METODOLOGIE FISICHE E CHIMICHE PER L'AMBIENTE

Obiettivi formativi

• FISICA APPLICATA ALL'AMBIENTE

  Nel corso vengono approfonditi alcuni fenomeni fisici particolarmente rilevanti in campo ambientale. Tra questi: fluidodinamica, termodinamica, inquinamento atmosferico, radioattività e contaminazione ambientale.

• PRINCIPI DI CHIMICA E AGROCHIMICA

  Dare nozioni di base di chimica necessarie per approfondire le conoscenze riguardanti il sistema suolo-pianta. Tali conoscenze consentiranno al tecnologo in pianificazione del territorio di acquisire criteri di valutazione per la gestione dei suoli e della sua copertura vegetale e la possibile destinazione di aree a rischio o marginali.

Modalità di svolgimento dell'insegnamento

• FISICA APPLICATA ALL'AMBIENTE

  Le lezioni sono svolte in maniera frontale con l'ausilio degli strumenti didattici informatici.

  Durante il corso alcune ore sono dedicate allo svolgimento in aula di alcuni esercizi utili per la semplificazione dei concetti sviluppati durante il corso che saranno anche oggetto della prova scritta d'esame.

• PRINCIPI DI CHIMICA E AGROCHIMICA

  Il corso prevederà lezioni frontali ed esercitazioni in laboratorio.

Prerequisiti richiesti

• FISICA APPLICATA ALL'AMBIENTE

  Sono requisiti fondamentali una conoscenza della matematica di base ovvero:

  - Algebra elementare (risoluzioni di equazioni e di disequazioni di I e II grado).

  - Trigonometria (conversione gradi−radianti; funzioni trigonometriche e relazioni di conversione).

• PRINCIPI DI CHIMICA E AGROCHIMICA

  E’ richiesto il possesso di un’adeguata preparazione iniziale in chimica e biologia.

Frequenza lezioni

• FISICA APPLICATA ALL'AMBIENTE

  Il corso non è a frequenza obbligatoria, tuttavia si consiglia fortemente la presenza in particolar modo durante lo svolgimento delle esercitazioni.

• PRINCIPI DI CHIMICA E AGROCHIMICA

  Fortemente consigliata

Contenuti del corso

• FISICA APPLICATA ALL'AMBIENTE

  Lezioni frontali: - presentazione del metodo sperimentale su cui si fonda la fisica; - derivazione delle leggi che sono alla base di modelli e teorie.

  Esercitazioni frontali: complementi di argomenti trattati durante le lezioni, proposizione e risoluzione di esercizi di particolare interesse, con lo scopo di fare capire allo studente i metodi di impostazione e di risoluzione dei problemi proposti.

  VETTORI

  Scalari e vettori - Rappresentazione di grandezze fisiche per mezzo di vettori - Operazioni sui vettori: somma, differenza, prodotto di un vettore per uno scalare, prodotto scalare, prodotto vettoriale - Proprietà commutativa – Proprietà associativa - Vettori unitari e scomposizione dei vettori.

   

  CINEMATICA

  Velocità - Accelerazione - Legge oraria - Moto rettilineo uniforme - Moto rettilineo uniformemente accelerato – Moto in due dimensioni: moto parabolico - Moto circolare uniforme - Accelerazione centripeta e accelerazione tangenziale - Moti relativi.

   

  DINAMICA DEL PUNTO MATERIALE

  Principio di inerzia - Sistemi di riferimento inerziali - Legge di composizione delle velocità - Massa inerziale - Forza: 2^a legge di Newton – Leggi della forza: forza gravitazionale, forza peso, forza di attrito, forze elastiche - Principio di azione e reazione - Tensione dei fili - Moto lungo un piano inclinato - Dinamica del moto circolare uniforme - Quantità di moto.

   

  LAVORO ED ENERGIA

  Lavoro - Energia cinetica - Teorema delle forze vive - Forze conservative - Energia potenziale - Calcolo di energia potenziale - Energia potenziale e forza.

   

  PRINCIPI DI CONSERVAZIONE

  Conservazione della quantità di moto - Conservazione dell'energia meccanica.

   

  DINAMICA DEI SISTEMI DI PUNTI MATERIALI

  Sistemi di punti. Forze interne e forze esterne - Centro di massa di un sistema di punti – Teorema del moto del centro di massa - Urti tra punti materiali: elastico, anelastico e completamente anelastico.

   

  MECCANICA DEI FLUIDI

  Stati di aggregazione della materia - Definizione di fluido - Gas e liquidi – Fluidi ideali e fluidi reali – Densità - Pressione - Statica dei fluidi - Principio di Pascal - Legge di Stevino - Spinta di Archimede - Dinamica dei fluidi – Portata - Equazione di continuità - Teorema di Bernoulli – Teorema di Torricelli.

   

  TERMOMETRIA E CALORIMETRIA

  Equilibrio termico - Concetto di temperatura - Misura della temperatura - Temperatura Kelvin - Definizione calorimetrica di calore - Capacità termica - Calori specifici e calori latenti - Caloria - Sorgenti di calore - Equivalente meccanico del calore.

   

  SISTEMI TERMODINAMICI

  Sistemi e stati termodinamici - Punto di vista macroscopico - Coordinate termodinamiche - Equilibrio termodinamico - Sistemi termodinamici semplici - Sistemi PVT - Equazione di stato - Equazione di stato dei gas perfetti - Trasformazioni termodinamiche.

   

  CALORE, LAVORO E PRIMO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA

  Lavoro in una trasformazione di un sistema PVT - Lavoro adiabatico - Energia interna - Definizione termodinamica del calore - Primo principio della termodinamica - Forma differenziale del primo principio della termodinamica – Energia interna di un gas ideale: esperimento di Joule - Calori specifici dei gas ideali: Relazione di Mayer.

   

  SECONDO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA

  Conversione di lavoro in calore e viceversa - Macchine termiche – Enunciato di Kelvin Plance del secondo principio della termodinamica - Enunciato di Clausius del secondo principio della termodinamica - Equivalenza dei due enunciati - Ciclo di Carnot - Teorema di Carnot - Macchina di Carnot .

• PRINCIPI DI CHIMICA E AGROCHIMICA

  Le sostanze elementari (ossidi, idrossidi, acidi, sali); equilibri in soluzione; pH; soluzioni tampone; legami chimici; numeri di ossidazione; reazioni di ossido-riduzione; principali gruppi funzionali dei composti organici; gli zuccheri, i grassi, le proteine.

  Definizione di terreno; orizzonti e profilo; porosità; tessitura e caratteristiche delle diverse frazioni granulometriche.

  La matrice litologica; silicati e non silicati; minerali argillosi; i fillosilicati del suolo; sostituzione isomorfa; fillosilicati 1:1; fillosilicati 2:1.

  Lo scambio cationico; il fenomeno e le caratteristiche; capacità di scambio; basi di scambio.

  Gli organismi del suolo; attività microbica e proprietà del suolo; ruolo dei microrganismi nei cicli biogeochimici.

  Gli enzimi del suolo; catalisi enzimatica; localizzazione enzimi; enzimi extracellulari loro funzioni e proprietà.

  La rizosfera; definizione; rizodeposizioni ed essudati radicali; fattori che influenzano il rilascio degli essudati; interazioni pianta microrganismi alla rizosfera.

  Biodegradazione di composti naturali e xenobiotici; microrganismi e risanamento ambientale.

  Ciclo del carbonio; natura ed origine della sostanza organica; frazione attiva e frazione stabilizzata; proprietà della sostanza organica ed effetti nel terreno; processi di mineralizzazione; processi di umificazione; acidi umici, acidi fulvici, umine.

  Ciclo dell’azoto; nitrogenasi, batteri azoto-fissatori; batteri ammonio-ossidanti; batteri nitrito-ossidanti.

  Ciclo del fosforo; batteri PGPR.

  Ciclo dello zolfo; batteri zolfo-ossidanti.

  Metodi di studio della microflora del suolo; metodi microbiologici (isolamento su terreni selettivi, caratterizzazione fenotipica) e molecolari (estrazione del DNA, PCR e sue applicazioni, sequenziamento).

  Cicli energetici: anabolismo e catabolismo; fotosintesi clorofilliana; glicolisi; ciclo di Krebs; fosforilazione ossidativa.

   

  Esercitazioni:

  Titolazione acido base

  Metodi di studio della microflora del suolo.

  Test di germinazione (Lepidium sativum).

Testi di riferimento

• FISICA APPLICATA ALL'AMBIENTE

  Serway – Principi di Fisica – volume unico - Edises

  Halliday - Resnick - Walker Fondamenti di Fisica - volume unico

  J.R. Gordon - R.V. McGrew - R.A. Serway - Esercizi di fisica. Guida ragionata alla soluzione - Edises

  Slide del docente fornite durante il corso

• PRINCIPI DI CHIMICA E AGROCHIMICA

  1. P. Sequi. Fondamenti di chimica del suolo. Pàtron Editore.

  2. P. Violante. Chimica del suolo e della nutrizione delle piante. Edagricole.

  3. M. Bosetto, I. Lozzi. Elementi di biochimica agraria. Aracne.

  4. Dispense distribuite dal docente durante il corso di insegnamento; articoli scientifici da riviste nazionali ed internazionali.

Programmazione del corso

Verifica dell'apprendimento

Modalità di verifica dell'apprendimento

• FISICA APPLICATA ALL'AMBIENTE

  L’esame consiste nel superamento di una prova scritta che prevede:

  a) la risoluzione di alcuni problemi tipici di meccanica del punto materiale e dei sistemi di punti materiali, e di termodinamica;

  b) l’enunciazione e/o la dimostrazione di uno o più quesiti. L’esame è da ritenersi superato positivamente se e solo se la votazione riportata nella risoluzione dei problemi è sufficiente. La risposta esatta ai quesiti incrementa il voto finale d’esame, ma non vale ai fini del positivo superamento della prova d’esame.

  Durante il semestre di lezione verranno svolte due prove in itinere per la valutazione dell'apprendimento.

• PRINCIPI DI CHIMICA E AGROCHIMICA

  Orale

Esempi di domande e/o esercizi frequenti

• FISICA APPLICATA ALL'AMBIENTE

  - Piano Inclinato, descrizione e sviluppo.

  - Operazioni con i vettori

  - Teorema di Bernoulli

• PRINCIPI DI CHIMICA E AGROCHIMICA

  Calcolare il numero di ossidazione di un elemento in un composto

  Differenza tra acidi forti e acidi deboli

  Calcolare la Molarità e/o Normalità di una soluzione