Scheda programma d'esame
FISICA E CHIMICA FISICA
MARIA LUISA CHIOFALO
Anno accademico2016/17
CdSCHIMICA E TECNOLOGIA FARMACEUTICHE
Codice176BB
CFU9
PeriodoSecondo semestre
LinguaItaliano

ModuliSettoreTipoOreDocente/i
FISICA E CHIMICA FISICAFIS/03LEZIONI78
MARIA LUISA CHIOFALO unimap
CHRISTIAN SILVIO POMELLI unimap
Obiettivi di apprendimento
Learning outcomes
Conoscenze

Modulo di Fisica

1. Metodi e strategie per la soluzione di problemi

2. Concetti, applicazioni e strategie di soluzione di semplici problemi di meccanica e dinamica classica: oggetti solidi e fluidi

3. Concetti, applicazioni e strategie di soluzione di semplici problemi di elettromagnetismo: elettricità, magnetismo, circuiti, onde elettromagnetiche

4. Concetti di fisica moderna: (relatività) e meccanica quantistica

Modulo di Chimica-Fisica

5. Concetti base della termodinamica e della cinetica chimica

Knowledge

The student who successfully completes this course will acquire: - conceptual knowledge of basic issues physics, in particular classical dynamics of point-particles, rigid bodies (at very basic level), and fluids, thermodynamics, chemical-physics, electromagnetism, basic concepts of quantum physics; - procedural knowledge on solving problems of classical dynamics and electromagnetism after use of force equations and of general energy, matter, and linear and angular momentum conservation laws; - factual knowledge on solving simple conceptual problems with back-of-the-envelope calculations - improvement in the use of his/her own like-skills and cross-competences: general strategies and techniques for problem solving, awareness of learning process and learning contents, organization of his/her own knowledge in conceptual maps, communication, efficiency and effectiveness in preparing exams, group working

Modalità di verifica delle conoscenze

Modulo di Fisica

La valutazione è fatta per aree di competenza, che sono le seguenti:

1. Metodi e strategie per la soluzione di problemi

2. Concetti, applicazioni e strategie di soluzione di semplici problemi di meccanica e dinamica classica: oggetti solidi e fluidi

3. Concetti, applicazioni e strategie di soluzione di semplici problemi di elettromagnetismo: elettricità, magnetismo, circuiti, onde elettromagnetiche

4. Concetti di fisica moderna: (relatività) e meccanica quantistica

5. Competenze trasversali: comunicazione, consapevolezza delle abilità cognitive, autonomia e consapevolezza di quanto appreso


La/o studente dovrà complessivamente (cioè nell'ambito delle diverse prove scritte e orale) dare prova di conoscere gli argomenti e saper utilizzare i semplici strumenti fisico-matematici affrontati nel corso. Tutto il materiale acquisito nel corso delle differenti prove costituisce un'opportunità di valutazione, ovvero può essere positivamente utilizzato per la valutazione finale

  • Sono pertanto fortemente incoraggiati/e a fare con profitto tutte le prove in itinere TUTTI/E, indipendentemente dall'esito dei compitini precedenti
  • La valutazione di competenze e capacità acquisite è così composta:


-- Fino a 8 punti per l'Area 1


-- Fino a 10 punti per l'Area 2

-- Fino a 8 punti per l'Area 3


-- Fino a 2 punti per l'Area 4

-- Fino a 2 punti per l'Area 5

 

Modulo di Chimica Fisica

Domande a risposta articolata nella prova scritta con interpretazione di grafici

Assessment criteria of knowledge

The evaluation is composed for 2/3 from the physics module and for 1/3 from the chemical-physics module. As to the physics module, the evaluation is composed as follows: - 10/30 on conceptual and factual knowledge of classical dynamics - 8/30 on conceptual and factual knowledge of electromagnetism - 8/30 on procedural and factual knowledge of classical dynamics and electromagnetism - 2/30 on conceptual and factual knowledge of basic quantum physics - 2/30 on cross competences In evaluating each exercise of the written exam, 60% of the exercice value is on the conceptual knowledge, 30% on the factual and/or procedural, 10% on accuracy in the calculations.

Methods:

  • Final oral exam
  • Final written exam

Further information:
Evaluation is performed by competences via written and oral exams. The oral exam is not compulsory, unless specifically requested by the teacher to have additional elements not emerging from the written exam: in any event, the student can at any stage ask to be evaluated also after an oral exam, additional to the written one. To the student the possibility is offered to split the written exam in itinere, that is in two different written exams placed during the course, approximately one at half course and one at the end

Capacità

5. Competenze trasversali: comunicazione, consapevolezza delle abilità cognitive, autonomia e consapevolezza di quanto appreso

6. Saper utilizzare le conoscenze per risolvere semplici esercizi di dinamica, elettromagnetismo, termodinamica e cinetica chimica, fisica moderna e fisica quantistica

Skills
  • Qualitative and quantitative application of essential physics concepts
  • Like-skills: communication, awareness of cognitive abilities, autonomy and awareness of learning process and content,  organize conceptual maps, ability to work in group,, prepare and face assessment, creativity, problem solving
Modalità di verifica delle capacità

VALUTAZIONE

Fisica

La valutazione è fatta per aree di competenza, che sono le seguenti:


1. Metodi e strategie per la soluzione di problemi

2. Concetti, applicazioni e strategie di soluzione di semplici problemi di meccanica e dinamica classica: oggetti solidi e fluidi

3. Concetti, applicazioni e strategie di soluzione di semplici problemi di elettromagnetismo: elettricità, magnetismo, circuiti, onde elettromagnetiche

4. Concetti di fisica moderna: (relatività) e meccanica quantistica

5. Competenze trasversali: comunicazione, consapevolezza delle abilità cognitive, autonomia e consapevolezza di quanto appreso

La/o studente dovrà complessivamente (cioè nell'ambito delle diverse prove scritte e orale) dare prova di conoscere gli argomenti e saper utilizzare i semplici strumenti fisico-matematici affrontati nel corso. Tutto il materiale acquisito nel corso delle differenti prove costituisce un'opportunità di valutazione, ovvero può essere positivamente utilizzato per la valutazione finale

  • Sono pertanto fortemente incoraggiati/e a fare con profitto tutte le prove in itinere TUTTI/E, indipendentemente dall'esito dei compitini precedenti
  • La valutazione di competenze e capacità acquisite è così composta:


-- Fino a 8 punti per l'Area 1


-- Fino a 10 punti per l'Area 2

-- Fino a 8 punti per l'Area 3


-- Fino a 2 punti per l'Area 4

-- Fino a 2 punti per l'Area 5

 

Chimica-Fisica

Corretta impostazione e risoluzione di esercizi numerici.

 

Risultato finale

Il voto finale è determinato con la media delle valutazioni di Fisica (6 CFU) e Chimica-Fisica (3 CFU), pesata sui rispettivi CFU

Assessment criteria of skills

The evaluation is composed for 2/3 from the physics module and for 1/3 from the chemical-physics module. As to the physics module, the evaluation is composed as follows: - 10/30 on conceptual and factual knowledge of classical dynamics - 8/30 on conceptual and factual knowledge of electromagnetism - 8/30 on procedural and factual knowledge of classical dynamics and electromagnetism - 2/30 on conceptual and factual knowledge of basic quantum physics - 2/30 on cross competences In evaluating each exercise of the written exam, 60% of the exercice value is on the conceptual knowledge, 30% on the factual and/or procedural, 10% on accuracy in the calculations.

Methods:

  • Final oral exam
  • Final written exam

Further information:
Evaluation is performed by competences via written and oral exams. The oral exam is not compulsory, unless specifically requested by the teacher to have additional elements not emerging from the written exam: in any event, the student can at any stage ask to be evaluated also after an oral exam, additional to the written one. To the student the possibility is offered to split the written exam in itinere, that is in two different written exams placed during the course, approximately one at half course and one at the end

Comportamenti
  • Curiosità
  • Interesse
  • Partecipazione attiva
  • Correttezza al momento della valutazione
Behaviors
  • Curiosity
  • Committment
  • Active involvement
  • Creative approach
  • Group working
  • Faireness during evaulation
Modalità di verifica dei comportamenti

La verifica del comportamenti viene operata in aula mediante osservazione, utilizzando i dati d'uso del materiale collocato sul portale elearning, e di nuovo mediante osservazione in aula nel corso dell'esame.

Assessment criteria of behaviors

During the lecturing time, via interactions with students.

Prerequisiti (conoscenze iniziali)

Conoscenze di matematica e di fisica delle Scuole Superiori

Prerequisites

Basic mathematics and physics from high-school

Indicazioni metodologiche

Il metodo è basato sull'apprendimento cooperativo, è facilitato dall'uso di nuove tecnologie. In particolare: una lavagna interattiva multimediale portatile, l'uso dei clickers, e di un portale dell’elearning. In particolare, il metodo è strutturato nel modo seguente:  

  • Approccio al problema: si parte da esempi semplici, possibilmente divita  quotidiana. Questo approccio favorisce l’elaborazione di motivazioni personali all’apprendimento. “La mente non ha bisogno, come un vaso, di essere riempita, ma piuttosto, come legna, di una scintilla che l’accenda e vi infonda l’impulso della ricerca e un amore ardente per la verita’” (Plutarco).
  • Sviluppo di diversi livelli di conoscenza: concettuale, procedurale, fattuale. Per alcuni argomenti si richiede una conoscenza dei concetti, delle leggi che legano i concetti, la conoscenza di  procedure più o meno complesse per risolvere esercizi, e la loro applicazione. Per questi argomenti, sono previste sia ore di Teoria, che di Esercitazione, che di Laboratorio (con i clickers). Per altri argomenti si richiede solo la conoscenza dei concetti e delle leggi che legano i concetti. Per questi argomenti sono previste ore di Teoria e di Laboratorio.                                  
  • Sviluppo della Conoscenza Concettuale, anche  tramite uso dei clickers: Modellizzazione del problema. Individuazione dei concetti essenziali. Verifica sull’apprendimento dei concetti tramite clickers
  • Sviluppo della Conoscenza Procedurale e delle leggi che legano i concetti. Verifica della comprensione tramite clickers. Generalizzazione di quanto appreso.
  • Sviluppo della Conoscenza Fattuale tramite Esercizi e Studi di casi tipici: Applicazioni delle leggi discusse nello sviluppo della teoria, che includono procedure più o meno complesse da seguire. Al termine di ogni argomento per il quale è prevista la conoscenza di una procedura, viene svolto in aula lo studi di un caso riepilogativo.

In generale, gli esercizi sono fatti insieme in aula: prima eseguiti individualmente, quindi in piccoli gruppi nei quali è possibile cambiare la propria risposta, quindi la soluzione viene discussa e motivata insieme alla docente. Altri esercizi sono lasciati per casa.  

  • Sviluppo dell’intuizione tramite racconti di storie e metafore, utilizzo di giochi e dimostrazioni d’aula. Questa parte del metodo favorisce l’apprendimento intuitivo e divergente. (divertente). Idealmene, dovrebbe accompagnare “la conoscenza con il piacere di apprendere”.
  • Consapevolizzazione dell’apprendimento: cosa abbiamo imparato oggi?
  • Utilizzo di sondaggi “collettivi” in aula.Questa parte del metodo ha la funzione di coinvolgere quante piu’ persone possibile che cooperino alla riuscita del momento di apprendimento.
  • Utilizzo di compiti per casa. I compiti, sotto forma di test, sono disponibili sul portale dell'elearning e sono eseguibili direttamente sul web, dove ciascuno può avere autonomamente la propria valutazione in termini numerici. Il test è preparato in modo che le risposte corrette sono motivate. In questo modo ciascuno/a ha l'opportunità di sperimentare una forma di autovalutazione. Questa parte del metodo favorisce l’acquisizione di autonomia.
  • Valorizzazione delle domande in aula. Chi fa domande normalmente ha la gratitudine del resto dell’aula per aver evidenziato un aspetto non compreso o magari neanche considerato.
  • Approfondimenti: facoltativi, per chi ha ancora voglia di “giocare” e
  • Chiarimenti, anche nelle ore di ricevimento.
Teaching methods

Delivery: face to face

Learning activities:

  • attending lectures
  • participation in discussions
  • individual study
  • group work
  • ICT assisted study
  • Other

Attendance: Mandatory

Teaching methods:

  • Lectures
  • Task-based learning/problem-based learning/inquiry-based learning
  • Other
Programma (contenuti dell'insegnamento)

MODULO DI FISICA 

Parte I: Competenze trasversali e competenze di base
- Un esercizio di pianificazione: presentazione del Corso - Presentazioni, Aspettative, Metodo, Obiettivi e Regole
- Risorse, Metodi e Strategie generali per la soluzione di problemi a partire da esempi

Parte II: Concetti, applicazioni, e strategie di soluzione per semplici problemi di Meccanica e dinamica classica

- Le tre leggi per il moto traslatorio: Concetti di posizione, velocità, accelerazione, massa, forza. Leggi della dinamica per il moto traslatorio
- Quanti tipi di forze? Forze di contatto (tensione, supporto, attrito e resistenze varie, elastiche, galleggiamento...) - Forze a distanza (gravitazionale, elettrica,...)
- Energia, quantità di moto e Leggi di conservazione: Concetti di energia, lavoro, calore, trasferimento (inclusi i meccanismi di traporto del calore) e trasformazione dell'energia - Teorema dell'energia cinetica-Conservazione dell'energia -Legge di Bernoulli nei fluidi - Impulso e quantità di moto - Conservazione della quantità di moto - Urti
- Le tre leggi per il moto rotatorio e relative leggi di conservazione: Concetti di posizione velocità e accelerazione angolare, momento di inerzia, momento delle forze - Leggi della dinamica per il moto rotatorio - Impulso angolare e momento della quantita' di moto - Conservazione del momento angolare

Parte III: Introduzione alla Termodinamica-Una lezione "cerniera" con il modulo di Chimica-Fisica
- A cosa serve
- Grandezze termodinamiche (temperatura, pressione, lavoro, energia interna, calore, entropia) e loro relazione con grandezze meccaniche: connessione macro-microscopica nella teoria cinetica e generalizzazione concettuale a sistemi piu' complessi
- Primo e Secondo principio della Termodinamica

Parte IV: Concetti, applicazioni, e strategie di soluzione per semplici problemi di Elettromagnetismo

Elettricità: Elettrostatica. Legge di Coulomb - Campo elettrico in generale e per selezionate configurazioni di carica-Potenziale elettrico -Corrente e conduttività- Circuiti DC (elementi di base)

Magnetismo: Magnetostatica. - Forze magnetiche - Campo magnetico in generale e per selezionate configurazioni di corrente - Induzione elettromagnetica e legge di Lenz -Circuiti AC (elementi di base)

Onde elettromagnetiche: Concetti di base
Ottica elementare: Concetti di base (se il tempo a disposizione lo consente)

Parte V: Concetti di Fisica Moderna
Concetti di base e dizionario della relatività (se il tempo a disposizione lo consente)
Concetti di base e dizionario della fisica quantistica

Conclusioni
Sintesi delle conoscenze e dei saperi trasversali acquisiti

 

MODULO DI CHIMICA-FISICA (PROF. CHRISTIAN POMELLI)

 

  1. Prerequisiti fisico-matematici. Grandezze intensive ed estensive, Pressione, Volume, Volume molare, Temperatura, Energia. Analisi dimensionale. I differenziali. Derivate parziali. 
  2. I gas perfetti. Equazioni di stato e sue proprietà. Grafici PV, TV, TP. Trasformazioni dei gas perfetti: isoterma, isobara, isocora. la costante dei gas in varie unità di misura. Sistemi termodinamici aperti, chiusi, isolati e loro realizzazione  idealizzata e pratica. 
  3. Teoria cinetica dei gas. La velocità delle molecole. La pressione come urto con le prati del recipiente. L'energia cinetica molecolare. Pressioni parziali. Dipendenza dell'energia cinetica dalla temperatura. Equazione di Maxwell-Boltzmann e relativa distribuzione. Diffusione dei gas e separazione dei gas per diffusione.  Equazione di stato di van der Waals . Isoterme di van der Waals. Significato dei parametri di van der Waals. Grandezze critiche. Equazione di van der Waals ridotta.
  4. Energia interna: il caso dei gas perfetti. Dipendenza dell'energia interna dalla temperatura. Esempi di sistemi più complessi. Calore e lavoro e loro segni. Bilancio di energia sommando calore e lavoro.  Primo principio della termodinamica.  Il concetto di funzione di stato. Entalpia. Calore scambiato a volume costante e calore scambiato a pressione costante e relative capacità termiche. Entalpia dei gas perfetti. Differenziali di energia interna ed entalpia. 
  5. L'Entalpia al lavoro su sistemi chimici: la legge di Hess. Reazioni chimiche e reazioni termochimiche.  Calcolo di entalpie di reazione a differenti temperature. Stati di aggregazione differenti da quello gassoso. Legge di Dulong Petit. 
  6. Ordine e disordine. Spontaneità dei processi. L'Entropia: definizione. Entropia per differenti trasformazioni di gas perfetti.  Il concetto di trasformazione quasi-statica. L'entropia è funzione di stato. Secondo principio della termodinamica.   Entropia per i passaggi di stato in condizione di equilbrio. Differenziale dell'entalpia. 
  7. Entropia del sistema e dell'ambiente. Singolarità apparente dell'entropia. Capacità termiche  a bassa temperatura: modello degli oscillatori e formula di Debye. Cenni sull'interpretazione statistica dell'entropia.  Entropia di sistema ed ambiente espressa in riferimento al solo sistema. Energia libera di Gibbs e suo differenziale.  Significato dell'energia libera di Gibbs. Potenziali termodinamici.  Lavoro termico, elettrico e chimico. 
  8. Relazioni fra le varie funzioni termodinamiche e trasformazioni fra di loro. Il concetto di equilibrio applicato a sistemi chimico-fisici. Diagrammi di stato e regola delle fasi. Analisi dei diagrammi di stato di acqua ed anidride carbonica. Lavoro chimico e lavoro elettrico: legge di Nerst. Equilibrio chimico. Grado di avanzamento di una reazione. Potenziale chimico e sue applicazioni. La costante di equilibrio in funzione della temperatura. Tensione di vapore. 
  9. Oltre l'energia: velocità delle trasformazioni. Reazione irreversibile del primo ordine e sua velocità. Esempio di reazione di primo ordine: decadimento radioattivo. Urti molecolari e reazioni del secondo ordine. Reazioni in fase eterogenea e reazioni di ordine zero. 
  10. Variazione delle costanti cinetiche con la temperatura. Equazione di Arrhenius. Energia libera di attivazione e sezione d'urto molecolare.  Concorrenza fra due reazioni in funzione della temperatura. Un caso complesso: gli Enzimi. Equazione di Michaelis-Menten, equazione dei doppi reciproci e sua interpretazione. 
Syllabus

Strategies and techniques for problem solving-Classical dynamics of point-particles, rigid bodies (at very basic level), and fluids solved after the use of force equations and of general energy, matter, and linear and angular momentum conservation laws - Thermodynamics - Chemical-physics - Electromagnetism - Basic concepts of quantum physics. Teaching methods include active learning with interactive panels and clickers and use of e-learning website, and cooperative learning.

Bibliografia e materiale didattico

 

TESTI DI BASE

Fisica
- Jewett & Serway, Principi di Fisica, V Edizione Vol. 1: Dinamica, Termodinamica, Elettromagnetismo, Ottica (Edises, 2010) . Con l¡¯acquisto del testo è possibile anche accedere online ad un¡¯area studenti per esercizi e materiale di studio utile.
- Jewett & Serway, Principi di Fisica, IV Edizione Vol. 2: Fisica Quantistica (Edises, 2010)
Un qualunque testo di fisica delle scuole medie superiori per gli strumenti di base
Materiale didattico per teoria ed esercizi del corso è online

Chimica-Fisica

Elementi di chimica fisica di Peter W. Atkins, Julio De Paula (Zanichelli). 

Termodinamica di Enrico Fermi (Bollati Boringhieri). Saranno fornire slide delle lezioni. 

TESTI DIVULGATIVI
- Lou Bloomfield, How things work - The physics of everyday life (J. Wiley, New York, 2001) e
How everything works [Making physics out of the ordinary] (J. Wiley, New York, 2007)
- Albert Einstein e Leopold Infeld, L'evoluzione della fisica (Bollati-Boringhieri, 1965)
- Andrea Frova, La fisica sotto il naso (BUR, Milano 2006)
- Monica Marelli, La fisica del tacco 12 (Rizzoli, Milano 2009) [Tutta la fisica che serve alle donne (e agli uomini che vogliono capire le donne]
- Lawrence Krauss, La fisica di Star Trek (Longanesi, Milano 1998)
- James Kakalios, La fisica dei supereroi (Einaudi, Torino 2005)
- Peter Barham, The Science of Cooking (Springer, Berlino 2001)
- Bruce Colin, Scherlock Holmes e i misteri della Scienza (Cortina Raffaello, 1997)

TESTI DI METODOLOGIA DIDATTICA
- C. Casula, I porcospini di Schopenauer' (Franco Angeli, 2003) [Sui metodi didattici e le metafore per l'apprendimento]

- R. Knight, Physics for Scientists and Engineers: A strategic approach, Pearson

- H. Gardner, Frames of Mind: The theory of multiple intelligences

Bibliography

Recommended reading includes the following textbooks: - Jewett & Serway, "Principi di Fisica", IV Edizione Vol. 1: Dinamica, Termodinamica, Elettromagnetismo, Ottica (Edises, 2010) - Jewett & Serway, "Principi di Fisica", IV Edizione Vol. 2: Fisica Quantistica (Edises, 2010) - Peter W. Atkins, Julio de Paula, ELEMENTI DI CHIMICA FISICA,Terza Edizione Italiana, Zanichelli Further useful bibliography: - Lou Bloomfield "How things work - The physics of everyday life" (J. Wiley, New York, 2001) e "How everything works [Making physics out of the ordinary]" (J. Wiley, New York, 2007) - Albert Einstein e Leopold Infeld "L'evoluzione della fisica" (Bollati-Boringhieri, 1965) - Andrea Frova "La fisica sotto il naso" (BUR, Milano 2006) - Monica Marelli "La fisica del tacco 12" (Rizzoli, Milano 2009) [Tutta la fisica che serve alle donne (e agli uomini che vogliono capire le donne] - Lawrence Krauss "La fisica di Star Trek" (Longanesi, Milano 1998) - James Kakalios "La fisica dei supereroi" (Einaudi, Torino 2005) - Peter Barham "The Science of Cooking" (Springer, Berlino 2001) - Bruce Colin "Scherlock Holmes e i misteri della Scienza" (Cortina Raffaello, 1997)

Indicazioni per non frequentanti

La frequenza è obbligatoria. Si suggerisce comunque di utilizzare al massimo le potenziualità del portale elearning

Modalità d'esame

La prova d'esame è composta di una o più prove scritte e una prova orale

* Per coloro che seguono il corso, la prova scritta può essere svolta in due parti, ovvero due prove in itinere, una durante e una alla fine del corso
* La prova orale ha luogo di norma entro una settimana dall'ultima prova in itinere, nei seguenti casi:

-- La valutazione di una o più delle aree di competenza effettuata nella prova scritta (o in quelle in itinere) nelle non è sufficiente (cioè superiore al 60% del punteggio massimo riservato a quell'area di competenza) oppure deve essere consolidata a giudizio della commissione acquisendo ulteriori elementi di valutazione
-- La valutazione di tutte le aree di competenza effettuata nella prova scritta (o in quelle in itinere) risulta sufficiente e la/lo studente desidera migliorare la valutazione ottenuta

L'esito complessivo dell'esame è positivo se la valutazione di ognuna delle Aree di competenza risulta almeno sufficiente. La valutazione per ogni Area di competenza viene ricostruita a partire dai risultati di ogni prova d'esame - scritta o orale - a disposizione

Pagina web del corso

https://moodle.farm.unipi.it/

Note

Il sito web potrebbe cambiare nel corso dell'estate 2016

Ultimo aggiornamento 22/05/2017 00:09