Italiano

Questo corso fornisce le basi per la comprensione delle leggi della fisica applicata in campo ambientale. Si dà particolare enfasi alle sezioni che riguardano la produzione di energia, le emissioni ed il trasposto degli inquinanti nell'ambiente e i problemi ambientali globali quali i cambiamenti climatici e il buco dell'ozono.
Si comincia con lo studio dei meccanismi principali di produzione energetica tradizionale. Questo porta ad affrontare le fonti di emissione di inquinanti e la dispersione di questi ultimi nell'ambiente. Questi processi sono la causa di alcuni tra i più importanti problemi di carattere ambientale che l'umanità si trova a dover affrontare: i cambiamenti climatici ed il buco dell'ozono. Nella seconda parte del corso si affrontano i metodi di produzione dell'energia più innovativi ed il loro impatto sull'ambiente.

Testo di riferimento:
• E. Boeker & R. van Grondelle. Environmental Physics. Wiley
Altra bibliografia:
• Corso online sulla piattaforma di e-learning di Ateneo
• Presentazioni ppt usate dal docente durante le lezioni e caricate su sharepoint
• C. Smith: "Environmental Physics" - Routledge (Taylor & Francis)
• R.A. Inrichs, M. Kleinbach: "Energy" - Thomson learning
• P. Hoffman: "Tomorrow's Energy" - The MIT press

- 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 e propedeuticità: nessuno

Modalità di svolgimento: lezioni ed esercitazioni numeriche in aula, con possibilità di seguire la lezione da remoto tramite Microsoft Teams, esperienze dimostrative in laboratorio

Prova scritta: elaborato scientifico. Prova finale orale.

Durante il corso sarà a disposizione del Materiale didattico scaricabile dalla piattaforma di e-learning di Ateneo e dallo sharepoint del docente

Flusso di energia e materia in un ecosistema, Sostenibilità energetica, Fornitura di energia nella società, Cicli ideali, Motore a combustione interna/Cicli Otto-Diesel, Ciclo frigorifero ideale, Ciclo frigorifero reale, Fluido frigorigeno, Ciclo frigorifero ad assorbimento, Inquinamento atmosferico, Inquinamento da macchine termiche, Ossidi di azoto, Ciclo biogeochimico dell'azoto, Biossido di zolfo, Monossido di carbonio, Aerosol o particolato, Composti organici volatili, Ozono troposferico, Smog, Inquinamento termico e normativa, Esposizione all'inquinamento atmosferico, L'automobile privata, I carburanti per l'auto, Marmitta catalitica, Gas ad effetto serra, Radiative forcing, Ciclo del carbonio, Alterazione antropogenica del ciclo del carbonio, Adattamento vs mitigazione, Auto elettrica, Auro ibrida, Prima legge della diffusione di Fick, Equazione di continuità e avvezione, Seconda legge della diffusione di Fick, Sorgente piana istantanea in 3D, Nuvola di dimensioni finite, Sorgente istantanea lineare o puntiforme in 3D, Sorgente continua in 3D, Sorgente puntiforme istantanea in 3D in vento uniforme, Sorgente puntiforme continua in 3D in vento uniforme, Presenza di barriere, Dispersione di inquinanti nei fiumi, Turbolenza, Dispersione degli inquinanti in acque sotterranee, Tensore degli sforzi, Equazione di Navier-Stokes, Nuvola gaussiana nell'atmosfera, Sorgente puntiforme continua e dispersione da un camino, Spettro della radiazione elettromagnetica, Spettro del corpo nero, Spettro di emissione del sole, Coefficienti di Einstein, Legge di Lambert-Beer, Radiazione ultravioletta e biomolecole,Danni causati dai raggi UV agli organismi viventi, La protezione del filtro dello strato di ozono, Il protocollo di Montreal, Clima e cambiamenti climatici, Struttura verticale dell'atmosfera, Gradiente termico verticale dell'atmosfera, Moti orizzontali dell'atmosfera, Moto dell'oceano, Flusso solare, Bilancio radiativo ed effetto serra, Cambiamenti estremi del bilancio radiativo, Trasferimento radiativo, Modello di variazione lineare della radiazione emessa con la quota, Gas ad effetto serra, Dinamica del sistema climatico, Variabilità climatica naturale, Modelli climatici, Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), Il contesto politico, Energie rinnovabili, Energia dal sole, Efficientamento energetico, Impianti a concentrazione solare, Trasmissione del calore, Solare termico, Fotovoltaico, Eolico, Idroelettrico, Biomassa, Energia nucleare, Fissione nucleare, Decadimento Radioattivo, Sezione d'urto, Formula a quattro fattori, Sicurezza, Fusione nucleare, Effetti biologici delle radiazioni ionizzanti, Scorie radioattive

Italian

This module provides knowledge and understanding of the basic laws of Physics applied to the environment. Particular emphasis is given to the sections about energy production, emission and dispersion of pollutants in the environment and global environmental problems such as climate change and the ozone depletion.
We begin by studying the traditional methods of energy production and their emission of pollutants. After that, we focus on the dispersion of those pollutants in the environment. These processes are the cause of very important environmental problems such as climate change and the ozone hole. In the second part of the module, we will study some innovative methods of energy production and their impact on the environment.

Recommended textbook:
• E. Boeker & R. van Grondelle. Environmental Physics. Wiley
Learning resources:
• Online lectures on the Unicampania e-learning environment
• Power point slides used by the lecturer during the lectures and loaded on sharepoint
• C. Smith: "Environmental Physics" - Routledge (Taylor & Francis)
• R.A. Inrichs, M. Kleinbach: "Energy" - Thomson learning
• P. Hoffman: "Tomorrow's Energy" - The MIT press

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: none

Pedagogy: lectures, exercises, practicals. It is possible to follow the lectures in person or from remote via Microsoft teams

Written test: scientific paper. Final exam (oral)

Additional learning resources will be provided during the module on the Unicampania e-learning environment and on the lecturer's sharepoint

Energy and matter flow in an ecosystem, Energy sustainability, Energy supply in society, Ideal cycles, Internal combustion engine / Otto-Diesel cycles, Ideal refrigeration cycle, Real refrigeration cycle, Refrigerant fluid, Absorption refrigeration cycle, Air pollution, Pollution by thermal machines, Nitrogen oxides, Biogeochemical nitrogen cycle, Sulfur dioxide, Carbon monoxide, Aerosol or particulates, Volatile organic compounds, Ground-level ozone, Smog, Thermal and regulatory pollution, Exposure to atmospheric pollution, The private car, Automotive fuels, Catalytic converter, Greenhouse gas, Radiative forcing, Carbon cycle, Anthropogenic alteration of the carbon cycle, Adaptation vs mitigation, Electric car, Hybrid vehicle, First law of the diffusion of Fick, Equation of continuity and advection, Fick's second law of diffusion, 3D instantaneous flat source, Finite size cloud, Instantaneous 3D linear point source, 3D continuous source, 3D instantaneous point source in uniform wind, 3D continuous point source in uniform wind, Presence of barriers, Dispersion of pollutants in rivers, Turbulence, Dispersion of pollutants in groundwater, Stress tensor, Navier-Stokes equation, Gaussian cloud in the atmosphere, Continuous point source and dispersion from a chimney, Electromagnetic radiation spectrum, Black body spectrum, Sun emission spectrum, Einstein coefficients, Lambert-Beer law , Ultraviolet radiation and biomolecules, Damage caused by UV rays to living organisms, The protection of the ozone layer filter, The Montreal protocol, Climate and climate change, Vertical structure of the atmosphere, Vertical thermal gradient of the atmosphere, Horizontal motions of the atmosphere, Ocean motion, Solar flux, Radiative and greenhouse balance, Extreme changes in the radiative balance, Radiative transfer, Model of linear variation of the radiation emitted with the altitude, Greenhouse gas, Climate system dynamics, Natural climate variability, Climate models, Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), The political context, Renewable energy, Energy from the sun, Energy efficiency, Solar concentration systems, Heat transmission, Solar thermal, Photovoltaic, Wind, Hydroelectric, Biomass, Nuclear energy, Nuclear fission, Radioactive decay, Cross section, Four-factor formula, Safety, Nuclear fusion, Biological effects of ionizing radiation, radioactive waste