Insegnamento INVESTIGATIONS INTO COMPLEX SYSTEMS

Nome del corso di laurea	Scienze chimiche
Codice insegnamento	A003059
Curriculum	Chimica fisica
Docente responsabile	Pier Luigi Gentili
Docenti	Pier Luigi Gentili
Ore	59 Ore - Pier Luigi Gentili
CFU	7
Regolamento	Coorte 2026
Erogato	Erogato nel 2026/27
Erogato altro regolamento
Attività	Caratterizzante
Ambito	Inorganico-chimico fisico
Settore	CHEM-02/A
Anno	1
Periodo	Secondo Semestre
Tipo insegnamento	Obbligatorio (Required)
Tipo attività	Attività formativa monodisciplinare
Lingua insegnamento	ITALIANO, INGLESE
Contenuti	Proprietà dei Sistemi Complessi e Complessità Epistemologica. Fondamenti della termodinamica di non-equilibrio e della dinamica non-lineare. Reazioni chimiche oscillanti. Caos e Frattali. Si effettueranno 4 esperienze di laboratorio per testare i principi della Termodinamica di non-equilibrio e della dinamica non-lineare.
Testi di riferimento	P. L. Gentili, “Untangling Complex Systems: A Grand Challenge for Science”, CRC Press, 2018, ISBN 9781466509429.
Obiettivi formativi	Il modulo “Indagini di Sistemi Complessi” rappresenta l’unico insegnamento di Termodinamica di non-equilibrio e di dinamica non-lineare per gli studenti della Laurea Magistrale in Scienze Chimiche. L’obiettivo principale di questo modulo è quello di fornire agli studenti le basi concettuali e metodologiche per affrontare l’indagine interdisciplinare di Sistemi Complessi. Le principali conoscenze che devono esser acquisite da parte dello studente sono: •criteri evolutivi di sistemi chimico-fisici fuori dall’equilibrio; •auto-organizzazione; •determinismo caotico e strutture frattaliche; •Complessità Naturale ed Epistemologica. Le conoscenze acquisite consentiranno allo studente di: •provare a predire l’evoluzione di sistemi fuori dall’equilibrio; •studiare sperimentalmente processi chimico-fisici di auto-organizzazione; •apprezzare i limiti conoscitivi della scienza quando si trattano processi deterministici caotici; •caratterizzare le strutture frattaliche.
Prerequisiti	Conoscenza della Termodinamica di equilibrio.
Metodi didattici	Il corso è organizzato in due fasi. La prima fase consiste nelle lezioni frontali (per un totale di 5 CFU) svolte in aula su tutti gli argomenti del corso e coadiuvato da filmati. La seconda fase consiste in quattro esercitazioni di laboratorio (per un totale di 2 CFU) della durata di sei ore ciascuna. Le esperienze verranno condotte presso il Laboratorio di Fotofisica e Fotochimica del Dipartimento di Chimica, Biologia e Biotecnologie. Gli studenti saranno divisi in gruppi (massimo tre studenti per gruppo) ed eseguiranno le esperienze in parallelo utilizzando diverse strumentazioni disponibili nel laboratorio.
Altre informazioni	Per altre informazioni, contattare il docente.
Modalità di verifica dell'apprendimento	L’apprendimento degli argomenti del corso è testato in due modi. Una prova scritta che consiste nella stesura delle relazioni delle esperienze di laboratorio. Una prova orale con domande inerenti gli argomenti svolti nella parte frontale del corso. Le relazioni dovranno esser consegnate prima di sostenere la prova orale. Le relazioni di laboratorio consentiranno di verificare la capacità di rielaborare e presentare i dati sperimentali. La prova orale prevederà domande sui principi della Termodinamica di non-equilibrio e della dinamica non-lineare. Gli studenti e le studentesse dovranno dimostrare di aver acquisito le metodologie ed i principi indispensabili per affrontare l’indagine dei Sistemi Complessi. La prova orale durerà tra i 30 e 40 minuti. Gli studenti e le studentesse con disabilità e/o con DSA sono invitati/e a visitare la pagina dedicata agli strumenti e alle misure previste e a concordare preventivamente quanto necessario con il docente (https://www.unipg.it/disabilita-e-dsa)
Programma esteso	Gli argomenti che sono trattati sono i seguenti:1) Introduzione alla Complessità Naturale ed alla Scienza della Complessità. 2) Rivisitazione approfondita del II Principio della Termodinamica. 3) Termodinamica di non-equilibrio. Flussi e Forze. Regimi lineare e non-lineare. Produzione di entropia e criteri di evoluzione per sistemi fuori dall'equilibrio. 4) Analisi lineare di stabilità degli stati stazionari: stati stabili, instabili ed oscillanti. 5) Relazioni ecologiche, reazioni chimiche e biochimiche oscillanti. Onde chimiche. Strutture di Turing. Precipitazioni periodiche. 6) Approfondimenti sulle dinamiche in regime non-lineare: Biforcazioni e Determinismo Caotico. Esempio della convezione. 7) Frattali. 8) Sfide della Complessità Naturale ed Epistemologica. In laboratorio vengono eseguiti degli esperimenti che consentono di testare la parte teorica del corso.
Obiettivi Agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile	L'Agenda 2030 include sfide globali. Per vincere queste sfide globali è necessario conoscere i Sistemi Complessi. Questo corso fornisce contenuti e metodologie importanti per la comprensione e la gestione dei Sistemi Complessi e quindi favorisce il raggiungimento degli obiettivi dell'Agenda 2030.