課程資訊
課程名稱
物化儀器設計:實務、示範與實做
Design of Physical Chemistry Instruments: practical issues 
開課學期
111-2 
授課對象
理學院  化學所化學生物學組  
授課教師
林志民 
課號
Chem5116 
課程識別碼
223 U2100 
班次
 
學分
2.0 
全/半年
半年 
必/選修
選修 
上課時間
星期五8,9(15:30~17:20) 
上課地點
化217 
備註
本課程中文授課,使用英文教科書。
限學士班三年級以上 且 限本系所學生(含輔系、雙修生)
總人數上限:20人 
 
課程簡介影片
 
核心能力關聯
核心能力與課程規劃關聯圖
課程大綱
為確保您我的權利,請尊重智慧財產權及不得非法影印
課程概述

2023. 1. 27 updated

1. 課程內容與時數分配:

1.1 教授、助教講解需要的背景知識、介紹課程目標等,約佔30%之時間。

1.2 學生設計、製作實驗器材。會用到3D列印、雷射切割、電路焊接、Arduino微控制器、光路對準等。約佔40%之時間。

1.3 學生進行動手實驗、收數據、分析數據等,並報告成果。約佔30%之時間。

1.4 原則上學生兩人一組進行實驗,但每位學生皆須交報告。

2. 可用之基本元件:
Basic electronic parts like resistors, capacitors, etc.、Photodiode、LED、laser pointer、polarizer film等等。

3. 基本(必做)實驗:
3.1 以Photodiode、LED等零件組成光度計,測量酚酞之反應動力學。(約需2週)
3.2 以Photodiode、Laser pointer等零件組成光反射率計,測量光反射相關現象,如Brewster angle、肥皂膜干涉(需有創意)等。(約需4週)

4. 學生創意(改進)實驗:
除基本實驗外,學生可發揮創意,設計新實驗或改進現有實驗,幫助實驗教學。
 

課程目標
Issues will include the following:
(1) How sensitive, how precise, how accurate are enough? How well can we do?

(2) Response time and sensitivity in detection

(3) Dynamic range, linearity, saturation …

(4) Background Vs. noise
 
課程要求
基本(必做)實驗:
1 以Photodiode、LED等零件組成光度計,測量酚酞之反應動力學。(約需2週)
2 以Photodiode、Laser pointer等零件組成光反射率計,測量光反射相關現象,如Brewster angle、肥皂膜干涉等。(約需4週)

學生創意(改進)實驗:
除基本實驗外,學生可發揮創意,設計新實驗或改進現有實驗,幫助實驗教學。


其他可做之實驗:

Measure the time response of a photodiode detector using an LED light source.

Measure the voltage-time profiles of a capacitor discharging through a resistor; check the effect of various resistance and capacitance.

Measure the light reflectance of a soap film at near-normal incidence, including the time evolution. Deduce the thickness of the soap film from the reflectance data.

Measure the light reflectance of a flat surface (like a piece of glass), including the dependences of the incidence angle and polarization.

Build an absorption photometer (with LED and photodiode) to determine the concentration of a dye solution.

測量月光與日光之強度比
 
預期每週課後學習時數
 
Office Hours
備註: Friday 3:00-3:30 and 5:30-6:30 pm 
指定閱讀
 
參考書目
Google, Wiki, ...

Hamamatsu S1223-1 photodiode data sheet;
Hamamatsu silicon photodiode handbook.

Note:
A LED is a useful incoherent light source, which can be continuous or pulsed;

A laser pointer is a useful coherent photon source;

A polarizer film is also very useful.
 
評量方式
(僅供參考)
 
No.
項目
百分比
說明
1. 
presentation 
60% 
50% grading by the teacher and TAs; 50% grading by the audience.  
2. 
reports 
40% 
one to two pages per experiment 
 
課程進度
週次
日期
單元主題
第1週
2/24  2023. 2. 15 更新

0) Introduction: Teacher's expertise ... How we expect to run this class ...

1-1) Students bring their computers to install APP for an Arduino board.

2-1) Introduction to photometer for 測量酚酞之反應動力學
 
第2週
3/3  2-2) Hand-on Exp.:光度計,測量酚酞之反應動力學 
第3週
3/10  2-3) Q/A & discussion for 測量酚酞之反應動力學 (30 min)

3) How a photodiode detector (and its circuit) works;
analyze its properties like sensitivity, dynamic range, response time, etc. The photodiode prepared is OSRAM BPW 34. Its datasheet is in the folder of "文件". (30 min)

A) 3D printing (30 min) 
第4週
3/17  Hand in: Report on 酚酞之反應動力學
2-4) 測驗:酚酞之反應動力學 (30 min)

Lecture on 肥皂膜干涉 (40 min): 光學量測奈米膜厚_實驗手冊_0716_FINAL.docx in "文件"

Design your device.  
第5週
3/24  @R219 IAMS

4) Polarization of light

1-2) Demonstrate a Laser Cutter (taught by TA)

光反射率計
(i) Measure the reflectivity of light near the surface normal. The precision should be better than 0.05%.

(ii) Measure the light reflectance of a flat surface (like a piece of glass), including the dependences of the incidence angle and polarization.

(iii) Find the Brewster's angle and measure the reflectance at the Brewster's angle. High dynamic range is required. Try to extend your dynamic range.

 
第6週
3/31  @R219 IAMS
光反射率計: Report your design (oral) 
第7週
4/7  @R219 IAMS
光反射率計 
第8週
4/14  @R219 IAMS
光反射率計
 
第9週
4/21  Hand in Reports  
第10週
4/28 
6-1) 學生創意(改進)實驗 
第11週
5/5  6-2) 學生創意(改進)實驗: Report your design (oral) 
第12週
5/12  6-3) 學生創意(改進)實驗 
第13週
5/19  6-4) 學生創意(改進)實驗 
第14週
5/26  學生創意(改進)實驗 
第15週
6/2  Demonstration and hand in pre-report 
第16週
6/9  7-3) Presentation