B2292 - FISICA DELL'ENERGIA

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso gli studenti acquisiranno le conoscenze di base per avvicinarsi alle complesse questioni energetiche in modo scientifico e rigoroso, ma senza dover seguire corsi avanzati di fisica classica o di meccanica quantistica. Infatti il profilo flessibile e interdisciplinare del corso consente agli studenti di sviluppare un approccio versatile alla comprensione delle più dibattute questioni nel campo dell'energia. Lo studente acquisirà le necessarie abilità per capire non solo le basi scientifiche della produzione energetica nelle sue più svariate forme ma di valutarne l'impatto e l'importanza in altri ambiti: sociali, culturali, o più generalmente transdisciplinari alla Fisica.

Contenuti

I tre moduli copriranno i seguenti argomenti:

Parte I: Principi di base dell’energia (unità e scale, diverse sorgenti di energia: meccanica, di calore, elettromagnetica, quantistica, ...)

Parte II: Produzione di energia a partire da fonti fossili e rinnovabili

Parte III: Produzione di energia a partire da fonti nucleari (fissione e fusione)

In dettaglio:

Motivazioni e filosofia del corso, importanza dei numeri, delle grandezze relative e delle unità di misura, questioni climatiche ed energetiche, discorso generale sulla sostenibilità ambientale. 

Unità, tipi e scale dell'energia. Breve riepilogo di termodinamica, concetti di entropia e temperatura, processi reversibili ed equilibrio.

Energia meccanica ed applicazioni. Breve riepilogo dei concetti fondamentali di forza, lavoro e momenti. Attrito e forza resistiva.

Energia termica e calore: principi generali e trasferimento. Pressione e lavoro. Prima e seconda legge della termodinamica. Capacità termica. Transizioni di Fase. Conduzione del calore (legge di Fourier), convezione e radiazione. Equazione del calore.

Principi generali della conversione dell'energia: conversione, ciclo di Carnot, ciclo di Stirling, Refrigeratori e pompe di calore. Motori termici, Motori a combustione

Energia di origine elettromagnetica: storage, conversione, trasmissione e radiazione. Motori elettrici.

Energia da sistemi e processi chimici

Generazione di energia dai cicli a vapore/gas, diagramma di fase

Combustili fossili. Panoramica delle fonti di energia fossile.

Energia solare. Radiazione solare, assorbimento e utilizzo termico. Fisica dei sistemi fotovoltaici.

Produzione di energia a partire da sorgenti biologiche.

Eolico. Dinamica dei fluidi e potenza dal vento, tecnologie disponibili. Approfondimento sui fluidi, viscosità, dinamica dei flussi, fisica e sviluppo delle turbine.

Energia geotermica.

Fonti energetiche di natura nucleare: fissione e fusione. Nozioni rilevanti per comprendere le basi della fissione e della fusione nucleare. Cenno alla definizione di sezione d'urto. Forze nucleari, scale e struttura dell'energia, sistematica dell'energia di legame nucleare, reazioni e
decadimenti. Fisica della fissione nucleare. Fisica della fusione nucleare, breve introduzione ai plasmi e alle caratteristiche più rilevanti. Schema di funzionamento di un reattore a fissione. Formula dei quattro fattori e arricchimento del combustibile. Sistemi critici. PWR e BWR. Radiazioni nucleari, ciclo del combustibile, gestione delle scorie
(deposito nazionale e di Olkiluoto). Fusione magnetica vs. fusione inerziale. Modelli e funzionamento di base di entrambi i concetti. Futuro dell'energia nucleare: quarta generazione, SMR, ADS.

 

 

 

Testi/Bibliografia

Sustainable Energy – without the hot air, David MacKay, https://www.withouthotair.com/

The Physics of Energy, Robert Jaffe e Taylor Washington, Cambridge University Press (2018)

Nuclear Energy, Raymond Murray, Butterworth-Heinemann (2009)

Energy and Human Ambitions on a Finite Planet, Thomas Murphy, https://open.umn.edu/opentextbooks/textbooks/980

 

Metodi didattici

Lezioni alla lavagna, slides, video

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Esame orale a coprire gli argomenti di ogni modulo

Strumenti a supporto della didattica

Slides, appunti e materiali di lettura (in lingua inglese e italiana) saranno disponibili sul web (virtuale.unibo.it)

Link ad altre eventuali informazioni

https://virtuale.unibo.it/

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Cristian Massimi

Consulta il sito web di Paolo Finelli

Consulta il sito web di Alberto Mengoni