Fisica applicata

A.A. 2016/2017
Insegnamento per
9
Crediti massimi
84
Ore totali
Lingua
Italiano
Obiettivi formativi
Lo scopo di questo corso è duplice:
consolidare le basi concettuali indispensabili per la comprensione dei fenomeni molecolari e biomolecolari e delle tecnologie. Particolare enfasi verrà data alla termodinamica e al corretto uso del concetto di energia;
introdurre le nozioni di base relative alla fluorescenza e alla microscopia ottica, consentendo con ciò una corretta comprensione di alcune metodologie di base dell'ambito biotecnologico.
Nel corso lo studente: (a) conosce le grandezze fisiche principali di rilevanza nel contesto delle Biotecnologie, con particolare enfasi alle grandezze termodinamiche, e le loro unità di misura; (b) impara a gestire quantitativamente tali grandezze all'interno di problemi esemplificativi; (c) impara le basi fisiche e tecnologiche della microscopia ottica e della fluorescenza.

Struttura insegnamento e programma

Edizione attiva
Esercitazioni: 24 ore
Lezioni: 60 ore
Programma
INTRODUZIONE ALLA DESCRIZIONE QUANTITATIVA DEI MOTI
Introduzione alle grandezze fisiche e corretto uso delle loro trasformazioni
Descrizione del moto dei corpi: dimensionalità, velocità, accelerazione, scomposizione del moto secondo assi ortogonali, moto parabolico, gittata
Le tre leggi della dinamica, definizione di massa e forza
Introduzione a diversi tipi di forza: forza peso, forza attrito statico e dinamico, reazione vincolare, forza elastica
Introduzione alla descrizione dei fluidi: pressione in un fluido, legge di Stevino, forza di Archimede, forza di attrito viscoso (definizione e forza di attrito viscoso su una sfera)
Lavoro delle forze
Teorema dell'energia cinetica
Forze conservative e non conservative
Energia potenziale (con esemplificazioni per forza peso e forza elastica)
Conservazione e dissipazione dell'energia meccanica, definizione di potenza

TERMODINAMICA
Principio zero della termodinamica: contatto termico
Termometri e definizione di scala termometrica (Kelvin e Celsius)
Calore e caloria
Contatto termico ed equilibrio termico
Equazione di stato dei gas perfetti
Teoria cinetica dei gas (descrizione miscoscopia della temperatura, principio di equipartizione dell'energia)
Equilvalenza lavoro-calore (esperimento di Joule)
Primo principio della termodinamica
Trasformazioni dei gas perfetti (isoterma, isobara, isocora, adiabatica)
Energia interna e potenziale di interazione
Termalizzazione e distribuzione dell'energia di Boltzmann (dinamica attivata)
Random walk (e random chain) e diffusione (coefficiente di diffusione, legge di Fick)
Secondo principio della termodinamica (Clausius, Kelvin)
Ciclo di Carnot, macchina termica e rendimento
Definizione di entropia
Processi irreversibili in un sistema isolato (espansione libera, termalizzazione di due corpi a contatto), rendimento di macchine con processi irreversibili, lavoro perso e degrado energia
Descrizione statistica dell'entropia (spazio delle configurazioni e delle velocita')
Energia libera

ELETTROSTATICA E OTTICA
Carica elettrica e forza di Coulomb,
Energia potenziale elettrostatica, campo elettrico, potenziale elettrico
Isolanti e conduttori (metallici ed elettrolitici)
Corrente elettrica, resistenza, legge di Ohm globale e locale
Effetto Joule
Natura della radiazione elettromagnetica, frequenza, velocita' di propagazione, lunghezza d'onda, vettor d'onda
Spettro della radiazione, radiazione luminosa, potenza della radiazione
Polarizzazione
Indice di rifrazione, rifrazione, riflessione totale

BASI FISICHE DI FLUORESCENZA E MICROSCOPIA OTTICA
Introduzione al concetto di immagine ottica e formazione di immagine tramite lenti. Lenti convergenti e divergenti. Immagini reali e virtuali. Aberrazioni delle lenti (aberrazione cromatica, sferica, di curvatura di campo).
Proprietà principali delle sorgenti di luce di uso comune (lampada a incandescenza, ad arco, led e laser) e dei rivelatori di luce (fotodiodi, CCD, fototubi).
Introduzione allo spettro della luce. Metodi di discriminazione dello spettro in lunghezza d'onda (filtri dicroici e reticoli di diffrazione).
Introduzione alle misure spettrali e struttura di base dello spettrofotometro.
Introduzione alla fluorescenza e struttura di base dei fluorimetri. Introduzione alla FRET.
Introduzione alla struttura dei microscopi ottici: componenti e geometrie dei miscroscopi ottici; piani coniugati.
Ingrandimento e risoluzione. Ruolo dell'apertura numerica nella risoluzione.
Illuminazione nel microscopio. Utilizzo del condensatore.
Microscopia in campo chiaro e campo scuro, microscopia fluorescente, microscopia polarizzata, microscopia a contrasto di fase.
Prerequisiti e modalità di esame
La prova d'esame è scritta.
Verranno proposti quattro problemi quantitativi e due domande aperte di teoria.
Materiale didattico e bibliografia
Sul sito del corso sarà disponibile un elenco molto dettagliato degli argomenti del corso, con commenti ed approfondimenti.
Tale elenco serve per reperire materiale di studio sugli argomenti trattati all'interno di testi universitari di fisica.
Non c'è un testo unico di riferimento, poiché gli argomenti trattati si trovano con facilità in tutti i testi universitari di fisica per scienze biologiche.
Periodo
Secondo semestre
Periodo
Secondo semestre
Modalità di valutazione
Esame
Giudizio di valutazione
voto verbalizzato in trentesimi
Siti didattici
Docente/i
Ricevimento:
su appuntamento