cell kan worden ingesteld).Bron: dr. Dries van Oosten, Nanophotonics.

Page 29: Practicum Natuurkundenspracticum.science.uu.nl › DATA2015-2016 › DATA-P › Algemeen › ...1 De leerlijn Experimentele Fysica en de rol van het practicum in de oplei-ding Natuur-

• Wees voorzichtig met (alleen) het plaatsen van een foto van de opstelling, deze bevat vaak veel detailsdie vooral afleiden.

• Een goed programma om schema’s in te maken is Adobe Illustrator.2 Zowel het ontwerp als hettekenen vergen oefening en tijd, maar zijn belangrijke vaardigheden in een tijd waarin visuals eencentrale rol hebben in communicatie.

• Beschrijf instellingen algemeen en op basis van functionaliteit. Als voorbeeld: de zin “door aan deknop Time Delay te draaien kan een tijdsvertraging td handmatig worden ingesteld. Wij hebben dewaarde op 0.2 s gezet.” is alleen te begrijpen door iemand die het apparaat ter beschikking heeft.Veel beter (en korter) is dan “De tijdsvertraging td is ingesteld op 0.2 s.” De lezer moet dan zelf maarbepalen hoe dit te realiseren.

• Het benoemen van zaken waar je in het bijzonder op moest letten en van voorzorgsmaatregelen diezijn getroffen om nauwkeurigheid en betrouwbaarheid te verhogen, zo mogelijk kwantitatief, is nietalleen relevant voor de lezer, maar verleent ook een zekere betrouwbaarheid aan je resultaten.

Resultaten In de paragraaf rapporteer je de uitkomsten van het experiment, inclusief de verwerking vande resultaten. In deze paragraaf vinden we:

• Meetgegevens in overzichtelijke vorm gepresenteerd (grafieken, tabellen) en uitgewerkt (berekenin-gen en numerieke resultaten) tot een eindresultaat. Een voorbeeldfiguur is Figuur 9. Zie ook Sectie4.2.2.

• Vaak een kwalitatieve beschrijving van overeenkomsten en verschillen tussen theorie/model/verwachtingen metingen. Een dergelijke beschrijving appelleert aan de fysische intuıtie van de lezer en maakt eengoede koppeling met voorgaande onderdelen van het verslag. Het is gebruikelijk om overeenstem-ming of verschil in de “Resultaten” te constateren, en deze in de “Discussie” te becommentarieren.

• Uiteraard ook een kwantitatieve analyse inclusief rapportage van kwantitatieve verwerkingsstappenals een aanpassing, een significantietoets, of de berekening van onzekerheden.

De resultatenparagraaf begin je het snelst door eerst de figuren (tabellen) op te maken die jouw resultatenhet best in een compacte vorm weergeven, en dan in het onderschrift (bovenschrift) uit te leggen wat er indie figuren te zien is. De geschreven tekst in Resultaten onderscheidt zich van die in het onderschrift vanhet figuur of bovenschrift voor een tabel doordat in de tekst niet alleen de inhoud van figuur / tabel wordtbenoemd, maar ook een interpretatie wordt gemaakt en eventueel een conclusie wordt getrokken over watdit betekent in het kader van de beantwoording van de onderzoeksvraag.Voorts voeg je berekeningen en resultaten van de verwerking toe.Tips en aandachtspunten:

• In de “Resultaten” kun je ook kort de gehanteerde werkwijze toelichten (bijvoorbeeld een keuze voorextra meetpunten in de buurt van een maximum).

• De resultaten bevatten nagenoeg altijd een figuur van een representatieve (ruwe) dataset, aan de handwaarvan het in de theorie beschreven gedrag goed geıllustreerd kan worden en waaruit zaken alsnauwkeurigheid en stabiliteit van de opstelling kunnen worden afgeleid. Het is gebruikelijk om voordergelijke weergaven een mooie, goed uitgevoerde meting te selecteren om de overtuigingskracht tevergroten. Dit lijkt frauduleus maar is het niet, mits in de verdere verwerking ook alle minder mooieresultaten worden gebruikt (zie ook Sectie 3.3).

2Bij graphics is een groot verschil tussen vector-based (bijv. pdf en svg) en pixel-based (bijv. jpg, png, gif). Bij pixel-basedgraphics is de resolutie (aantal pixels per lengte) een belangrijk gegeven, en bij weergave en print soms een probleem. Omdat inIllustrator figuren vector-based worden getekend, zijn er geen problemen met resolutie. Een tweede voordeel is dat het programmabedoeld is om professioneel in te tekenen, in tegenstelling tot een eenvoudig programma als Paint.

29

Page 30: Practicum Natuurkundenspracticum.science.uu.nl › DATA2015-2016 › DATA-P › Algemeen › ...1 De leerlijn Experimentele Fysica en de rol van het practicum in de oplei-ding Natuur-

0 20 40 60 80 100 120

0

5

10

15

20

t ns

lm

Figuur 9: Een voorbeeldfiguur met onderschrift.Lengtes van een optische vezel l uitgezet tegen de gemeten reistijden t van een korte optische puls, met een rechte-lijnaanpassing volgens l = ve f f t + δ . De parameters ve f f en δ zijn hier respectievelijk de voortplantingssnelheid eneen nulpuntslengte bij t = 0. Over het hele meetgebied is de data in goede overeenstemming met een rechte-lijnmodel.De χ2

red van de aanpassing is 0.78.

• Maak waar mogelijk figuren waarin naast experimentele gegevens ook theoretische, gefitte curves tezien zijn, het liefst op basis van uitdrukkingen die in de theorie gegeven zijn. Op die manier geef jede lezer veel informatie (o.a. relatie tussen meetresultaat en theorie, gevoel voor overeenstemmingmodel en meting).

• Het kan ook nuttig zijn kort “mislukte” resultaten te bespreken, wanneer je hiermee het begrip van delezer vergroot. Verkeerde meetomstandigheden kunnen bijvoorbeeld gevoel geven voor de gevoelig-heid van de metingen voor omgevingsfactoren.

• Bij berekeningen van een numerieke waarde is het niet nodig de volledige berekening op te nemen,wel moet duidelijk gemaakt worden welke meetgegevens voor de berekeningen zijn gebruikt.

• Gebruik zo min mogelijk subjectieve termen als “groot”, “best goed” etc. maar druk je resultatenzoveel mogelijk kwantitatief uit, met onzekerheid, en eventueel in combinatie met een waarde dieje ter vergelijking gebruikt. Bijvoorbeeld “de gevonden waarde voor de elektronlading is −(1.80±0.05)×10−19 C, significant hoger dan de geaccepteerde waarde e =−1.602176565(35)×10−19 C”.

• Een discussie van de resultaten staat meestal in een aparte sectie (zie volgende paragraaf), maar dithoeft niet. Het kan soms prettig zijn om de discussie te verweven in de bespreking van de resultaten.

Discussie In de discussie geef je alle informatie die nodig is om de resultaten op waarde te schatten. Eenaantal zaken die je in de discussie kunt aantreffen (niet alle punten zijn in alle gevallen relevant):

• Details van een berekening of verwerkingsprocedure. Soms moeten bijvoorbeeld numerieke bereke-ningen gedaan worden om model en metingen te vergelijken. In de discussie vind je dan de instellin-gen en aannames bij de berekeningen.

• Een bespreking van “afgeleide” resultaten die niet direct relevant zijn voor de onderzoeksvraag. Bij-voorbeeld de waardes van bepaalde fitparameters; zijn deze in de lijn der verwachting?

30

Page 31: Practicum Natuurkundenspracticum.science.uu.nl › DATA2015-2016 › DATA-P › Algemeen › ...1 De leerlijn Experimentele Fysica en de rol van het practicum in de oplei-ding Natuur-

• Een bespreking van de behaalde meetnauwkeurigheid, vergeleken met bijvoorbeeld instrumentspeci-ficaties of initiele verwachting.

• Wanneer je je resultaten kunt toetsen aan een literatuurwaarde (als die bekend is), een theoretischevoorspelling of vergelijkingsmateriaal uit andere onderzoeken zijn objectief al dan niet significanteverschillen waar te nemen. Bij significante verschillen is het zaak mogelijke oorzaken te benoemen.Deze kunnen liggen in systematische effecten, verkeerd afgeschatte onzekerheden, fouten in de meet-procedure of de verwerking, of nog anders.Bespreek mogelijke factoren alleen wanneer je ze ook kunt kwantificeren of afschatten. Anders heeftde lezer er weinig aan.

• Een algemene kwalificatie van de meetmethode in termen van nauwkeurigheid, reproduceerbaarheidetc., een vergelijking met andere methodes of experimenten, en eventuele aanbevelingen. Een kriti-sche evaluatie van de eigen prestaties is bij uitstek een academische vaardigheid.

• Overige kanttekeningen bij je resultaten. Voor een kritische evaluatie kun je gebruik maken vanexterne gegevens en observaties die je gedurende het experiment hebt gemaakt.

Tips en aandachtspunten:

• In sommige gevallen valt de discussie samen met de resultaten, bijvoorbeeld als de (relevante) boven-genoemde discussiepunten aan de hand van de figuren en analyse in de resultatenparagraaf kunnenworden behandeld, zonder dat ze de loop van het verhaal hinderlijk onderbreken of teveel oprekken.

Conclusie In de conclusie geef je een kernachtig antwoord op de gestelde onderzoeksvraag / -vragen. Ver-der kun je aardige terzijde behaalde resultaten benoemen, of de belangrijkste beperkingen van de geldigheidvan je resultaten of de meetprocedure.Wanneer je een artikel met nieuwe resultaten publiceert, is het gebruikelijk om je prestaties in een brederkader te plaatsen, net zoals je in de inleiding hebt gedaan. Je noemt dan het belang van je resultaat voor hetonderzoeksveld, en/of eventueel interessant vervolgonderzoek gebaseerd op jouw uitkomsten.Tips en aandachtspunten:

• Voorkom dat je in de conclusie tekst uit de discussie letterlijk gaat herhalen. Als de twee stukken heelveel op elkaar lijken, bijvoorbeeld omdat er maar weinig te bediscussieren valt, dan kun je overwegenom de discussie en conclusie samen te voegen.

Referenties Het belang van en de eisen aan de literatuurlijst zijn uitgebreid besproken in Sectie 2.3.

Bijlagen In incidentele gevallen kan een bijlage een nuttige functie vervullen, bijvoorbeeld als een aflei-ding van een vergelijking de loop van het verhaal teveel onderbreekt. Gebruik een bijlage echter nooit alsstortbak voor onderwerpen die je graag kwijt zou willen of alleen omdat je er tijd aan besteed hebt maar diegeen wezenlijke bijdrage aan het verslag leveren. De lezer ervaart dit meestal als onnodige ballast.

4.2.4 Algemene tips bij het schrijven van een verslag

Volgorde van schrijven Een verslag wordt meestal in een andere volgorde geschreven dan de leesvolg-orde. Het is gebruikelijk (en makkelijker) om eerst de delen af te ronden die rechtstreeks te maken hebbenmet je eigen activiteiten. Pas daarna ben je in staat om in te schatten welke voorinformatie er nodig is, en inwelk breder kader het werk geplaatst moet worden. De gebruikelijke schrijfvolgorde:

1. Opstelling en meetmethode2. Theorie

31

Page 32: Practicum Natuurkundenspracticum.science.uu.nl › DATA2015-2016 › DATA-P › Algemeen › ...1 De leerlijn Experimentele Fysica en de rol van het practicum in de oplei-ding Natuur-

3. Resultaten4. Discussie5. Conclusie6. Inleiding7. Samenvatting8. Overig (bijlagen, algemene opmaak)

Meestal hoeven na afronding van een onderdeel nog slechts kleine correcties te worden doorgevoerd wan-neer latere onderdelen worden voltooid.

Overige tips Sommige van deze tips zijn al eerder gegeven, maar ze zijn waardevol genoeg om nogmaalste noemen.

• Zorg dat bij aanvang van het schrijven alle materiaal beschikbaar is. Ga zeker niet tijdens het schrijvennog nieuwe resultaten verwerken, dat gaat heel veel tijd kosten.

• Overleg van tevoren en tijdens het schrijven goed met je begeleider om duidelijk te krijgen wat dezevan je verwacht. Niet iedere assistent of onderzoeker heeft dezelfde voorkeuren, en dit uit zich in depunten die in de rapportage nadruk krijgen.

• Maak eerst figuren, en bouw dan de tekst op.• Het opbouwen van een stuk tekst werkt het meest efficient in de volgende stappen. Eerst typ je

een verzameling kernzinnen of -woorden die zo ongeveer de strekking van je verhaal beschrijven.Vervolgens organiseer je deze gecondenseerde tekst (samenvoegen, verwijderen en/of verplaatsen).Pas dan bouw je het verhaal uit tot een lopende tekst.

• Maak veel gebruik van interne referenties (“In Sectie . . . zullen we zien dat. . . ”, “Door de data in Fig.. . . te fitten aan Vgl. . . . , zien we dat . . . ”, etc.). Dit creeert samenhang in je document en is zeerprettig voor de lezer. LATEX faciliteert referenties erg goed.

• Voor de lezer zijn twee dingen van belang: 1. is de gevolgde methodiek betrouwbaar en 2. zijn deresultaten de moeite waard? Probeer je verslag zo te schrijven dat deze vragen bevestigend kunnenworden beantwoord. In principe te reproduceren betekent dat de lezer weet welke grootheden ergemeten worden en welke factoren tijdens de meting van belang zijn, niet dat alle apparaatinstellingenworden genoemd.

• Laat het verslag af en toe een dagje liggen, om het daarna met een frisse blik weer op te pakken. Laathet werk ook weer niet te lang liggen, omdat alle informatie dan wegzakt.

• Ook goed werkt het om je practicumpartner jouw stukken te laten lezen, vice versa. Op deze manierworden vaak veel taal- en spellingsfouten, doublures en onduidelijkheden uit de tekst gehaald.

4.2.5 Peer review

Beoordeling van kwaliteit en betrouwbaarheid wordt in de wetenschap meestal gedaan via zogenaamde peerreview. Dit betekent dat het werk wordt doorgekeken door een vaak anonieme (mede-)deskundige (referee)op het vakgebied. Deze analyse vindt plaats op hoofdlijnen: de referee gaat niet je verwerking narekenen.Wel kijkt hij/zij of je resultaten betrouwbaar zijn in relatie tot wat eerder is gemeten, of er geen opvallendezaken over het hoofd gezien zijn en of er geen conclusies getrokken zijn die op basis van de resultaten niette rechtvaardigen zijn. Bij echte publicaties doet een referee ook een beoordeling op de geschiktheid voorhet tijdschrift waar het artikel naartoe is gestuurd (voldoende grensverleggend, voor het juiste publiek).Referee zijn is een verantwoordelijke taak, want je bent met de auteurs verantwoordelijk voor de kwaliteitvan wetenschappelijk onderzoek. Het is de afgelopen jaren gebleken dat peer review niet altijd heeft voor-komen dat er rotte appels gepubliceerd worden, dus het is de moeite waard om dit werk serieus te nemen.

32

Page 33: Practicum Natuurkundenspracticum.science.uu.nl › DATA2015-2016 › DATA-P › Algemeen › ...1 De leerlijn Experimentele Fysica en de rol van het practicum in de oplei-ding Natuur-

In het tweedejaars practicum STF oefenen we het proces van peer review. Je krijgt (geanonimiseerd) stukkenvan medestudenten te lezen, met de opdracht om deze te beoordelen aan de hand van de criteria uit Sectie4.2. Omdat je als student nu stukken leest als een beoogde lezer, is het tevens een uitstekende manier om tezien hoe je als auteur een tekst moet opstellen.Uitgangspunten:

• Commentaar is constructief en respectvol.• Stel niet alleen vragen, maar geef eventueel ook suggesties hoe iets beter te doen, wat nog te contro-

leren of welke informatie nog aan te vullen.• Laat ook weten wanneer je iets goed vindt.• Beoordeel objectief en inhoudelijk op de criteria in Sectie 4.2, en geef in ieder geval aan wanneer iets

(alleen) naar jouw persoonlijke smaak anders zou moeten.• Geef in de tekst/kantlijn veel “lezerscommentaar” (de reactie van iemand die het stuk leest en probeert

te volgen). Dus geef bijvoorbeeld in de tekst op de betreffende plaats aan dat je een overgang nietkunt volgen, dat iets niet klopt volgens jou, dat een passage overbodig is of juist ontbreekt, dat eenpassage vragen oproept, etc.

• Het is je toegestaan om in te gaan op alles waarvan we gezegd hebben dat het belangrijk is. Dusook bijvoorbeeld spelling en opmaak van figuren. Probeer wel je eindoordeel afgewogen te laten zijnen goed in te schatten welke zaken in de revisie prioriteit hebben. Laat studenten niet investeren insecundaire punten (zoals spelling en woordkeuze) als het schort aan de primaire.

4.3 Poster

Op een conferentie is geen tijd om iedereen een verhaal te laten vertellen. Ook zijn er veel (deel)resultatente vertellen, die niet voor een breed publiek interessant zijn. De oplossing hiervoor is de zogenaamde poster.Een voorbeeld is Fig. 10. Een poster wordt gepresenteerd. Tijdens zogenaamde postersessies sta je bij jeposter om geınteresseerde passanten tekst en uitleg te geven. Omdat zo’n postersessie vaak gecombineerdwordt met een borrel, is de sfeer meestal gemoedelijk en geanimeerd.De poster ligt wat inhoud betreft tussen een verslag en een presentatie in: de nadruk ligt op visuele elementen(figuren, schema’s, en in mindere mate theorie), maar er is ruimte voor korte teksten om hier toelichting bijte geven.Posters kunnen worden geprint bij de Xerox reproshop, die gelokaliseerd is op de Uithof.

• http://web.science.uu.nl/posterprintservice/

4.3.1 Opmaak

Een handig opmaakprogramma is Adobe Illustrator. Dit programma is via de universiteit beschikbaar. Bijopmaak van een poster stel je eerst het afdrukformaat in als werkblad. Dit is meestal A0 (84.1 cm × 118.9cm).Vervolgens kun je een achtergrond kiezen. De Universiteit Utrecht heeft een eigen huisstijl, die te vinden isop

• http://www.uu.nl/organisatie/huisstijl

Hier kun je ook het logo en de “boog” vinden. Gebruik anders een standaardvorm die in jouw vakgroep ofinstituut wordt gebruikt. Dit voorkomt dat je alles zelf uit moet vinden, en bovendien is het goed voor deherkenbaarheid.

33

Page 34: Practicum Natuurkundenspracticum.science.uu.nl › DATA2015-2016 › DATA-P › Algemeen › ...1 De leerlijn Experimentele Fysica en de rol van het practicum in de oplei-ding Natuur-

Permeable shells acting as containers

Nina Elbers, Jissy Jose, Marlous Kamp, Arnout Imhof and Alfons van Blaaderen Soft Condensed Matter, Debye Institute for NanoMaterials Science, Utrecht University, Utrecht, The Netherlands

www.colloid.nl – [email protected]

References

Introduction

Permeable shells Conclusions and Outlook Triggered release of surfactants is interesting for enhanced oil recovery (EOR).

Silica/siloxane shells are highly permeable. Preliminary experiments indicate that these shells can act as ‘containers’ for surfactants.

Further studies will focus on (triggered) release of the surfactants and at the interface behaviour of these shells.

[1] Obey, T.M.; Vincent, B. J. Colloid Interface Sci. 1994, 163, 454-463 [2] Zoldesi, C.I. et al. Adv. Mater. 2005, 17, 924-928 and Langmuir 2006, 22, 4343- 4352 [3] Jose, J. et al.; ‘Buckling, loading and overloading of monodisperse elastic microcapsules’, under preparation [4] O’Sullivan, M.; Zhang, Z.; Vincent, B. Langmuir 2009, 25, 7962-7966 [5] Karg, M. et al. Chem. Phys. Chem. 2006, 7, 2298-2301

Surfactant loading

Silica/siloxane shells are highly permeable, as previously indicated by: A. Incorporation and release of dye [2] B. Loading with oils [3]

The shell thickness can be controlled using a post addition method in which both TEOS and DMDES are added and copolymerize to form a silca/siloxane network [4].

Preliminary experiments are performed to study liquid surfactant (IGEPAL) filling of the silica/siloxane shells. PDMS core removed by washing in ethanol (PDMS dissolves) Shell – Rhodamine

Our aim:

Hollow, permeable shell-particles that act as ‘containers’ for chemicals like surfactants.

In future: a triggered release (or -reversibly- absorption) of these chemicals by a specific trigger. Possibly achieved by coating the hollow particles with a microgel-layer or controlling the pore-size.

Systems are interesting for enhanced oil recovery (EOR) techniques: released surfactants can reduce the interfacial tension between oil and water in the oil reservoir.

Monodisperse shell synthesis

Acknowledgements This work is part of the Industrial Partnership Programme (IPP) Innovatie Physics for Oil and Gas (iPOG) of the Stichting voor Fundamenteel Onderzoek der Materie (FOM), which is supported financially by Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO). The IPP iPOG is co-financed by Stichting Shell Research. We would like to thank Esther Vermolen from Shell for useful discussions.

B

Core- Fluorescein Core- Pyrromethene 546

Shell- Rhodamine

A

Step 1: PDMS drop formation (O/W emulsion) [1,2]

DMDES= Dimethyldiethoxysilane, TEOS= Tetraethyl orthosilicate

PDMS= Polydimethyldiethoxysilane

DMDES PDMS NH3

Step 2: Growth of PDMS filled silica/siloxane shells [2]

DMDES TEOS silica/siloxane network

PDMS

silica/siloxane

PDMS

8 mM TEOS, 13.7 mM DMDES after 5 min

10.6 mM TEOS after 2 days

~ 15 nm shell ~ 90 nm

shell

PDMS drops

shell

surfactant

shell surfactant

Control over shell thickness

Shells in ethanol Ethanol evaporated In water

Without liquid surfactant

With liquid surfactant (IGEPAL)

Shells in ethanol + IGEPAL (7 % v/v) + pyrromethene 567 = one fluorescent phase

Ethanol evaporated Dilution in water (t=24 hrs)

Core filling with (dyed) IGEPAL supports spherical shape of shells.

Figuur 10: Voorbeeld poster. Met dank aan Nina Elbers, Soft Condensed Matter, die met deze poster de derde prijswon op de Departementsdag 2013.

Page 35: Practicum Natuurkundenspracticum.science.uu.nl › DATA2015-2016 › DATA-P › Algemeen › ...1 De leerlijn Experimentele Fysica en de rol van het practicum in de oplei-ding Natuur-

4.3.2 Inhoud

Een poster is een soort mini-artikel, met een kop en daaronder blokjes (meestal in twee kolommen) waarinde essentie van het onderzoek wordt weergegeven. De vakjes volgen meestal de onderverdeling van eenverslag (inleiding - samenvatting is niet nodig, theorie . . . ), maar bij een poster ben je wat vrijer en kun jesommige onderdelen ook weglaten of samenvoegen.De vulling van de poster bestaat voornamelijk uit figuren met een bijschrift zoals je voor een verslag zouschrijven: de figuur verklarend maar niet uitputtend in de beschrijving. De ruimte die dan overblijft kan ge-doseerd gevuld worden met tekst die samenhang brengt tussen de figuren, een korte inleiding en conclusies.Tips en aandachtspunten:

• Maak figuren van tevoren en importeer ze kant en klaar.• Kies een geschikt lettertype (font en bijbehorende grootte; bij werken op A0-formaat is puntgrootte

24 een ondergrens), en weersta de verleiding om de grootte aan te passen als de tekst niet past - beteris andersom te redeneren en de tekst in te korten.

• Het werkt (net als bij het verslag) het prettigst om eerst de figuren en formules te maken en te plaatsen,en vervolgens de tekst hieromheen te formuleren.

• De precieze duiding van resultaten volgt uit de toelichting die je bij de poster geeft. Probeer dus nietcompleet te zijn door de poster overvol te zetten met informatie (veelal tekst). Dit nodigt zeker nietuit tot een bezoek.

4.4 Presentatie

Uit onderzoek is gebleken dat toehoorders van een presentatie in het meest gunstige geval 20% van deaangeboden informatie onthouden. Het heeft alleen al vanuit dat oogpunt weinig zin om in een presentatiede focus te leggen op de details; geschreven stukken zijn dan toepasselijker. Het doel van een presentatie isdaarom vooral om de hoofdpunten van onderzoek over te brengen en toehoorders te introduceren in of op dehoogte te brengen van een onderwerp. Presentaties worden vaak opgemaakt in Powerpoint, maar in LATEXkan het ook.Mensen zijn in het algemeen zenuwachtig voor het geven van een presentatie. Een presentatie lijkt op eensportprestatie: er moet gepiekt worden, je wordt vaak individueel bekeken, en er is de kans dat je niet aande verwachting voldoet. De opgelatenheid is meestal functioneel omdat ze helpt de aandacht te focusseren.Er moet wel voorkomen worden dat de zenuwen een goede presentatie in de weg zitten. In deze sectie staanveel concrete en direct inzetbare technieken om je presentaties te verbeteren. Maar uiteindelijk is het tochvooral een kwestie van veel oefenen.

4.4.1 Opbouw

Een presentatie kan evenals een verslag in de drie hoofddelen inleiding - middengedeelte - slot wordeningedeeld.

Inleiding De inleiding kent als doelen: het publiek bekend maken met het vakgebied of onderwerp, hetpubliek interesseren en het publiek overtuigen van de relevantie en juistheid. Manieren om deze doelente bereiken, zijn: beginnen met een concreet voorbeeld, een persoonlijke ervaring, iets uit de actualiteit,een stelling of een prikkelende vraag, of het onderwerp presenteren als een probleem dat om een oplossingvraagt.In vergelijking met een verslag heeft de inleiding een groter aandeel (dit kan wel oplopen tot 30% van detijd). Dit is omdat het publiek i.t.t. bij geschreven teksten niet helemaal bestaat uit ingewijden. Vanwegeje kennisvoorsprong vergeet je soms een goede voorstelling te maken van wat een toehoorder al weet. Een

35

Page 36: Practicum Natuurkundenspracticum.science.uu.nl › DATA2015-2016 › DATA-P › Algemeen › ...1 De leerlijn Experimentele Fysica en de rol van het practicum in de oplei-ding Natuur-

presentatie blijkt vaak eerder te moeilijk dan te makkelijk om te volgen. Neem dan ook de tijd om hetonderwerp goed in te leiden.Sluit af met een duidelijk geformuleerde onderzoeksvraag en een vooruitblik op wat komen gaat.

Middendeel In het middendeel behandel je jouw eigen onderzoek. De verhaallijn is meestal die van degeschreven tekst (Sectie 4.2). Theorie wordt in het algemeen zeer kort behandeld omdat dit voor de gemid-delde presentatie te diepgaand is. Probeer in de presentatie de samenhang tussen onderdelen te benadrukken.Het kan gebeuren dat je publiek de draad kwijtraakt en anders dan een geschreven tekst is even terugbladerengeen mogelijkheid. Herhaal daarom regelmatig en geef korte samenvattingen van het voorafgaande. Maakkeuzes en beperk het aantal verhaallijnen. In 20 minuten kun je een verhaal vertellen, in 45 minuten (stan-daard collegetijd) maximaal twee. Stem met je begeleider af als dit betekent dat je sommige onderwerpenniet kunt vertellen.

Figuur 11: Zo moet het dus niet.Bron: “Piled Higher and Deeper” by Jorge Cham. (een website metfantastische comics over het academische wel en wee).

Slot Het slot kan een samenvatting vande belangrijkste punten geven, een con-clusie inhouden of een aansporing totbijvoorbeeld discussie. Houd het slotkort (max. 1 - 2 slides), mensen zijn moena het voorafgaande verhaal en hoevenhet zeker niet nog een keer te horen.Probeer duidelijk aan te geven dat hetverhaal afgelopen is (bijv. “Hiermee wilik mijn presentatie afsluiten. Bedanktvoor uw aandacht.”). Bedank je publiek!Aan het eind van de presentatie is vaakde gelegenheid tot vragen stellen. Her-haal de vraag zodat iedereen die kan ho-ren, en beantwoord dan pas. Probeer ookaan het hele publiek te antwoorden enniet alleen aan de vragensteller.

Algemene tips en aandachtspunten

• Realiseer je dat het feit dat het pu-bliek bereid is om naar je te luis-teren van je vereist dat jij je bestdoet om het publiek te boeien eniets te bieden.

• Maak een aparte slide contents /inhoudsopgave, die je eventueelgedurende de presentatie herhaalt,dit kan helpen om de opbouw overte brengen.

• Geef de overgangen tussen onder-werpen duidelijk aan. Dat kan metbehulp van overgangszinnen (bijv. “Na deze korte inleiding zou ik willen overgaan tot...”, “Op dederde plaats...”) of signaalwoorden (bijv. “bovendien”, “nu”, “maar”, “vervolgens”, “samenvattend”).Overgangen worden benadrukt door korte spreekpauzes of veranderingen in volume en intonatie.

36

Page 37: Practicum Natuurkundenspracticum.science.uu.nl › DATA2015-2016 › DATA-P › Algemeen › ...1 De leerlijn Experimentele Fysica en de rol van het practicum in de oplei-ding Natuur-

• Houd je aan je bedachte planning. Improviseren is niet verkeerd maar kost vaak veel tijd. Goedesprekers bereiden hun “leuke, spontane” onderdelen vaak serieus voor.

• Bij een presentatie ben jij de deskundige. Ontleen vertrouwen aan het feit dat jij heel veel tijd in hetonderwerp hebt gestoken, en het publiek niet.

• Herhaling lijkt misschien suf, maar is de meest effectieve manier om informatie over te brengen.Probeer letterlijk herhalen te voorkomen, maar varieer: de ene keer via tekst op slide, dan weer alsfiguur, via een voorbeeld of als verrassende uitkomst van een heel andere benadering.

4.4.2 Inhoud en opmaak

Tips voor de opmaak:

• In Powerpoint kun je met behulp van Slide Master een standaardopmaak maken voor alle slides. LATEXheeft een document class slides.

• Kies kleurelementen boven- of onderin de slide, of een rustige achtergrondkleur die voldoende con-trasteert met de tekstkleur. Liever niet helemaal wit want dat is slaapverwekkend en lijkt gemakzuch-tig. Wees verder spaarzaam met felle kleuren en bewegende elementen; baby’s vinden dat leuk enwetenschappers alleen maar desorienterend.

• Wees niet spaarzaam met functionele figuren. Let op dat figuren in een presentatie mogelijk andersgeformatteerd moeten worden (m.n. grootte punten, dikte lijnen en assen en tekstgrootte); maak jefiguren dus specifiek voor een presentatie.

• Sluit met vergelijkingen, tabellen, figuren zoveel mogelijk aan bij intuıtie van publiek. Gebruik een-heden waar je je iets bij voor kunt stellen, standaardsymbolen voor grootheden.

• Zet de hoofdboodschap zoveel mogelijk bovenaan de slide (soms is de onderkant niet goed zichtbaar).• Gebruik een goed zichtbaar font size en ga niet verkleinen omdat de gewenste tekst niet past. Typisch

is 28 punts, ga zeker niet kleiner dan 20 punts.• Gebruik tekst in telegramstijl, de rest vertel je er wel bij.• Gebruik tekst-bullets, dit creeert overzicht.• Laat punten geleidelijk verschijnen (animations) als je dingen nog niet meteen wilt weggeven.• Lijn tekst en visuele elementen goed uit en geef de informatie op slides een standaardvolgorde, dit

creeert rust op een slide.• Zet niet iets op de slide als je het niet gaat bespreken.• Gebruik indien nodig hulpmiddelen als het bord. Hand-outs bij een standaardpresentatie liever niet;

mensen gaan dat dan doorbladeren en letten niet meer op wat je zegt.

4.4.3 Voorbereiding

Het geheim van een goede presentatie is vaak de voorbereiding. De regel is dat gemiddeld per slide een uurvoorbereidingstijd (opzet presentatie, opmaak van slides, oefenen) nodig is.

• Bedenk wat je wilt en kunt vertellen gegeven het niveau en de voorkennis van het publiek en debeschikbare tijd.

• Let bij de voorbereiding goed op de beschikbare tijd. Het kost tijd om door een slide heen te werken.Richtlijn: reken ongeveer 2 minuten per slide.

• Bespreek de presentatie altijd voor met je begeleider, voor nuttige tips. In veel gevallen oefen je laterals onderzoeker voor de vakgroep om niet goed lopende delen aan te passen.

• Belangrijke woorden en zinsconstructies moet je paraat hebben. Dit doe je door ze in jezelf of hardopte zeggen. Een heel goede manier om over opstartzenuwen heen te komen is de eerste zin(nen) vande presentatie letterlijk uit je hoofd te leren.

37

Page 38: Practicum Natuurkundenspracticum.science.uu.nl › DATA2015-2016 › DATA-P › Algemeen › ...1 De leerlijn Experimentele Fysica en de rol van het practicum in de oplei-ding Natuur-

• Oefen je verhaal thuis hardop voor de spiegel of voor medestudenten. Zo’n oefening geeft je meteeneen idee van de benodigde tijd.

• Check voorafgaand de zaal en de voorzieningen (beamer, laptop / computer, licht, pointers). Wees optijd om alles te checken.

4.4.4 Presentatietechnieken

Een goede spreker maakt contact met zijn publiek, niet alleen door wat hij zegt maar ook door verbale ennon-verbale communicatie. Een aantal aandachtspunten:

• Taalgebruik:

– Gebruik zoveel mogelijk spreektaal, met eenvoudige woorden en korte zinnen.– Gebruik geen jargon, dan ben je alle niet-deskundigen meteen kwijt. Een moeilijk woord of af-

korting omvat meestal een of andere ingewikkelde procedure. Probeer dan zo duidelijk mogelijkdie procedure kort uit te leggen.

• Stemgebruik:

– Articuleer duidelijk: niet mompelen en elk woord helemaal uitspreken.– Spreek iets langzamer dan je gewend bent.– Let er op dat je genoeg volume hebt en vermijd het steeds zachter praten naarmate een zin

vordert.– Zorg voor een afwisselende en levendige intonatie, en vermijd monotonie.

• Oogcontact:

– Kijk tijdens een voordracht je publiek regelmatig aan.– Lees niet het hele verhaal voor van papier. In de voorbereiding is er niets op tegen om de

voordracht vooraf uit te schrijven, om het verhaal in je hoofd te krijgen, maar gebruik het tijdensde presentatie alleen als je de draad kwijt bent.

– Een truc is gebruik te maken van kaartjes waar je per deelonderwerp van je verhaal enkelesteekwoorden op schrijft.

• Gebaren:

– Ondersteun je verhaal met passende hand- en armbewegingen, en met je gezichtsuitdrukking.

• Houding:

– Laat zien dat je contact wilt maken met het publiek door je naar het publiek toe te wenden enniet de armen over elkaar te doen.

– Verander af en toe wat van lichaamshouding.– Kies een goede basispositie: niet voor het scherm, maar zodanig dat je zonder problemen iets

aan kunt wijzen.

Je kunt het publiek ook een actieve rol geven gedurende de presentatie door bijvoorbeeld zelf vragen testellen of af en toe gelegenheid te bieden vragen te stellen.

38

Page 39: Practicum Natuurkundenspracticum.science.uu.nl › DATA2015-2016 › DATA-P › Algemeen › ...1 De leerlijn Experimentele Fysica en de rol van het practicum in de oplei-ding Natuur-

5 Richtlijnen

5.1 Zaalgebruik

[Faculteit BètawetenschappenDepartement Natuur- en Sterrenkunde]

Richtlijnen voor het gebruik van de practicumzalen

Geen (computer)spelletjes

Geen eet- en drinkwaren op zaal (met uitzondering van afgesloten flesjes)

Geen muziek

Zet de computer uit als daar niemand meer gebruik van maakt

Netwerkkabels zijn niet voor laptopgebruik (er is een draadloos netwerk beschikbaar, leen dus geen kabels van de practicumcomputers)

Zet defecte apparatuur in de open houten kast met omschrijving van de klacht

Laat de zaal netjes achter (papier in papierbak, rommel in prullenbak, stoelen aanschuiven)

‘Leen’ geen spullen van andere opstellingen (is er iets defect of niet aanwezig: waarschuw de assistent)

Gevonden voorwerpen: kamer MIN120

39

Page 40: Practicum Natuurkundenspracticum.science.uu.nl › DATA2015-2016 › DATA-P › Algemeen › ...1 De leerlijn Experimentele Fysica en de rol van het practicum in de oplei-ding Natuur-

Gebruik van de opstellingen De opstellingen in de practicumzalen zijn alleen beschikbaar voor het doenvan metingen gedurende de dagdelen die je daarvoor volgens het rooster toegewezen hebt gekregen.Wanneer een apparaat niet naar behoren functioneert, zet het dan, voorzien van een (groen) storingsformuliermet daarop uitleg over de aard van de klacht, op de plank “defecte apparatuur” in de zaalkast, of informeereen assistent of amanuensis.Haal niet iets bij een andere opstelling weg, tenzij het duidelijk is dat deze niet in gebruik is.

Gebruik van de computers in de practicumzalen De computers zijn op practicumdagen uitsluitendbestemd voor gebruik bij de opstellingen. Daarbuiten kunnen ze ook voor andere studiegerelateerde zakenworden gebruikt, zoals rekenwerk, verslagen schrijven en e-mail.Computer- en printergebruik voor privedoeleinden is verboden. Daaronder vallen ook activiteiten als spel-letjes, uitprinten van grote bestanden en het laden van mp3-files en films.

5.2 Veiligheid

5.2.1 Algemeen

In de laboratoriumomgeving wordt vaak onder min of meer gevaarlijke omstandigheden gewerkt. Afhan-kelijk van het type onderzoek is er een grote diversiteit aan gevaren te identificeren. De belangrijkste voorfysisch onderzoek (en in ieder geval bij het practicum) zijn:

• radioactieve materialen• hoge lichtintensiteiten (lasers)• hoge elektrische spanningen en stromen• cryogene vloeistoffen

Vanwege deze omstandigheden hebben veiligheidsaspecten voor onszelf en anderen topprioriteit. Alle acti-viteiten met significant risico op lichamelijk letsel zijn (bij wet!) verboden of aan strenge regels gebonden.De belangrijkste regel is:

Wees je bewust van de risico’s in je werkomgeving en de gevaren die je acties kunnenbetekenen voor jezelf en anderen.

In veel gevallen bestaan procedures om risico’s te beperken. Denk aan extra veiligheidsmaatregelen zoalshet dragen van veiligheidsbrillen (bij chemicalien en intense laserstraling), handschoenen en speciale kle-ding. Voor potentieel gevaarlijke stoffen zijn normen opgesteld die maximaal toelaatbare limieten geven aande blootstelling: binnen deze limieten zijn er geen schadelijke gevolgen geconstateerd. Ook met betrekkingtot de afvoer van gevaarlijke stoffen zijn er strenge wettelijke bepalingen om verspreiding in het milieu tegente gaan.Vragen over veiligheidsprocedures aan onze faculteit kun je stellen aan de docent. In het volgende zullenwe kort ingaan op de eerder genoemde risicofactoren.

5.2.2 Radioactief materiaal

In de practicumomgeving zijn er een aantal experimenten waarbij radioactieve bronnen worden gebruikt.Hoewel deze bronnen zwakke stralers zijn die bovendien hermetisch zijn afgesloten, is het toch zaak ookmet deze bronnen op een goede manier om te gaan.

40

Page 41: Practicum Natuurkundenspracticum.science.uu.nl › DATA2015-2016 › DATA-P › Algemeen › ...1 De leerlijn Experimentele Fysica en de rol van het practicum in de oplei-ding Natuur-

Alle radioactieve straling, ook zwakke, kan per definitie nadelig voor de gezondheidzijn en brengt daarom een zeker extra risico met zich mee. Voor alle duidelijk-heid: de hoeveelheid straling die je bij normaal gebruik van de practicumbronnenkan oplopen is veel kleiner dan de stralingsdosis die je door “natuurlijke” oorzakenkrijgt. Om de risico’s echter tot het uiterste te beperken moeten bij het werken metradioactieve bronnen de veiligheidsvoorschriften onvoorwaardelijk in acht wordengenomen.

• De bronnen bevinden zich in een kluis in Kruyt W225. De kluis is normaal afgesloten; zoek eenassistent of docent voor het geval je een radioactieve bron nodig hebt. Elke gebruiker is persoonlijkverantwoordelijk voor het zo snel mogelijk terugbrengen van de bron, in elk geval dezelfde dag.

• Gebruik alleen een bron wanneer dit strikt noodzakelijk is (en pak deze niet al wanneer je bijvoorbeeldnog bezig bent met het voorbereiden van de proef). Laat een bron nooit zonder toezicht achter.

• Pak bronnen alleen vast met de pincetten die speciaal hiervoor in gebruik zijn. Op deze manier houdje de afstand tussen jezelf en de bron zo groot mogelijk, en de toegebrachte dosis zo laag mogelijk.

• Wees extra voorzichtig met de bronnen die bedekt zijn met een dunne folie (soms dunner dan 0.1 mm)• Blijf niet langer dan strikt noodzakelijk in de cirkel die is afgetekend om de neutronenbron in Kruyt

W225.• Neem direct contact op met de assistent of de stralingsveiligheidsdeskundige wanneer je het ver-

moeden hebt dat radioactief materiaal is gelekt. Als eerste moet je je handen (laten) controleren opradioactieve besmetting.

Uitgebreidere informatie is te vinden via

• http://nspracticum.science.uu.nl/DATA2015-2016/DATA-P/Algemeen/inleiding stralingshygiene.pdf• http://nspracticum.science.uu.nl/DATA2015-2016/DATA-P/Algemeen/radioactivity.pdf

Voor vragen kun je contact opnemen met de stralingsveiligheidsdeskundige, Rudi Borkus (tel. 030-2531007, email [email protected]).

5.2.3 Hoge lichtintensiteiten

Bij hoge lichtintensiteiten denken we vooral aan lasers, die door een gerichte bundeleen hoge vermogensdichtheid kennen. Behoudens voor UV-lasers, die in het practi-cum niet worden gebruikt, is het risico voor huidbeschadigingen klein. Het grootsterisico is de beschadiging van het netvlies, met gedeeltelijke, permanente blindheidals uiterste consequentie.Voor het vaststellen van de risico’s van laserlicht worden lasers in vier klassen inge-deeld, waarvan klasse 1 de lichtste is en 4 de zwaarste. In het practicum gebruikenwe lasers tot en met klasse 2. Tot en met klasse 2 is de oogreflex in principe snel genoeg is om gevaarlijkehoeveelheden energie te blokkeren.Tips voor het voorkomen van gevaarlijke situaties:

• Wanneer een laser in een vaste houder is gemonteerd, laat deze dan intact.• Richt de bundel nooit op andere personen.• Houd de bundel altijd horizontaal, en boven het werkblad. Stop de bundel met een scherm af als deze

het werkblad verlaat.• Kijk nooit direct in de bundel, en houd je ogen weg van de hoogte waar de bundel loopt.• Wees je ervan bewust dat sommige lasers werken bij UV of IR, waardoor de intensiteit door de lage

gevoeligheid van je oog laag lijkt, maar dat niet hoeft te zijn.

41

Page 42: Practicum Natuurkundenspracticum.science.uu.nl › DATA2015-2016 › DATA-P › Algemeen › ...1 De leerlijn Experimentele Fysica en de rol van het practicum in de oplei-ding Natuur-

• Bij zwaardere laserklassen: let op parasitaire reflecties (van beamsplitters en verzwakkers) en diffusereflecties, en draag geen reflecterende sieraden (ringen) en horloges.

Meer aandachtspunten zijn te vinden in de facultaire basisinstructies,

• http://nspracticum.science.uu.nl/DATA2015-2016/DATA-P/Algemeen/basisinstructies laserveiligheid.pdf

Wat meer achtergrond omtrent de eigenschappen van lasers en veiligheidsmaatregelen is te vinden in hetfacultaire Handboek Laserveiligheid,

• http://nspracticum.science.uu.nl/DATA2015-2016/DATA-P/Algemeen/handboek laserveiligheid.pdf

5.2.4 Hoge elektrische spanningen en stromen

Hoge spanningen zijn gevaarlijk vanwege de warmteontwikkeling die in de buurtvan contactpunten optreedt, brandwonden zijn dan het gevolg. Veel riskanter zijnde mogelijk grote stromen die met een hoogspanning gepaard gaan. Omdat in hetlichaam de aansturing van spieren met behulp van elektrische stroompjes gebeurt,kunnen de effecten van minimale stromen al gevaarlijk zijn.Als ondergrens aan de weerstand van het menselijk lichaam kun je ongeveer 1 kΩ

aannemen. Hiermee kun je afschatten wat de stroom is die door je lichaam looptindien je onverhoopt als geleider gaat dienen. Door autoriteiten wordt bij 50 Hz wisselstroom voor vol-wassenen 5 mA als “veilige” bovengrens beschouwd. Boven 10 mA wordt de spieraansturing verstoordwaardoor verlamming kan optreden en de loslaatreflex vermindert. Rond 50 mA raakt de pompfunctie vanhet hart verstoord (bij 50 Hz is dit effect extra sterk, omdat deze frequentie erg lijkt op de natuurlijke hartfre-quentie - wat dat betreft is deze keuze voor de netfrequentie erg ongelukkig). Hierdoor kan een hartstilstandontstaan.Algemene tips:

• Je kunt berekenen dat de 220 V netspanning al gevaarlijk is. Doe op het practicum dus geen dingendie je ook niet met een standaard stopcontact zou doen.

• Wees voorzichtig met vloeistoffen (dit is een belangrijke reden om geen drinken toe te staan op depracticumzaal).

• Raak ook geen elektronische componenten op printplaten aan. Zelfs wanneer uitgangsspanningenlaag zijn, kan op sommige componenten veel spanning staan of lading aanwezig zijn.

5.2.5 Cryogene vloeistoffen

In het practicum Statistische Fysica wordt vloeibare stikstof (LN2) gebruikt. Debelangrijkste gevaren bij werken met zeer lage temperaturen zijn direct contact metmet LN2 gekoelde objecten, leidend tot aanvriezen, brandplekken of wonden t.g.v.abrupt lostrekken; en spatten of anderszins contact met huid of ogen bij overgietenen koelen.Eisen voor veilig werken:

• Wanneer je LN2 overgiet, gebruik altijd een veiligheidsbril en handschoenen.• Wanneer sterk gekoelde onderdelen in de opstelling aanwezig zijn, gebruik in de nabijheid altijd

handschoenen. Zorg ervoor dat je practicumpartner op de hoogte is en let op passanten.• Bij vastvriezen: trek jezelf niet los, maar warm zo snel mogelijk op met water bij de opstelling of

indien mogelijk bij de kraan door het koude object los te maken van de opstelling.

Uitgebreidere informatie is te vinden via

• http://nspracticum.science.uu.nl/DATA2015-2016/DATA-P/Algemeen/nitrogen.pdf

42

Page 43: Practicum Natuurkundenspracticum.science.uu.nl › DATA2015-2016 › DATA-P › Algemeen › ...1 De leerlijn Experimentele Fysica en de rol van het practicum in de oplei-ding Natuur-

A Data-acquisitie

A.1 Labview-grafieken

Figuur 12: Hoe een Labview-grafiek te manipuleren.

A.2 Data-acquisitie met JULIA

Bij een groot deel van de opstellingen bij het practicum wordt gebruik gemaakt van JULIA systemen. Ditdata-acquisitiesysteem is speciaal voor de practica ontwikkeld door de afdeling Instrumentatie van de fa-culteit voor de automatisering van diverse opstellingen. De communicatie tussen JULIA en de gebruiktecomputer verloopt via een USB-poort. Om JULIA vanuit een PC te gebruiken moet op de PC de benodigdedriver zijn geınstalleerd. Verder moet JULIA op de netspanning zijn aangesloten en via een USB-kabel metde PC zijn verbonden. De belangrijkste functies zijn:

• Het genereren van spanningen middels digitaal-analoog-conversie (DAC),• Het meten van spanningen middels analoog-digitaal-conversie (ADC),• Het meten van tijdverschillen en frequenties en het tellen van impulsen.

Er zijn twee verschillende systemen in gebruik, namelijk JULIA-II en JULIA-III. Hierna volgt een overzichtvan de functionaliteit van beide systemen aan de gebruikerskant.

A.3 Beschikbare functies van JULIA-II/-III

Voor de beide JULIA systemen geldt een zelfde opbouw in deelsystemen:

• 8 langzame ADC’s (Slow ADC) om langzaam varierende analoge spanningen te meten, desgewenstextern triggerbaar.

• 2 snelle ADC’s (Fast ADC) om snel varierende analoge spanningen te meten, desgewenst externtriggerbaar.

43

Page 44: Practicum Natuurkundenspracticum.science.uu.nl › DATA2015-2016 › DATA-P › Algemeen › ...1 De leerlijn Experimentele Fysica en de rol van het practicum in de oplei-ding Natuur-

TriggerData

ReadySlow

+1 CDASlow

+2 CDAFast

1 CDAFast

2 CDA 4 CAD3 CAD2 CAD1 CAD

Blokout

Puls count

ResetUSB

Julia S/N 000

Figuur 13: Layout van JULIA II. Boven: frontpaneel. Onder: achterpaneel.

• 4 DAC’s die het mogelijk maken vanuit de pc regelbare spanningen uit te voeren• Tijdsinterval/frequentie meter, pulsteller (Puls count)• Blokspanningsgenerator (Blok out)• Digitale signaal in- en uitvoermogelijkheden.

A.4 Specificaties van JULIA-II

Algemeen In Fig. 13 zijn voor- en achterpaneel van JULIA-II weergegeven. De groene led rechts op hetfrontpaneel staat aan als de USB-verbinding in orde is (ook als JULIA-II niet op de netspanning is aangeslo-ten). Bij JULIA-II wordt gebruikgemaakt van het USB-1.0 protocol met beperkte doorvoercapaciteit. Ditheeft tot gevolg dat de onderstaande specificaties niet continu kunnen worden gehaald.De in- en uitgangen van JULIA-II zijn (beperkt) beveiligd tegen overspanning en kortsluiting. Als de be-veiliging wordt aangesproken wordt een geluidssignaal gegeven en wordt JULIA-II deels geblokkeerd. De“reset knop” aan de achterzijde dient om het waarschuwingsgeluid te stoppen en de blokkering op te heffen.Deze knop geeft geen volledige reset van JULIA-II.Als de beveiliging wordt geactiveerd is het zaak zo snel mogelijk de overspanning / overbelastingsituatie opte heffen om schade aan de elektronica te voorkomen: doe dit door de betreffende ingang/uitgang snel teontkoppelen.

Analoge IO functies JULIA-II bevat 8 langzame ADC-kanalen met elk een resolutie van 14 bit. Deingangen zijn zowel differentieel als single-ended (d.w.z. t.o.v. aarde) te gebruiken. Simultaan kan op 1,2 of 4 kanalen worden gemeten. Maximaal kunnen er 8 spanningen in 2 blokken van 4 kanalen wordengemeten. Per kanaal is er een programmeerbare versterker opgenomen die de ingangsspanning 1, 10, of 100keer kan versterken voordat deze wordt gedigitaliseerd. In versterkerstand 1 is het spanningsgebied −10 Vtot +10 V. Bij de andere versterkerstanden wordt dit ingangsbereik evenredig met de versterking kleiner. Detoelaatbare samplefrequenties zijn afhankelijk van het aantal kanalen waarop simultaan wordt gemeten: opn kanaal: 500 Hz 250 kHz, op 4 kanalen: 500 Hz tot 50 kHz. De single-ended ingangen voor kanaal 1 enkanaal 2 zijn zowel via BNCs op het frontpaneel beschikbaar (Slow ADC 1+ en Slow ADC 2+) als via de37-polige DSUB connector; de andere zes en de acht differentiele ingangen zijn alleen via deze connectorbeschikbaar. Bij externe triggering van de ADCs wordt de maximale continue samplefrequentie beperktdoor de capaciteit van USB-1.0 tot ongeveer 100 Hz.JULIA-II bevat 2 snelle ADC-kanalen met elk een resolutie van 12 bit en een bereik van 1 V tot +1 V bijeen samplefrequentie tussen 10 kHz en 8 MHz. Het is mogelijk simultaan op beide kanalen te meten. Invoerkan zowel via de BNCs (Fast ADC 1, Fast ADC 2) als via de 37-polige DSUB connector.

44

Page 45: Practicum Natuurkundenspracticum.science.uu.nl › DATA2015-2016 › DATA-P › Algemeen › ...1 De leerlijn Experimentele Fysica en de rol van het practicum in de oplei-ding Natuur-

JULIAIII

DIGITAL IO DIG-IN DIG-OUT TRIGGER FADC1 FADC2 ANALOG IO USB

POWER

STATUS

ANALOG STATUSDIGITAL STATUS

Figuur 14: Front-paneel van JULIA-III.

Zowel voor de snelle, als voor de langzame ADCs is via de BNC-ingang Trigger op het frontpaneel eenexterne triggerfunctie mogelijk (TTL signaal).JULIA-II bevat 4 onafhankelijk aan te sturen DAC’s. De resolutie van deze DAC’s is 16 bit met een bereikvan −10 V tot +10 V met maximale belasting 250 mA. De uitgangspanning is zowel op de BNCs (DAC1,. . . , DAC4) als op de 37-polige DSUB connector beschikbaar.De BNC-ingang Puls count op het achterpaneel van JULIA-II dient als gezamenlijke (TTL) ingang voor:

• het tellen van spanningpulsen (counter functie);• het meten van tijdintervallen tussen twee pulsen (timer functie);• het meten van frequentie.

De BNC-uitgang Blok out op het achterpaneel is een TTL-uitgang voor een programmeerbare blokgenerator(bereik van 0.5 mHz tot 2 MHz).

Digitale IO functies De 16-kanaals digitale IO interface is te configureren in 2 blokken van elk 8 kanalen.Een blok kan hierbij softwarematig als ingang of als uitgang worden geconfigureerd. Deze kanalen zijnbeschikbaar op de 25-polige DSUB connector (blauw) op het frontpaneel. De uitgangen zijn gelatched(behouden hun signaal na programmeren) en een TTL signaal wordt gegenereerd op de BNC uitgang DataReady zodra de uitgangen daadwerkelijk op de connector zijn geactiveerd.

A.5 Specificaties van JULIA-III

Algemeen In Fig. 14 is het frontpaneel van JULIA-III weergegeven. Een viertal groene leds geeft infor-matie over de operationele status, n.l. POWER (JULIA-III is voorzien van spanning), USB (USB verbindingmet pc is aanwezig), ANALOG STATUS en DIGITAL STATUS (geen situatie van overbelasting). Vooraldeze laatste twee indicatoren zijn belangrijk voor de beveiliging tegen beschadiging. Hoewel de in- enuitgangen van JULIA-III (beperkt) zijn beveiligd tegen overspanning respectievelijk kortsluiting moet wan-neer een beveiligings-led uit staat zo snel mogelijk de kennelijke overbelasting worden verholpen door debetreffende verbinding te ontkoppelen.

Analoge functies op ANALOG IO Een groot deel van de analoge functionaliteit van JULIA-III is be-schikbaar via de 37-pins ANALOG IO DSUB connector. Deze functies zijn langzame ADC en DAC (desnelle ADC is alleen toegankelijk via de BNC-connectoren op het frontpaneel).

45

Page 46: Practicum Natuurkundenspracticum.science.uu.nl › DATA2015-2016 › DATA-P › Algemeen › ...1 De leerlijn Experimentele Fysica en de rol van het practicum in de oplei-ding Natuur-

JULIAIII BREAKOUT BOX

TRIGGER

SADC4

SADC3

SADC2

SADC1 DAC1

DAC2

DAC3

DAC4

Figuur 15: BREAKOUT BOX.

JULIA-III bevat 8 langzame ADC-kanalen met elk een resolu-tie van 14 bits. De ingangen zijn zowel differentieel als single-ended (d.w.z. t.o.v. aarde) te gebruiken. Simultaan kunnen ertot 8 spanningen tegelijkertijd worden gemeten.Ter vergroting van de toegankelijkheid kan een JULIA-IIIBREAKOUT BOX op de ANALOG IO worden aangesloten(zie Fig. 15). Op de BREAKOUT BOX zijn o.m. vierlangzame ADC-kanalen beschikbaar (SADC1, . . . , SADC4)met triggeringang (TTL, opgaande flank). Per SADC-kanaalis er een programmeerbare versterker opgenomen die de in-gangsspanning 1, 10, of 100 keer kan versterken voordat dezewordt gedigitaliseerd. Bij versterking 1 is het spanningsgebied10 V tot +10 V. Bij de andere versterkingen wordt dit bereikevenredig kleiner. De toelaatbare samplefrequenties zijn af-hankelijk van het aantal kanalen waarop simultaan wordt ge-meten met een maximum van ongeveer 250 kHz.JULIA-III bevat 4 onafhankelijk aan te sturen DAC’s met eenresolutie van 16 bit en een bereik van −10 V tot +10 V. Dezeuitgangspanningen zijn ook beschikbaar via de BNC aanslui-tingen (DAC1, . . . , DAC4) op de BREAKOUT BOX.JULIA-III bevat 2 snelle ADC-kanalen met elk een resolutievan 12 bits en een bereik van −1 V tot +1 V bij een sam-plefrequentie tot 8 MHz. Het is mogelijk simultaan op beidekanalen te meten. Invoer is via de BNCs (FADC1, FADC2) ophet frontpaneel.Triggering vindt plaats op de Trigger ingang (TTL, opgaandeflank).

Digitale functies op DIGITAL IO De digitale IO interfacebevat zestien kanalen elk te configureren als TTL-ingang ofTTL-uitgang. Deze kanalen zijn beschikbaar op de 25-polige DSUB connector op het frontpaneel (DIGI-TAL IO). Een deel van deze functionaliteit (timer/counter functie) is ook op het frontpaneel toegankelijk viaBNC-aansluitingen op het frontpaneel.De BNC-ingang Dig-In op het frontpaneel van JULIA dient als gezamenlijke ingang voor meerdere functies:

• het tellen van spanningpulsen (counter functie),• het meten van tijdsintervallen tussen twee pulsen (timer functie),• het meten van frequentie.

Voor alle functies is de ingang van het type TTL. De BNC-uitgang Dig-Out op het frontpaneel is een TTLuitgang voor een programmeerbare blokgenerator (bereik van 0.5 mHz tot 2 MHz).

46