METODOLOGIE FISICHE E CHIMICHE PER L'AMBIENTE

Anno accademico 2018/2019 - 1° anno
Docenti
  • FISICA APPLICATA ALL'AMBIENTE: Francesco Noto
  • PRINCIPI DI CHIMICA E AGROCHIMICA: Cristina Abbate
Crediti: 14
Organizzazione didattica: 350 ore d'impegno totale, 224 di studio individuale, 70 di lezione frontale, 56 di esercitazione
Semestre:

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: 2a 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

FISICA APPLICATA ALL'AMBIENTE
 ArgomentiRiferimenti testi
1UNITA' DI MISURASerway / Halliday 
2VETTORISerway / Halliday 
3CINEMATICASerway / Halliday 
4DINAMICASerway / Halliday 
5FULIDODINAMICASerway / Halliday 
6TERMODINAMICASerway / Halliday 
PRINCIPI DI CHIMICA E AGROCHIMICA
 ArgomentiRiferimenti testi
1Introduzione al corso. Esempi di ricerca applicata nel campo della chimica agraria.Slides 
2Le sostanze elementari (ossidi, idrossidi, acidi, sali).Testo di Chimica generale 
3Equilibri in soluzioneTesto di Chimica generale 
4pH; Soluzioni tampone.Testo di Chimica generale 
5Legami chimiciTesto di Chimica generale 
6Numeri di ossidazioneTesto di Chimica generale 
7Reazioni di ossido-riduzioneTesto di Chimica generale 
8Principali gruppi funzionali dei composti organici: zuccheri, grassi, proteine.Testo 3: cap 2-3-6-12 
9Definizione di terreno: orizzonti e profilo; porosità; tessitura e caratteristiche delle diverse frazioni granulometriche.Testo 1: cap 11 
10La matrice litologica: silicati e non silicati; minerali argillosi; i fillosilicati del suolo; sostituzione isomorfa; fillosilicati 1:1; fillosilicati 2:1.Testo 1: cap 1 
11Lo scambio cationico; il fenomeno e le caratteristiche; capacità di scambio; basi di scambio.Testo 1: cap 3 
12Gli organismi del suolo: attività microbica e proprietà del suolo; ruolo dei microrganismi nei cicli biogeochimici.Testo 1: cap 5 
13La rizosfera: definizione; rizodeposizione ed essudati radicali; fattori che influenzano il rilascio degli essudati; interazioni pianta microrganismi alla rizosfera.Testo 1: cap 6 
14Gli enzimi del suolo: catalisi enzimatica; localizzazione enzimi; enzimi extracellulari loro funzioni e proprietà.Testo 1: cap 5 
15Biodegradazione di composti naturali e xenobiotici; microrganismi e risanamento ambientale.Slides 
16Ciclo 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.Testo 1: cap 7 
17Ciclo dell’azoto: nitrogenasi, batteri azoto-fissatori; batteri ammonio-ossidanti; batteri nitrito-ossidanti.Testo 1: cap 12 
18Ciclo del fosforo: batteri PGPR.Testo 1: cap 12 
19Ciclo dello zolfo: batteri zolfo-ossidanti.Testo 1: cap 12 
20Metodi di studio della microflora del suolo; metodi microbiologici (isolamento su terreni selettivi, caratterizzazione fenotipica) e molecolari (estrazione del DNA, PCR e sue applicazioni, sequenziamento).Slides 
21Cicli energetici: anabolismo e catabolismo. Testo 3: cap 11 
22Fotosintesi clorofilliana: fase oscura e fase luminosa.Testo 3: cap 11 
23Glicolisi; Ciclo di Krebs; Fosforilazione ossidativa.Testo 3: cap 7-8-9 
24Esercitazione: Titolazione acido base. 
25Esercitazione: Metodi di studio della microflora del suolo. 
26Esercitazione: Test di germinazione (Lepidium sativum). 

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