Conoscenze di base di matematica.

Obiettivo del corso è l’acquisizione delle conoscenze fondamentali relative alla cinematica e dinamica del punto materiale, delle leggi che governano il moto di sistemi di punti materiali e di corpi rigidi. Verranno fornite conoscenze relative alla meccanica dei fluidi e alla termodinamica: primo e secondo principio, conduzione del calore, equazione di stato dei gas perfetti, trasformazioni termodinamiche reversibili e irreversibili, cicli termodinamici. Verrà introdotto il concetto di entropia. Verranno introdotti i concetti fondamentali dell’elettromagnetismo: Forza di Coulomb e forza di Lorentz; campo elettrico e campo magnetico. Equazioni di Maxwell. Onde elettromagnetiche. Radiazione di corpo nero. Radiazione solare. Cenni di fisica atomica e delle radiazioni.

Il corso mira a:

Fornire i concetti di base nel campo della meccanica, termodinamica, fluidodinamica ed elettromagnetismo.
Fornire allo studente conoscenze utili all’applicazione di concetti di Fisica nel campo delle scienze ambientali.
Consentire allo studente di comunicare in modo autonomo concetti riguardanti gli argomenti del corso.

Lezioni frontali.

Esame scritto con possibile integrazione orale.

Unita di misura; analisi dimensionale

Grandezze fisiche ed unità di misura. Il Sistema Internazionale. Equazioni dimensionali. Cenni di statistica ed analisi degli errori.

Vettori

Grandezze scalari e vettoriali. Operazioni tra vettori (somma, differenza, prodotto scalare e vettoriale). Componenti di un vettore. Derivata di un vettore.

Cinematica del punto

Punto materiale, vettore di posizione e concetto di moto, definizione di traiettoria. Moto rettilineo: velocità, accelerazione, moto rettilineo uniforme e uniformemente accelerato. Moto nel piano. Moto curvilineo: velocità e accelerazione. Moto con accelerazione costante: moto dei proiettili. Componenti tangenziale e normale dell'accelerazione. Moto circolare: velocità angolare e accelerazione, moto curvilineo generale in un piano. Moti relativi: sistemi di riferimento. Teoremi delle velocità e accelerazione relative. Moto di trascinamento rettilineo uniforme e accelerato, moto di trascinamento rotatorio uniforme.

Dinamica del punto

Il principio d'inerzia. Leggi di Newton. Quantità di moto. Impulso. Principio di conservazione della quantità di moto. Forze: forza peso, forze di attrito, forza elastica, tensione dei fili,reazioni vincolari. Piano Inclinato. Pendolo semplice. Forze Centripete. Forze centrali. Momento angolare. Oscillatore armonico.

Lavoro ed energia

Lavoro, potenza, energia cinetica. Lavoro della forza peso, di una forza elastica, di una forza di attrito radente. Forze conservative e non conservative. Energia potenziale, conservazione dell'energia meccanica. Moto rettilineo sotto l'azione di forze conservative e non conservative. Equilibrio.

Dinamica dei sistemi di punti materiali

Moto del centro di massa. Momento angolare. Energia cinetica. Conservazione dell'energia. Urti tra punti materiali.

Dinamica del corpo rigido

Definizione di corpo rigido. Moto di un corpo rigido. Momento angolare. Momento di inerzia e calcolo del momento di inerzia di un corpo rigido. Equazione del moto rotatorio di un corpo rigido, energia cinetica di rotazione. Calcolo di momenti d'inerzia. Teorema di Huygens-Steiner.

Termodinamica

Stato di un sistema e sue trasformazioni. Primo principio della termodinamica. Trasformazioni termodinamiche. Gas ideali: equazione di stato dei gas perfetti, trasformazioni di un gas: lavoro, energia interna, calori specifici. Studio di alcune trasformazioni (adiabatica, isoterma, isobara, isocora). Trasformazioni cicliche. Cicli di Carnot, Stirling, Otto, Diesel. Secondo principio della termodinamica: enunciati, cicli reversibili ed irreversibili. Entropia. Esempi di calcolo di variazioni di entropia. Entropia del gas ideale.

Fluidodinamica

Generalità sui fluidi. Pressione. Equilibrio Statico. Equilibrio in presenza della forza peso. Principio di Archimede. Liquidi in rotazione. Attrito interno. Fluidi ideali e reali. Moto di un fluido. Regime stazionario. Portata. Teorema di Bernoulli. Applicazioni del teorema di Bernoulli, Moto laminare e vorticoso. Effetto Magnus e portanza. Fenomeni di Superficie. Fenomeni di Capillarità.

Elettromagnetismo

Carica Elettrica. Legge di Coulomb. Legge di Lorentz. Campo Elettrico. Sorgenti di campo elettrico. Condensatori. Magnetismo. Sorgenti di campo magnetico. Equazioni di Maxwell. Onde elettromagnetiche. Circuiti elettrici: cenni.

Fisica Atomica e delle radiazioni: cenni. Radiazione di corpo nero. Radiazione solare. Cenni di fisica atomica e delle radiazioni.

Mazzoldi, Nigro, Voci. Fisica Volume 1. EdiSES.

Lo studente dovrà conoscere i fondamenti di elettromagnetismo e struttura della materia.

Il corso consiste in lezioni teoriche e numerose esperienze di laboratorio che mirano a fornire allo studente conoscenze specialistiche delle tecniche fisiche piu' utilizzate per il monitoraggio ambientale e dei beni culturali. Include le tecniche di rivelazione dei raggi X, gamma e delle particelle retrodiffuse prodotte da acceleratori di tipo tandem, lo studio anche sperimentale di isotopi radioattivi, la datazione con il radiocarbonio dei materiali organici, e le tecniche ottiche per la diagnostica di affreschi, dipinti e quelle per il monitoraggio del particolato atmosferico.

Gli obiettivi formativi del Corso sono quelli di fornire allo studente conoscenze specialistiche sulle tecniche fisiche piu' utilizzate per la diagnostica del patrimonio culturale e per il monitoraggio ambientale.

l corso consisterà di lezioni teoriche in aula integrate da numerose esperienze effettuate nei laboratori del CEDAD - Centro di Fisica Applicata, DAtazione e Diagnostica.

L'esame consisterà in un elaborato scritto e in una presentazione tenuta dallo studente su uno degli argomenti del corso.

Le date degli appelli sono disponibili sul portale degli studenti.

FISICA DEI RAGGI X

La scoperta dei raggi X. Interazione ione-materia. Raggi X caratteristici e radiazione di Bremsstrahlung.  Probabilità delle transizioni radiative. Larghezza naturale delle transizioni L e K. Elettroni Auger.

 

LA TECNICA XRF

Sorgenti di raggi X. Fluorescenza X a dispersione di lunghezza d’onda e a dispersione di energia.  Strumentazione. Analisi quantitativa e qualitativa. Rivelatori a semiconduttore. Elettronica di rivelazione.  Interpretazione dello spettro. Metodi di processing delle spettro dei raggi X caratteristici e continui.  Analisi di campioni massivi e sottili.  Esperienze di laboratorio.

 

TECNICHE DI ANALISI CON FASCI IONICI

Principi di analisi con fasci ionici. Produzione del fascio di ioni. Selezione e controllo del fascio. Interazione delle particelle cariche con la materia. Stopping Power. Formula di Bethe. Acceleratori di particelle. Acceleratori tandem. Ottiche di focalizzazione del fascio. Straggling in energia. Programmi di simulazione. La tecnica PIXE in vuoto e in aria. Sezione d’urto della produzione di raggi x. Limiti di rivelabilità. Artefatti nei rivelatori. Picchi di escape, pile-up, picchi somma, Efficienza del rivelatore. Tempo morto.  PIXE differenziale. La tecnica RBS. Il fattore cinematico. Energy loss e stopping cross section. Regola di Bragg. Interpretazione dello spettro Spettro RBS. Esperienze di laboratorio.

 

FENOMENI RADIOATTIVI

La struttura del nucleo. Energie di legame del nucleo. Decadimenti alfa, beta, gamma, cattura elettronica. Elementi di radioattività. Isotopi stabili e radioattivi. Decadimento radioattivo. Tecniche di misura degli isotopi radioattivi. Radioattività naturale. La spettrometria di massa con acceleratore. Il metodo del radiocarbonio. Generazione e assorbimento del radiocarbonio. Frazionamento isotopico. La datazione con il radiocarbonio. Preparazione chimica dei campioni per la datazione. Esperienze di laboratorio.

 

SPETTROMETRIA GAMMA

Origine della radiazione gamma. Assorbimento della radiazione gamma.  Rivelatori a Na(I) e HPGE. Risoluzione energetica e FWHM. Le sorgenti della radiazione di fondo. Radioattività nei materiali comuni. La radiazione di fondo. Materiali per schermature.

Rivelatori a scintillazione. Scintillatori organici e inorganici. Analisi della forma dell’impulso. Spettrometria gamma. Elementi caratteristici dello spettro gamma.  Esperienze di laboratorio.

 

PARTICOLATO ATMOSFERICO

Caratteristiche del particolato atmosferico. Campionamento del particolato. Normativa europea. Il Radon. Sorgenti del Radon. Radioattività ambientale. Radionuclidi primordiali.  Misure attive e passive. Esperienza di laboratorio.

 

TECNICHE OTTICHE

Lo spettro elettromagnetico. Assorbimento stimolato, emissione stimolata, emissione spontanea. Coerenza spaziale e temporale. Lo sviluppo dei laser.  Vari tipi di laser. Laser in continua e impulsati. Il MOPO. Etalometri. Nefelometri. Esperienze di laboratorio.

 

SPETTROSCOPIA INFRAROSSA E ULTRAVIOLETTA

Radiazione infrarossa.  Principi della riflettografia infrarossa. Strumentazione. Riflettografia a colori. Applicazioni alla diagnostica dei dipinti. Termografia infrarossa. Cenni storici. Rivelatori di radiazione. Radiazione da corpo nero. Legge di Wien. Legge di Stefan Boltzman. Irraggiamento termico. Termocamere. Tecniche attive e passive.  Applicazioni ai beni culturali. Indagini su manufatti architettonici. Calibrazione delle immagini termografiche. Vantaggi e limiti. La fluorescenza UV.  Vantaggi della tecnica. Lampade di Wood. Fluorescenza UV digitale. Applicazioni. Esperienza di laboratorio.

 

SPETTROSCOPIA RAMAN.

Effetto Raman. Scattering Rayleigh, Stokes e anti-Stokes. Apparato sperimentale. Filtri notch. MicroRaman. Raman risonante. Surface Enhanced Raman spectroscopy. Applicazioni ai beni culturali e ambientali. Esperienza di laboratorio.

 

IL LIDAR

Cenni storici. Principio di funzionamento. I sistemi LIDAR per la misura della temperatura. Lidar Raman. I vantaggi della tecnica Lidar.  Tecnica di depolarizzazione. Tecnica DIAL. LiDAR e RADAR.  Accuratezza del Lidar. Esperienza di laboratorio.

Particle Induced X-Ray Emission Spectrometry, E. Johansson, J. Campbell, K. Malmqvist

Radiation detection and measurements, F. Knoll

Living with Radiation, P. Frame and W. Kolb

Archeometria: Un'introduzione ai metodi fisici in archeologia e storia dell'arte, U. Leute

Fluorescenza X, C.Seccaroni, P. Moioli

Lo studente dovrà conoscere i fondamenti di elettromagnetismo e struttura della materia.

Il corso consiste in lezioni teoriche e numerose esperienze di laboratorio che mirano a fornire allo studente conoscenze specialistiche delle tecniche fisiche piu' utilizzate per il monitoraggio ambientale e dei beni culturali. Include le tecniche di rivelazione dei raggi X, gamma e delle particelle retrodiffuse prodotte da acceleratori di tipo tandem, lo studio anche sperimentale di isotopi radioattivi, la datazione con il radiocarbonio dei materiali organici, e le tecniche ottiche per la diagnostica di affreschi, dipinti e quelle per il monitoraggio del particolato atmosferico.

Gli obiettivi formativi del Corso sono quelli di fornire allo studente conoscenze specialistiche sulle tecniche fisiche piu' utilizzate per la diagnostica del patrimonio culturale e per il monitoraggio ambientale.

l corso consisterà di lezioni teoriche in aula integrate da numerose esperienze effettuate nei laboratori del CEDAD - Centro di Fisica Applicata, DAtazione e Diagnostica.

L'esame consisterà in un elaborato scritto e in una presentazione tenuta dallo studente su uno degli argomenti del corso.

Le date degli appelli sono disponibili sul portale degli studenti.

FISICA DEI RAGGI X

La scoperta dei raggi X. Interazione ione-materia. Raggi X caratteristici e radiazione di Bremsstrahlung.  Probabilità delle transizioni radiative. Larghezza naturale delle transizioni L e K. Elettroni Auger.

 

LA TECNICA XRF

Sorgenti di raggi X. Fluorescenza X a dispersione di lunghezza d’onda e a dispersione di energia.  Strumentazione. Analisi quantitativa e qualitativa. Rivelatori a semiconduttore. Elettronica di rivelazione.  Interpretazione dello spettro. Metodi di processing delle spettro dei raggi X caratteristici e continui.  Analisi di campioni massivi e sottili.  Esperienze di laboratorio.

 

TECNICHE DI ANALISI CON FASCI IONICI

Principi di analisi con fasci ionici. Produzione del fascio di ioni. Selezione e controllo del fascio. Interazione delle particelle cariche con la materia. Stopping Power. Formula di Bethe. Acceleratori di particelle. Acceleratori tandem. Ottiche di focalizzazione del fascio. Straggling in energia. Programmi di simulazione. La tecnica PIXE in vuoto e in aria. Sezione d’urto della produzione di raggi x. Limiti di rivelabilità. Artefatti nei rivelatori. Picchi di escape, pile-up, picchi somma, Efficienza del rivelatore. Tempo morto.  PIXE differenziale. La tecnica RBS. Il fattore cinematico. Energy loss e stopping cross section. Regola di Bragg. Interpretazione dello spettro Spettro RBS. Esperienze di laboratorio.

 

FENOMENI RADIOATTIVI

La struttura del nucleo. Energie di legame del nucleo. Decadimenti alfa, beta, gamma, cattura elettronica. Elementi di radioattività. Isotopi stabili e radioattivi. Decadimento radioattivo. Tecniche di misura degli isotopi radioattivi. Radioattività naturale. La spettrometria di massa con acceleratore. Il metodo del radiocarbonio. Generazione e assorbimento del radiocarbonio. Frazionamento isotopico. La datazione con il radiocarbonio. Preparazione chimica dei campioni per la datazione. Esperienze di laboratorio.

 

SPETTROMETRIA GAMMA

Origine della radiazione gamma. Assorbimento della radiazione gamma.  Rivelatori a Na(I) e HPGE. Risoluzione energetica e FWHM. Le sorgenti della radiazione di fondo. Radioattività nei materiali comuni. La radiazione di fondo. Materiali per schermature.

Rivelatori a scintillazione. Scintillatori organici e inorganici. Analisi della forma dell’impulso. Spettrometria gamma. Elementi caratteristici dello spettro gamma.  Esperienze di laboratorio.

 

PARTICOLATO ATMOSFERICO

Caratteristiche del particolato atmosferico. Campionamento del particolato. Normativa europea. Il Radon. Sorgenti del Radon. Radioattività ambientale. Radionuclidi primordiali.  Misure attive e passive. Esperienza di laboratorio.

 

TECNICHE OTTICHE

Lo spettro elettromagnetico. Assorbimento stimolato, emissione stimolata, emissione spontanea. Coerenza spaziale e temporale. Lo sviluppo dei laser.  Vari tipi di laser. Laser in continua e impulsati. Il MOPO. Etalometri. Nefelometri. Esperienze di laboratorio.

 

SPETTROSCOPIA INFRAROSSA E ULTRAVIOLETTA

Radiazione infrarossa.  Principi della riflettografia infrarossa. Strumentazione. Riflettografia a colori. Applicazioni alla diagnostica dei dipinti. Termografia infrarossa. Cenni storici. Rivelatori di radiazione. Radiazione da corpo nero. Legge di Wien. Legge di Stefan Boltzman. Irraggiamento termico. Termocamere. Tecniche attive e passive.  Applicazioni ai beni culturali. Indagini su manufatti architettonici. Calibrazione delle immagini termografiche. Vantaggi e limiti. La fluorescenza UV.  Vantaggi della tecnica. Lampade di Wood. Fluorescenza UV digitale. Applicazioni. Esperienza di laboratorio.

 

SPETTROSCOPIA RAMAN.

Effetto Raman. Scattering Rayleigh, Stokes e anti-Stokes. Apparato sperimentale. Filtri notch. MicroRaman. Raman risonante. Surface Enhanced Raman spectroscopy. Applicazioni ai beni culturali e ambientali. Esperienza di laboratorio.

 

IL LIDAR

Cenni storici. Principio di funzionamento. I sistemi LIDAR per la misura della temperatura. Lidar Raman. I vantaggi della tecnica Lidar.  Tecnica di depolarizzazione. Tecnica DIAL. LiDAR e RADAR.  Accuratezza del Lidar. Esperienza di laboratorio.

Particle Induced X-Ray Emission Spectrometry, E. Johansson, J. Campbell, K. Malmqvist

Radiation detection and measurements, F. Knoll

Living with Radiation, P. Frame and W. Kolb

Archeometria: Un'introduzione ai metodi fisici in archeologia e storia dell'arte, U. Leute

Fluorescenza X, C.Seccaroni, P. Moioli

•Sistemi di riferimento in coordinate cartesiane, polari e cilindriche.

•Trigonometria

•Calcolo vettoriale

•Integrali  e differenziali

•Fisica 1

•Analisi

Il corso di fisica II riguarda l’elettromagnetismo fino all’introduzione alle onde elettromagnetiche. L’obiettivo del corso è fornire gli elementi di base dell’elettromagnetismo (Forza di Coulomb, Campo
Elettrico, Potenziale Elettrico, Capacità, Corrente, Campo Magnetico, Forza di Lorentz, leggi di Biot-Savart, Faraday e Ampère) per arrivare a capire le equazioni di Maxwell e quindi le Onde Elettromagnetiche. 

Conoscenze e comprensione: Possedere una solida preparazione con un ampio spettro di conoscenze di base dell’elettromagnetismo dalla legge di Coulomb alle equazioni di Maxwell.
Capacità di applicare conoscenze e comprensione: essere in grado di analizzare e risolvere problemi di moderata difficoltà, essere capaci di leggere e comprendere, in modo autonomo, testi di
base di elettromagnetismo.
Autonomia di giudizio. L’esposizione dei contenuti e delle argomentazioni sarà svolta in modo da migliorare la capacità dello studente di riconoscere analizzare, in autonomia, situazioni anche elaborate in cui sono coinvolti campi e forze elettromagnetici.
Abilità comunicative. La presentazione degli argomenti sarà svolta in modo da consentire l’acquisizione di una buona capacità di comunicare problemi, idee e soluzioni riguardanti l’elettromagnetismo, sia in forma scritta che orale.
Capacità di apprendimento. Saranno indicati argomenti da approfondire, strettamente correlati con l’insegnamento, al fine di stimolare la capacità di apprendimento autonomo dello studente.

I metodi didattici del corso consistono in lezioni frontali corredate da esercitazioni.

Esame scritto con esercizi e domande teoriche. Possibile l'integrazione con una prova orale per miglioramento dell'esito dello scritto (solo con votazione allo scritto superiore a 15).Tale modalità è coerente con gli obiettivi formativi che prevedono la capacità di risolvere problemi di elettromagnetismo e la capacità di esprimere concetti teorici di elettromagnetismo.

• La Legge di Coulomb
• Il Campo Elettrico
• Legge di Gauss
• Applicazioni della Legge di Gauss
• Potenziale Elettrostatico
• Capacità e Condensatori
• Dielettrici
• Corrente elettrica e Legge di Ohm
• Circuiti e Leggi di Kirchoff
• Il Campo Magnetico
• La Legge di Biot-Savart
• La Legge di Ampere
• La Legge di Faraday
• Campi Magnetici nella materia
• Induttanza
• La corrente di spostamento e le equazioni di Maxwell
• Introduzione alle Onde Elettromagnetiche

Testo di riferimento:

Serway Jewett, Fisica per Scienze ed Ingegneria Volume secondo - Edises

Approfondimenti da:

P. Mazzoldi - M. Nigro - C. Voci,  Elementi di Fisica - Elettromagnetismo e onde - Edises

- Sistemi di riferimento in coordinate cartesiane, polari e cilindriche.

- Trigonometria

- Calcolo vettoriale

- Integrali e differenziali

- Fisica 1

- Analisi

Il corso di fisica II riguarda l’elettromagnetismo fino all’introduzione alle onde elettromagnetiche. L’obiettivo del corso è fornire gli elementi di base dell’elettromagnetismo (Forza di Coulomb, Campo Elettrico, Potenziale Elettrico, Capacità, Corrente, Campo Magnetico, Forza di Lorentz, leggi di Biot-Savart, Faraday e Ampère) per arrivare a capire le equazioni di Maxwell e quindi le Onde Elettromagnetiche. 

Conoscenze e comprensione: Possedere una solida preparazione con un ampio spettro di
conoscenze di base dell’elettromagnetismo dalla legge di Coulomb alle equazioni di Maxwell.
Capacità di applicare conoscenze e comprensione: essere in grado di analizzare e risolvere
problemi di moderata difficoltà, essere capaci di leggere e comprendere, in modo autonomo, testi di
base di elettromagnetismo.
Autonomia di giudizio. L’esposizione dei contenuti e delle argomentazioni sarà svolta in modo da
migliorare la capacità dello studente di riconoscere analizzare, in autonomia, situazioni anche elaborate in cui sono
coinvolti campi e forze elettromagnetici.
Abilità comunicative. La presentazione degli argomenti sarà svolta in modo da consentire
l’acquisizione di una buona capacità di comunicare problemi, idee e soluzioni riguardanti
l’elettromagnetismo, sia in forma scritta che orale.
Capacità di apprendimento. Saranno indicati argomenti da approfondire, strettamente correlati con
l’insegnamento, al fine di stimolare la capacità di apprendimento autonomo dello studente.

I metodi didattici del corso consistono in lezioni frontali corredate da esercitazioni.

Esame scritto con esercizi e domande teoriche. Possibile l'integrazione con una prova orale per miglioramento dell'esito dello scritto (solo con votazione allo scritto superiore a 15).Tale modalità è coerente con gli obiettivi formativi che prevedono la capacità di risolvere problemi di elettromagnetismo e la capacità di esprimere concetti teorici di elettromagnetismo.

• La Legge di Coulomb
• Il Campo Elettrico
• Legge di Gauss
• Applicazioni della Legge di Gauss
• Potenziale Elettrostatico
• Capacità e Condensatori
• Dielettrici
• Corrente elettrica e Legge di Ohm
• Circuiti e Leggi di Kirchoff
• Il Campo Magnetico
• La Legge di Biot-Savart
• La Legge di Ampere
• La Legge di Faraday
• Campi Magnetici nella materia
• Induttanza
• La corrente di spostamento e le equazioni di Maxwell
• Introduzione alle Onde Elettromagnetiche

Testo di riferimento:

Serway Jewett, Fisica per Scienze ed Ingegneria Volume secondo - Edises

Approfondimenti da:

P. Mazzoldi - M. Nigro - C. Voci,  Elementi di Fisica - Elettromagnetismo e onde - Edises