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    Mauro RUBINO

    Insegnamento di FISICA DELL'AMBIENTE

    Corso di laurea in FISICA

    SSD: FIS/07

    CFU: 6,00

    ORE PER UNITÀ DIDATTICA: 52,00

    Periodo di Erogazione: Secondo Semestre

    Italiano

    Lingua di insegnamento

    ITALIANO

    Contenuti

    Meccanismi fisici che regolano i processi ambientali naturali e antropogenici sulla base dell’interpretazione delle interazioni radiazione-materia e degli scambi energetici radiativi. Aspetti legati ai trasferimenti e alle trasformazioni di energia con riferimento alle interazioni sole-terra e all’effetto serra, alle interazioni terra-atmosfera. Con riferimento alla produzione di energia da fonti tradizionali e rinnovabili, vengono trattati i meccanismi di trasporto del calore e i concetti termodinamici che stanno alla base delle macchine termiche. Sono infine descritti gli elementi essenziali della produzione di energia nucleare e del trasferimento di inquinanti tra comparti ambientali, con particolare riferimento all’inquinamento radioattivo.

    Testi di riferimento

    E. Boeker & R. van Grondelle. Environmental Physics. Second edition. Wiley

    Obiettivi formativi

    - Conoscenza e capacità di comprensione (Knowledge and understanding):
    Scopo del corso è fornire agli studenti una adeguata conoscenza dei meccanismi fisici che regolano i processi ambientali naturali e antropogenici sulla base dell’interpretazione delle interazioni radiazione-materia e degli scambi energetici radiativi. Vengono affrontati gli aspetti legati ai trasferimenti e alle trasformazioni di energia con riferimento alle interazioni sole-terra e all’effetto serra, alle interazioni terra-atmosfera. Con riferimento alla produzione di energia da fonti tradizionali e rinnovabili, vengono trattati i meccanismi di trasporto del calore e i concetti termodinamici che stanno alla base delle macchine termiche. Sono infine descritti gli elementi essenziali della produzione di energia nucleare e del trasferimento di inquinanti tra comparti ambientali, con particolare riferimento all’inquinamento radioattivo.
    - Capacità di applicare conoscenza e comprensione (applying knowledge and understanding):
    Obiettivo del corso è anche il conseguimento della capacità di schematizzare e formalizzare problematiche ambientali attraverso misure di laboratorio ed esercitazioni numeriche. Lo studente dovrebbe in tal modo essere in grado di affrontare l’impostazione di un intervento di carattere ambientale sulla base di una comprensione della problematica sottostante e dell’individuazione degli strumenti necessari alla sua soluzione.

    Prerequisiti

    Prerequisiti: nessuno
    Propedeuticità: Laboratorio di Fisica II

    Metodologie didattiche

    Modalità di svolgimento: lezioni ed esercitazioni numeriche in aula, esperienze dimostrative, prove intercorso, studio assistito

    Metodi di valutazione

    Prova finale scritta. Discussione delle relazioni sulle esercitazioni.

    Altre informazioni

    Durante il corso sarà eventualmente a disposizione del Materiale didattico scaricabile dal link:http://www.matfis.unicampania.it/dipartimento/docenti-csa?AA_OFFERTA=2018&COD_ATTIVITA=A3541

    Programma del corso

    Elementi di fisica moderna
    Quantizzazione dell’energia. L’atomo di idrogeno. Quantizzazione della radiazione. La radiazione di corpo nero. Leggi di Stephan-Boltzmann e di Planck. Energia di legame negli atomi e nei nuclei. Isotopi stabili e radioisotopi. Le leggi del decadimento radioattivo. Energetica dei decadimenti e delle reazioni nucleari.
    Microclimatologia della radiazione
    La radiazione solare. Emittanza ed emissività. Radianza e relazioni spaziali. Diffusione della radiazione. Assorbimento atmosferico. Misure di emissività.
    Elementi di fisica dell’atmosfera
    Temperatura, pressione e umidità atmosferiche. Atmosfera isoterma e adiabatica. Gradiente di temperatura adiabatico: atmosfera secca e umida. Stabilità. Misura dei fattori climatici.
    Trasporto del calore.
    Conduzione, convezione e irraggiamento. L’equazione del calore. Temperatura di contatto
    Rendimento ed efficienza. Lavoro disponibile. Energia inutilizzabile e variazione di entropia.
    Energia dai combustibili fossili. Conversione di calore in lavoro. Produzione di energia elettrica. Immagazzinamento e trasporto dell’energia. Co-generazione.
    Radioattività ambientale
    Trasporto dei radionuclidi nell’ambiente. Le radiazioni ionizzanti. Esposizione, dose e dose equivalente. Elementi di radioprotezione. Metodi di datazione.

    English

    Teaching language

    Italian

    Contents

    Physical laws controlling environmental processes of natural and/or anthropogenic origin. These processes can be interpreted through the laws of radiation-matter interaction, and radiative energy transfer. A special consideration is given to the laws of energy transfer and conservation, and the greenhouse effect and the atmosphere. An important part of the module is the mechanisms of heat exchange and radiation, applied to heat engines. Also, the transfer of pollutants between and within environmental pools is described. The last part of the module focuses on nuclear energy and nuclear contamination in the environment.

    Textbook and course materials

    E. Boeker & R. van Grondelle. Environmental Physics. Second edition. Wiley

    Course objectives

    Knowledge and understanding (Dublin descriptor 1):
    The overarching aim of this module is to provide the students with an understanding of the physical laws controlling environmental processes of natural and/or anthropogenic origin. These processes can be interpreted through the laws of radiation-matter interaction, and radiative energy transfer. A special consideration is given to the laws of energy transfer and conservation, and the greenhouse effect and the atmosphere. An important part of the module is the mechanisms of heat exchange and radiation, applied to heat engines. Also, the transfer of pollutants between and within environmental pools is described. The last part of the module focuses on nuclear energy and nuclear contamination in the environment.
    - Applying knowledge and understanding (Dublin descriptor 2):
    To successfully complete the module, the student is required to be able to solve physics problems and describe and reproduce laboratory practicals. Through these exercises, the students will develop new skills and tools, which will allow them to solve real-world problems.

    Prerequisites

    Prerequisites: Physics Lab Practicals 2

    Teaching methods

    Pedagogy: lectures, exercises, practicals, midterm exams, tutorials

    Evaluation methods

    Final exam (written test)

    Other information

    Additional learning resources will be provided during the module at the following website: http://www.matfis.unicampania.it/dipartimento/docenti-csa?AA_OFFERTA=2018&COD_ATTIVITA=A3541

    Course Syllabus

    Elements of modern and quantum physics.
    Energy levels and the hydrogen atom. Energy level transition. Black body radiation. Stefan-Boltzmann and Planck's laws. Binding energy of atoms and nuclei. Stable and radioactive isotopes. Radioactive decay. Energy of radioactive decay and nuclear reactions.
    Microclimatology.
    Solar radiation. Spectral emittance and emissivity. Radiance and spatial relation. Diffusion of radiation. Atmospheric absorbance. Measurements of emissivity.
    Elements of physics of the atmosphere.
    Atmospheric temperature, pressure, humidity. Isothermal and adiabatic atmosphere. Adiabatic temperature gradient. Humid and dry atmosphere. Stability. Measurement of climatic factors.
    Heat transfer.
    Thermal conduction, convection and thermal radiation. Heat equation. Contact temperature.
    Yield and efficiency. Available work. Unavailable energy and entropy variation.
    Energy from fossil fuel combustion. Work to heat conversion. Electric energy production. Store and transport of energy. Production of heat and electric energy.
    Environmental radioactivity.
    Transfer of radionuclides between and within environmental pools. Ionising radiation. Exposure, effective and equivalent doses. Elements of radiological protection.
    Dating methods

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