fisica ambientale

FISICA AMBIENTALE
Corso di Laurea STAN – Anno Accademico 2010-2011 – 9 cfu
prof. Steno FERLUGA
Introduzione. Concetto di Ambiente fra microcosmo e macrocosmo. Definizione planetaria
dell'Ambiente "a 360°, da 0 a infinito". Ambiente e ambientalismo tra scienza e ideologia. Le
scienze ambientali e la fisica ambientale. Richiamo di alcune nozioni di base di geometria e
trigonometria. Angoli solidi. Il Sistema Internazionale delle unità di misura. Teoria degli errori
(cenno). Cifre significative.
Elettricità
1 – Campo elettrico. Fenomeni elettromagnetici in natura. Elettricità. Cariche elettriche. Isolanti e
conduttori. Forza di Coulomb. Vettore campo elettrico. Densità di carica. Campi vettoriali e linee di
flusso. Campo elettrico e campo gravitazionale. Flusso del campo elettrico. Legge di Gauss per il
campo elettrico, applicazioni. Equilibrio elettrostatico dei conduttori.
2 – Potenziale e capacità. Energia potenziale elettrostatica. Potenziale elettrico. Potenziale per
varie distribuzioni di carica. Campo elettrico come gradiente del potenziale. Potenziale dei
conduttori. Capacità elettrica. Condensatore piano. Condensatori in serie e parallelo.
3 – Corrente, resistenza, circuiti. Corrente elettrica, densità di corrente. Legge di Ohm, resistenza
elettrica. Resistenze in serie e parallelo. Superconduttori (cenno). Potenza elettrica. Effetto Joule.
Energia elettrica nei circuiti domestici. Circuiti in corrente continua. Forza elettromotrice, batterie.
Leggi di Kirkhoff.
Magnetismo
4 – Campo magnetico. Magnetismo in natura. Polarità magnetiche. Campo magnetico. Forza di
Lorentz. Carica in campo magnetico. Campo magnetico terrestre; aurore. Forza magnetica su un
conduttore. Momento magnetico di una spira. Legge di Biot-Savart. Campo magnetico di un filo
percorso da corrente. Forza magnetica fra conduttori. Definizione dell'ampere nel Sistema
Internazionale. Legge di Ampère. Corrente di spostamento. Legge di Ampère-Maxwell.
5 – Magnetismo e induzione. Magnetismo atomico. Interpretazione microscopica del magnetismo
della materia. Vettore magnetizzazione. Suscettività magnetica. Para-, Dia- e Ferro-magnetismo.
Isteresi magnetica Levitazione magnetica (super-conduttori). Legge di Gauss per il magnetismo.
Induzione elettromagnetica. Legge di Faraday-Lenz. Applicazioni tecnologiche (dinamo, motori,
microfoni, registratori).
6 – Onde elettromagnetiche.
Operatori vettoriali: gradiente, divergenza, rotore, laplaciano. Equazioni di Maxwell in forma
integrale in forma differenziale (caso del vuoto). Risoluzione delle equazioni di Maxwell nel vuoto.
Onde elettromagnetiche. Velocità della luce. Lo spettro elettromagnetico. Onde radio. Emissione
termica. Fisica del colore. L'occhio umano (cenno). Radiazioni ionizzanti. Raggi UV, X, gamma.
Cicli di seminari
7 – Inquinamento luminoso. Motivi per contrastare l’inquinamento luminoso. Ottimizzazione
dell’emissione luminosa. Geometria e ottica delle fonti luminose. Emissione spettrale e fisiologia
della visione. Idee di base per una nuova cultura della luce.
8 – Ambiente e Universo. Effetti planetari, variazioni climatiche e ciclo solare, ambiente
evoluzione biologica, estinzioni. Gli asteroidi e la Terra. Effetti astrofisici sull'evoluzione biologica.
Il problema del buio notturno (paradosso di Olbers). Orizzonte cosmologico e sfera di Hubble.
9 – Atomi. Microscopio elettronico a scansione. Immagini della struttura atomica dei materiali.
Fluido elettronico nei metalli. Nanostrutture. Visualizzazione di orbitali atomici.
10 – Energia nucleare. La fissione dell'uranio. Reazione nucleare controllata. Impianti nucleari,
reattori, trattamento del combustibile e scorie. Il disastro di Fukushima. Analisi dettagliata delle
cause. Confronto fra energia nucleare e altre fonti energetiche.
11 – Radioattività. Nuclei atomici e isotopi. Tipi di decadimento radioattivo. L’equazione del
decadimento radioattivo. Decadimento dell’Uranio. Uranio impoverito e arricchito. Pericolosità del
Radon 222. Radioattività del Tritio. Datazione delle acque con misure di Tritio.
Testo consigliato :
R.A. Serway: FISICA per Scienze e Ingegneria, EdiSES (II ed.), 1995;
Vol. II: Cap. 23-31, 34; appendice A.