 |
Cristina LEONELLI
Professore Ordinario
Dipartimento di Ingegneria "Enzo Ferrari"
|
Insegnamento: Fisica e Chimica
Ingegneria elettronica (Offerta formativa 2023)
Obiettivi formativi
Lo scopo del corso di Chimica è di far conoscere i fondamenti delle scienze chimiche e e di fornire le competenze necessarie all'applicazione consapevole dei modelli della chimica. Il corso prevede la modalità "learning by doing" quindi la parte sperimentale svolta in laboratorio è fortemente integrata nella parte più teorica del corso. Questa modalità prevede di sviluppare la capacità di astrazione e applicazione di modelli teorici.
Il corso di Fisica si propone di fornire agli studenti le conoscenze fondamentali della fisica classica con particolare riguardo agli argomenti rilevanti per applicazioni nel campo dell'ingegneria elettronica.
Gli studenti vengono introdotti al metodo scientifico e imparano a formalizzare e risolvere problemi che coinvolgono le nozioni acquisite.
Prerequisiti
Per il corso di Chimica si richiedono le conoscenze di base di chimica, fisica e matematica acquisite nella scuola secondaria di secondo grado. Consigliato: corso universitario di Analisi matematica I (con esercizi).
Per il corso di Fisica non è previsto nessun requisito formale. Si assume che lo studente abbia conoscenze di base di algebra, geometria, trigonometria.
Programma del corso
Argomenti del corso di Chimica:
PRIMO BLOCCO CONCETTUALE: STRUTTURA E PROPRIETA’ DELLA MATERIA (2 CFU):
I componenti della materia, elementi, composti e miscele, e le loro proprietà. I legami chimici nelle molecole e nei solidi. Le forze intermolecolari: liquidi, solidi e transizioni di fase. Le molecole fondamentali per comprendere la chimica organica: struttura e reattività. Nomenclatura chimica internazionale -IUPAC.
SECONDO BLOCCO CONCETTUALE: LE SOSTANZE CHIMICHE E LE LORO TRASFORMAZIONI (1 CFU): Le proprietà dei materiali conduttori, semiconduttori e isolanti. Le basi della termochimica con cenni ai diagrammi di fase. Le proprietà dei sistemi a più componenti nei vari stati di aggregazione.
TERZO BLOCCO CONCETTUALE: REATTIVITA’ CHIMICA (3 CFU):
La relazione quantità-massa-numero nei sistemi chimici con particolare approfondimento alle reazioni di combustione. Il Principio dell'equilibrio chimico e la spontaneità dei processi gassosi ed in soluzione. Le basi dell'elettrochimica e le variazioni chimiche correlate al lavoro elettrico.
NOTE:
- Esercitazioni sui principali argomenti trattati, esercizi di autovalutazione e correzione congiunta.
- Viene fatta salva la possibilità di dedicare un tempo maggiore ad alcuni argomenti rispetto a quanto si era preventivato alla luce dei feedback degli studenti.
Argomenti del corso di Fisica:
MECCANICA
Misure e stime. Moto in una e più dimensioni. Leggi della dinamica e loro applicazione. Reazioni vincolari, forza elastica, forza di attrito. Lavoro, energia cinetica e potenziale. Conservazione dell’energia. (2 CFU).
Quantita’ di moto e conservazione della quantità di moto. Moto rotazionale. Momento angolare e leggi di conservazione. Dinamica del corpo rigido. (2 CFU)
OSCILLAZIONI E ONDE
Moto armonico semplice e smorzato. Oscillazioni forzate e risonanza. Moto ondulatorio. Sovrapposizione delle onde, riflessione, trasmissione, interferenza. (1 CFU)
ELETTROMAGNETISMO
Carica elettrica e campo elettrico. Legge di Gauss. Potenziale elettrico. Capacità e Dielettrici. (1CFU)
Correnti Elettriche e Resistenza. Circuiti in corrente continua. Magnetismo. Sorgenti del Campo Magnetico. Induzione elettromagnetica e Legge di Faraday.
Campo elettromagnetico. Onde elettromagnetiche e loro proprieta'. Spettro della radiazione elettromagnetica. (3 CFU)
Metodi didattici
Chimica
Lezioni erogate come da disposizioni di Ateneo a fronte dell’evoluzione dell'emergenza sanitaria COVID19. Se possibili, in presenza, con il supporto di slide, e il coinvolgimento degli studenti in semplici esperimenti chimici.
Qualora sia possibile accedere al laboratorio di Chimica, verranno organizzate attività per i soli iscritti al Corso di Laurea in Ingegneria Elettronica. L'attività di laboratorio è ritenuta fondamentale per il raggiungimento degli obiettivi formativi del corso. La valutazione finale si compone di due parti: una relativa alla teoria e esercizi, l'altra relativa alle attività di laboratorio. L'attività di laboratorio è valutata tramite la redazione di una relazione che lo studente può produrre solo se svolge l'attività, anche in momenti differenti rispetto all'orario ufficiale (vale a dire durante il recupero delle ore di laboratorio). In assenza di questa relazione il voto è definito solo dalla parte di teoria e esercizi e non può superare 28/30.
Fisica
Lezioni frontali tramite slide sulla teoria ed esercitazioni di applicazione della teoria. Sara' garantita l'erogazione asincrona a distanza (registrazione) per tutti; in base alla evoluzione dell'emergenza sanitaria COVID19 e alle specificita' delle attivita' didattiche verra' valutata l'erogazione anche in presenza.
Testi di riferimento
Chimica
L. Barbieri et al., Quaderno di Esperienze nel Laboratorio di Chimica-con note sulla sicurezza-Edizioni print on demand di Lulu.com.
L. Barbieri et al., Quaderno di Esperienze nel Laboratorio di Chimica per L'Ingegneria Elettronica ed Informatica-con note sulla sicurezza- E-Book di Lulu.com.
F. C.Nobile, P. Mastrorilli-La chimica di base con esercizi -Casa Editrice Ambrosiana.
A. Munari, R.A. Michelin-Fondamenti di Chimica-CEDAM
Oxtoby, Gillis, Nachtrieb - Chimica Moderna - EdiSeS.
Whitten, Davis,Peck, Stanley-Chimica - Piccin Editore.
Fisica
P. Mazzoldi, M. Nigro, C. Voci "Meccanica e Termodinamica", EdiSES, ISBN 978-88-7959-418-9
P. Mazzoldi, M. Nigro, C. Voci, "Elettromagnetismo e Onde", EdiSES, ISBN 978-88-7959-478-3
Verifica dell'apprendimento
Chimica
La metodologia applicata per la valutazione dell’apprendimento avviene durante tutto il corso perché nelle lezioni frontali agli studenti viene richiesto di svolgere semplici problemi in aula. Si persegue anche la strada dell’autovalutazione proponendo una prova scritta a metà corso e a fine corso, prove che vengono poi corrette e discusse in aula.
La modalità di esame prevede uno scritto con esercizi numerici e domande di teoria in formato di quiz a scelta multipla nelle quali si chiede allo studente di svolgere esercizi numerici che vertono sui seguenti argomenti: 1) bilanciamento e rese di reazioni. 2) Nomenclatura IUPAC e tradizionale di composti inorganici. Nomenclatura tradizionale di comuni composti organici. 3) L'equilibrio chimico omogeneo in fase gassosa. Relazioni tra le costanti termodinamiche. 4)Il calcolo del pH per acidi e basi monoprotiche sia forti che deboli. 5) Il prodotto di solubilità. 6) Le reazioni di ossido riduzione e l'utilizzo della Tavola dei potenziali standard di riduzione. Il passaggio dalla redox alla realizzazione di una pila e l'equazione di Nernst.
Il quiz è proposto on line sulla piattaforma dolly dell'insegnamento.
È previsto anche un esame orale nel quale viene chiesto allo studente di presentare i modelli della chimica moderna e di discuterli mediante esempi applicati ai diversi settori dell’ingegneria.
Gli esami orali potrebbero essere svolti in presenza o a distanza a seconda dell'evoluzione della situazione COVID19.
Fisica
La verifica dell’apprendimento avverra’ mediante esame scritto che comporta: i) la risoluzione di problemi di fisica, con risultati numerici e ii) trattazione di alcuni argomenti teorici del programma proposti dal docente.
I parametri di valutazione sono costituiti da: le conoscenze e la capacità di comprensione degli argomenti di Fisica trattati durante il corso, l'applicazione di tali consocenze e comprensione per la risoluzione dei problemi e per l'esposizione degli argomenti.
Il punteggio massimo per ciascun problema o domanda di teoria dipenderà dalla sua lunghezza e difficoltà, e in generale sarà non superiore a 11 punti. Il punteggio massimo totale raggiungibile sarà di poco superiore ai 30 punti. In caso di punteggio totale superiore a 30 punti sarà assegnata la lode.
Le prove di esame potrebbero essere svolte in presenza o a distanza, ed eventualmente integrate con o sostituite da una prova orale, a seconda dell'evoluzione della situazione sanitaria COVID-19.
La durata complessiva della prova è circa di due ore e 45 minuti.
Gli esiti saranno comunicati entro due settimane dalla prova scritta; la pubblicazione avverrà tramite esse3.
Risultati attesi
Chimica:
Conoscenza e capacità di comprensione: Tramite lezioni in aula, esercitazioni numeriche guidate, attività di gruppo sviluppata in laboratorio e discussioni collegiali lo studente apprende i metodi principali della chimica moderna e acquisisce la capacità di comprendere i modelli di sistemi inorganici di interesse per l'ingegneria elettronica.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione: Tramite le esercitazioni numeriche guidate in aula e le prove pratiche di laboratorio, lo studente è in grado di applicare le conoscenze acquisite per la determinazione di diverse proprietà chimiche e chimico-fisiche della materia (materiali semiconduttori in primis).
Autonomia di giudizio: Tramite le relazioni scritte sulle esperienze di laboratorio lo studente è in grado di comprendere, discutere criticamente ed esporre i risultati ottenuti e le approssimazioni fatte.
Abilità comunicative: Le relazioni scritte e le discussioni all'interno del gruppo di lavoro di laboratorio permettono di sviluppare la capacità a presentare i dati ottenuti in modo efficace e conciso; di esprimere i concetti appresi con linguaggio appropriato e di sostenere una discussione in merito agli argomenti trattati.
Capacità di apprendimento: le attività descritte consentono allo studente di acquisire gli strumenti metodologici per proseguire gli studi e per potere provvedere autonomamente al proprio aggiornamento.
Capacità di astrazione: le leggi generali della chimica vengono presentate con esperimenti nel laboratorio. I dati sperimentali devono essere poi interpretati e generalizzati dallo studenti in modelli astratti.
Al termine del corso fi Fisica lo studente avra’:
- compreso e appreso i concetti fondamentali della fisica classica;
- sviluppato la capacita’ di applicare le nozioni acquisite e di ideare modelli per risolvere problemi di fisica classica;
- acquisito autonomia e senso critico nell’individuare gli approcci descrittivi e i metodi di calcolo appropriati per trattare argomenti e problemi di fisica classica;
- sviluppato la capacita’di relazionare sugli argomenti del corso con un linguaggio tecnico e formalismo appropriati.