Insegnamento CHIMICA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI
| Nome del corso di laurea | Ingegneria civile |
|---|---|
| Codice insegnamento | GP004384 |
| Curriculum | Comune a tutti i curricula |
| Docente responsabile | Stefano Falcinelli |
| CFU | 11 |
| Regolamento | Coorte 2017 |
| Erogato | Erogato nel 2017/18 |
| Erogato altro regolamento | |
| Anno | 1 |
| Periodo | Annuale |
| Tipo insegnamento | Obbligatorio (Required) |
| Tipo attività | Attività formativa integrata |
| Suddivisione |
CHIMICA
| Codice | GP004390 |
|---|---|
| CFU | 6 |
| Docente responsabile | Stefano Falcinelli |
| Docenti |
|
| Ore |
|
| Attività | Base |
| Ambito | Fisica e chimica |
| Settore | CHIM/07 |
| Tipo insegnamento | Obbligatorio (Required) |
| Lingua insegnamento | Italiano. |
| Contenuti | Teoria Atomica e Stechiometria. Stato gassoso. Termodinamica e termochimica. Equilibri di fase e soluzioni. Equilibrio chimico. Reazioni redox. Elettrochimica: pile, accumulatori, elettrolisi. Cinetica chimica. Struttura atomica; meccanica quantistica; numeri quantici e orbitali; proprietà periodiche. Legame chimico. Cenni di Radiochimica. |
| Testi di riferimento | D. W. Oxtoby, H. P. Gillis e N. H. Nachtrieb, Chimica moderna, EdiSES, Napoli 2017. S. Falcinelli, F. Vecchiocattivi, Radiochimica ambientale, Aracne editrice, Ariccia 2016. http://www.aracneeditrice.it/aracneweb/index.php/pubblicazione.html?item=9788854894587 |
| Obiettivi formativi | L'insegnamento rappresenta il primo insegnamento di chimica ed esamina gli elementi di base della Chimica Generale trattando le proprietà (composizione e struttura) e le trasformazioni della materia. L'obiettivo principale dell'insegnamento consiste nel fornire agli studenti le basi per affrontare lo studio dei fondamenti generali della Chimica e per poter riconoscere e valutare il ruolo delle trasformazioni chimiche e della struttura microscopica della materia nelle applicazioni tecnologiche. Le principali conoscenze acquisite saranno: - conoscenza dei principi e metodi del bilancio ponderale nelle reazioni chimiche; - conoscenza delle caratteristiche fondamentali delle proprietà degli stati di aggregazione della materia e delle caratteristiche degli equilibri fisici di fase; - conoscenze relative alla termodinamica, all'energetica e ai criteri di spontaneità delle reazioni chimiche; - conoscenza dei fondamenti dell'equilibrio chimico e conoscenza approfondita dei processi di ossidoriduzione, dei fenomeni di corrosione e dei processi sfruttati nella produzione e accumulazione dell'energia elettrica tramite pile e accumulatori; - conoscenze relative alla struttura microscopica della materia, alla struttura dell'atomo e delle molecole e del legame chimico da un punto di vista quantomeccanico. Le principali abilità (ossia la capacità di applicare le conoscenze aquisite) saranno: - capacità di analizzare e descrivere le principali reazioni chimiche da un punto di vista qualitativo e quantitativo con la capacità di saper eseguire calcoli predittivi in termini ponderali ed energetici, con particolare attenzione alle rese delle reazioni utilizzate nella produzione di energia (reazioni di combustione, reazioni di ossidoriduzione utilizzate in pile ed accumulatori); - capacità di saper valutare le condizioni chimico-fisiche ottimali da utilizzare al fine di massimizzare rese di reazione e resa energetica dei processi chimici; - capacità di saper identificare i materiali più idonei e le condizioni chimico-fisiche operative ottimali con cui far lavorare dispositivi elettrochimici per la conversione di energia chimica in energia elettrica e viceversa; - capacità di valutare materiali e condizioni chimico-fisiche ottimali per evitare fenomeni corrosivi in strutture edili, parti meccaniche sottoposte a stress e caldaie; - capacità di analizzare e descrivere i principali fenomeni di inquinamento chimico e saper valutare le condizioni chimico-fisiche più adatte al fine di minimizzarne l'impatto ambientale e per dare seguito ad azioni correttive di bonifica; - capacità di saper predire le principali caratteristiche chimico-fisiche delle varie sostanze in base all'analisi degli elementi costituenti e del legame chimico esistente fra essi. |
| Prerequisiti | Al fine di comprendere e saper applicare gli argomenti e le tecniche descritte nell'insegnamento non è necessario aver sostenuto altri esami del corso di laurea. Tuttavia, le conoscenze richieste per comprendere i contenuti del corso e raggiungere gli obiettivi formativi previsti sono le seguenti: Analisi Matematica: saper risolvere derivate, integrali ed equazioni e disequazioni di secondo grado; Fisica: saper eseguire conversioni dalle unità di misura del sistema cgs al sistema mks; saper eseguire l'analisi dimensionale nell'ambito del Sistema Internazionale di unità di misura (SI) al fine di verificare la plausibilità dei calcoli effettuatii e delle equazioni utilizzate. La conoscenza di queste tecniche rappresenta un prerequisito indispensabile per lo studente che voglia seguire il corso con profitto. |
| Metodi didattici | Il corso è organizzato nel seguente modo: - lezioni in aula su tutti gli argomenti del corso; - esercitazioni in aula volte alla corretta applicazione dei concetti studiati per la risoluzione di esercizi numerici e di problemi pratico-applicativi. Durante tutto il corso si cerca di abituare lo studente a ragionare non solo in maniera qualitativa sui fenomeni studiati, ma anche quantitativamente, valutando le grandezze fisiche e chimiche coinvolte. Questo viene fatto oltre che tramite le lezioni frontali teoriche anche attraverso lo svolgimento in aula di dimostrazioni sperimentali, di esercizi numerici e di discussioni di approfondimento. |
| Altre informazioni | Lezioni frontali: cinque ore settimanali, comprensive di tutorato con dimostrazioni anche sperimentali in aula ed esercitazioni numeriche (una o due ore settimanali a seconda delle necessità). L'orario delle lezioni frontali, e l'aula dove esse si svolgeranno, è reperibile collegandosi al seguente indirizzo Web: http://www.ing1.unipg.it/didattica/studiare/orario-delle-lezioni |
| Modalità di verifica dell'apprendimento | L'esame prevede una prova scritta e una prova orale per ciascuno dei due moduli di cui si compone il Corso. Le prove scritte, per esigenze logistiche saranno sostenute in modo anticipato rispetto alle rispettive prove orali che potranno essere sostenute in sessioni diverse o contestualmente nella stessa sessione secondo il calendario stabilito dal CdS. Le due prove scritte per il modulo di "Chimica" e per quello di "Tecnologie dei Materiali" sono entrambe costituite da 7-8 problemi a stimolo chiuso e risposta chiusa, e/o 1-2 problemi a stimolo chiuso e risposta aperta. Esse hanno ciascuna la durata di 1 ora e 30 minuti e sono finalizzate a verificare: i) la capacità di comprensione delle problematiche proposte durante il corso, ii) la capacità di applicare correttamente le conoscenze teoriche, iii) l'abilità di formulare in autonomia di giudizio osservazioni appropriate sulle possibili alternative modellistiche, iv) l'abilità di comunicare in modo efficace e pertinente in forma scritta. Le due prove orali per il modulo di "Chimica" e per quello di "Tecnologie dei Materiali" consistono entrambe in prove colloquio a stimolo aperto con risposta aperta della durata di circa 20-30 minuti ciascuna, finalizzate ad accertare: i) il livello di conoscenza dei contenuti teorico-metodologici del corso; ii) il livello di competenza nell’esporre le possibili soluzioni ai problemi chimici e tecnologici proposti riguardanti: teoria atomica della materia e stechiometria; stato gassoso; termodinamica e termochimica; equilibri di fase e soluzioni, equilibrio chimico, reazioni redox; elettrochimica - pile, accumulatori, elettrolisi; cinetica chimica; struttura atomica e meccanica quantistica; numeri quantici e orbitali; proprietà periodiche; legame chimico; proprietà e comportamento meccanico dei materiali; prova di trazione; rigidezza, resistenza, durezza, tenacità; rottura duttile e fragile, resilienza; proprietà e classificazione dei cementi, delle malte e dei calcestruzzi; iii) l’ autonomia di giudizio nel proporre l’approccio più opportuno per ciascun ambito teorico-applicativo, con piena consapevolezza delle ipotesi semplificative adottate nelle diverse applicazioni chimico-tecnologiche affrontate nel corso, del significato fisico delle grandezze coinvolte, del livello di indeterminazione dei risultati conseguiti. Le prove orali hanno anche l’obiettivo di verificare la capacità dello studente di esporre con proprietà di linguaggio i temi proposti dalla Commissione, di sostenere un rapporto dialettico durante discussione e di riassumere i risultati applicativi delle teorie studiate. La valutazione finale verrà effettuata dalla Commissione in trentesimi mediando i risultati delle quattro prove con i seguenti pesi: prova scritta (modulo di "Chimica"), peso = 4/11; prova orale (modulo di "Chimica"), peso =2/11; prova scritta (modulo di "Tecnologia dei Materiali"), peso = 3/11; prova orale (modulo di "Tecnologia dei Materiali"), peso =2/11. Per informazioni sui servizi di supporto agli studenti con disabilità e/o DSA visita la pagina http://www.unipg.it/disabilita-e-dsa |
| Programma esteso | Unità didattica: Modulo 1 (12 ore) Si affrontano i principi del bilancio ponderale nelle reazioni chimiche. Si studiano quindi le proprietà degli stati di aggregazione della materia, cominciando dallo stato gassoso, e le caratteristiche dei passaggi da uno stato all'altro, sia per sistemi puri, che per miscele di più composti. Unità didattica: Modulo 2 (15 ore) Si studia la termodinamica chimica: si considera il ruolo dell'energia e della statistica microscopica nel determinare le caratteristiche dei passaggi di stato, i criteri di spontaneità delle reazioni chimiche e le caratteristiche degli stati di equilibrio della materia. Unità didattica: Modulo 3 (15 ore) L'equilibrio chimico costituisce l'argomento della terza parte del corso, dove vengono considerate le reazioni in fase gassosa, in soluzione ed eterogenee. Si dà speciale enfasi ai processi di ossidazione e riduzione, con il loro coinvolgimento sia nella corrosione, sia nella produzione d'energia elettrica. Unità didattica: Modulo 4 (12 ore) Nell'ultima parte del corso si accenna alla struttura microscopica della materia, cominciando dalla struttura dell'atomo e delle molecole per passare ai vari tipi di legame chimico. Cenni di Radiochimica. |
TECNOLOGIA DEI MATERIALI
| Codice | GP004391 |
|---|---|
| CFU | 5 |
| Docente responsabile | Luca Valentini |
| Docenti |
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| Ore |
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| Attività | Affine/integrativa |
| Ambito | Attività formative affini o integrative |
| Settore | ING-IND/22 |
| Tipo insegnamento | Obbligatorio (Required) |
| Lingua insegnamento | Italiano |
| Contenuti | L'insegnamento rappresenta il primo insegnamento di materiali ed esamina gli elementi di base della Scienza e Tecnologia dei Materiali trattando le proprietà e le trasformazioni dei materiali. L'obiettivo principale dell'insegnamento consiste nel fornire agli studenti le basi per affrontare lo studio dei fondamenti generali della Scienza e Tecnologia dei Materiali e per poter riconoscere e valutare il ruolo dei materiali nelle applicazioni tecnologiche. Le principali conoscenze acquisite saranno: - conoscenza della classificazione dei materiali; - conoscenza delle caratteristiche fondamentali delle proprietà dei materiali; - conoscenze relative alle proprietà meccaniche dei materiali; - conoscenza dei fondamenti delle proprietà elettriche e magnetiche; - conoscenze relative ai fenomeni di fatica meccanica nei materiali; - conoscenze relative ai materiali cementizi. Le principali abilità (ossia la capacità di applicare le conoscenze aquisite) saranno: - capacità di analizzare e descrivere i materiali da un punto di vista qualitativo e quantitativo con la capacità di saper eseguire calcoli in termini di resistenza meccanica, fatica e creep; - capacità di saper valutare le proprietà elettriche e magnetiche da utilizzare al fine del loro utilizzo tecnologico; - capacità di saper identificare i materiali più idonei con cui far lavorare componenti meccanici; - capacità di valutare materiali e condizioni chimico-fisiche ottimali per materiali cementizi. |
| Testi di riferimento | William Smith, Scienza e Tecnologia dei materiali, McGraw-Hill, 1993. |
| Obiettivi formativi | Fornire gli strumenti per la comprensione delle principali proprietà chimico-fisiche dei materiali per la progettazione di strutture e/o dispositivi. |
| Prerequisiti | Al fine di comprendere e saper applicare gli argomenti e le tecniche descritte nell'insegnamento non è necessario aver sostenuto altri esami del corso di laurea. Tuttavia, le conoscenze richieste per comprendere i contenuti del corso e raggiungere gli obiettivi formativi previsti sono le seguenti: Analisi Matematica: saper risolvere derivate, integrali ed equazioni e disequazioni di secondo grado; Fisica: saper eseguire conversioni dalle unità di misura del sistema cgs al sistema mks; saper eseguire l'analisi dimensionale nell'ambito del Sistema Internazionale di unità di misura (SI) al fine di verificare la plausibilità dei calcoli effettuatii e delle equazioni utilizzate. La conoscenza di queste tecniche rappresenta un prerequisito indispensabile per lo studente che voglia seguire il corso con profitto. |
| Metodi didattici | Il corso è organizzato nel seguente modo: - lezioni in aula su tutti gli argomenti del corso; - esercitazioni in aula volte alla corretta applicazione dei concetti studiati per la risoluzione di esercizi numerici e di problemi pratico-applicativi. Durante tutto il corso si cerca di abituare lo studente a ragionare non solo in maniera qualitativa sui fenomeni studiati, ma anche quantitativamente, valutando le grandezze fisiche e chimiche coinvolte. Questo viene fatto oltre che tramite le lezioni frontali teoriche anche attraverso lo svolgimento in aula di dimostrazioni sperimentali, di esercizi numerici e di discussioni di approfondimento. |
| Altre informazioni | Lezioni frontali: quattro ore settimanali orientative. Tutorato con dimostrazioni anche sperimentali in aula ed esercitazioni numeriche: una o due ore settimanali a seconda delle necessità. L'orario delle lezioni frontali e del tutorato, e l'aula dove esse si svolgeranno, è reperibile collegandosi al seguente indirizzo Web: http://www.ing1.unipg.it/didattica/studiare/orario-delle-lezioni. Date di inizio e termine delle attività didattiche: Secondo semestre. Le date di inizio e termine delle attività didattiche sono reperibili collegandosi al seguente indirizzo Web: http://www.ing1.unipg.it/didattica |
| Modalità di verifica dell'apprendimento | L'esame prevede una prova scritta e una prova orale per ciascuno dei due moduli di cui si compone il Corso. Le prove scritte, per esigenze logistiche saranno sostenute in modo anticipato rispetto alle rispettive prove orali che potranno essere sostenute in sessioni diverse o contestualmente nella stessa sessione secondo il calendario stabilito dal CdS. Le due prove scritte per il modulo di Chimica e per quello di Tecnologie dei Materiali sono entrambe costituite da 7-8 problemi a stimolo chiuso e risposta chiusa, e/o 1-2 problemi a stimolo chiuso e risposta aperta. Esse hanno ciascuna la durata di 1 ora e 30 minuti e sono finalizzate a verificare: i) la capacità di comprensione delle problematiche proposte durante il corso, ii) la capacità di applicare correttamente le conoscenze teoriche (descrittore di Dublino 2), iii) l'abilità di formulare in autonomia di giudizio osservazioni appropriate sulle possibili alternative modellistiche (descrittore di Dublino 3), iv) l'abilità di comunicare in modo efficace e pertinente in forma scritta (descrittore di Dublino 4). Le due prove orali per il modulo di Chimica e per quello di Tecnologie dei Materiali consistono entrambe in prove colloquio a stimolo aperto con risposta aperta della durata di circa 20-30 minuti ciascuna, finalizzate ad accertare: i) il livello di conoscenza dei contenuti teorico-metodologici del corso (descrittore di Dublino 1); ii) il livello di competenza nell’esporre le possibili soluzioni ai problemi chimici e tecnologici proposti riguardanti: teoria atomica della materia e stechiometria; stato gassoso; termodinamica e termochimica; equilibri di fase e soluzioni, equilibrio chimico, reazioni redox; elettrochimica - pile, accumulatori, elettrolisi; cinetica chimica; struttura atomica e meccanica quantistica; numeri quantici e orbitali; proprietà periodiche; legame chimico; proprietà e comportamento meccanico dei materiali; prova di trazione; rigidezza, resistenza, durezza, tenacità; rottura duttile e fragile, resilienza; proprietà e classificazione dei cementi, delle malte e dei calcestruzzi (descrittore di Dublino 2); iii) l’ autonomia di giudizio (descrittore di Dublino 3) nel proporre l’approccio più opportuno per ciascun ambito teorico-applicativo, con piena consapevolezza delle ipotesi semplificative adottate nelle diverse applicazioni chimico-tecnologiche affrontate nel corso, del significato fisico delle grandezze coinvolte, del livello di indeterminazione dei risultati conseguiti. Le prove orali hanno anche l’obiettivo di verificare la capacità dello studente di esporre con proprietà di linguaggio i temi proposti dalla Commissione, di sostenere un rapporto dialettico durante discussione e di riassumere i risultati applicativi delle teorie studiate (descrittore di Dublino 4). La valutazione finale verrà effettuata dalla Commissione in trentesimi mediando i risultati delle quattro prove con i seguenti pesi: prova scritta (modulo di Chimica), peso = 4/11; prova orale (modulo di Chimica), peso =2/11; prova scritta (modulo di Tecnologia dei Materiali), peso = 3/11; prova orale (modulo di Tecnologia dei Materiali), peso =2/11. Per informazioni sui servizi di supporto agli studenti con disabilità e/o DSA visita la pagina http://www.unipg.it/disabilita-e-dsa |
| Programma esteso | RETICOLI CRISTALLINI E DIFETTI Disposizione atomi in un reticolo cristallino, coordinate di reticolo, cella unitaria, parametro reticolare, direzioni e piani, indici di Miller, siti interstiziali, fattore di impacchettamento superficiale e volumico. Difetti reticolari, vacanze, difetti interstiziali. Difetti interfaccia. DIFFUSIONE NEI SOLIDI Meccanismi di diffusione. Diffusione semplice. Inter-diffusione. Auto-diffusione. Diffusione sostituzionale. Flusso, diffusione stazionaria - prima legge di Fick. Diffusione non stazionaria, seconda legge di Fick. PROPRIETÀ MECCANICHE Materiali metallici, ceramici e polimerici, sforzo, deformazione, curve sforzo-deformazione, sforzo e deformazioni ingegneristici e reali, Legge di Hooke, Modulo di Young, modulo di Poisson, snervamento, incrudimento, tenacità, duttilità Resilienza Effetto del legame chimico e delle variazioni strutturali Effetto dell'innalzamento della temperatura Rottura dei metalli Concentrazione degli sforzi Coefficiente di sicurezza Scorrimento nei cristalli, tensioni risolte. CREEP Premessa Prove di creep e curve di creep Conseguenza del creep e frattura da creep Materiali resistenti al creep Creep dislocazionale Creep diffusionale Diagrammi dei meccanismi di deformazione Applicazioni FRATTURA Teoria di Griffith Sforzo sulla punta di una cricca Fattore degli sforzi Test di tenacità Calcolo di K Considerazioni della zona plastica Influenza dello Y.S. Spessore del provino Procedure di test Influenza della microstruttura FATICA Introduzione e tipi di fatica Vita e fatica, cicli a fatica Innesco e crescita della cricca Fattori influenti, legge di Paris Componenti non criccati Componenti criccati DIAGRAMMI DI STATO Introduzione ai digrammi di fase. Varianza. Regola delle fasi di Gibbs. Linee di liquidus, solidus e solvus. Trasformazini eutettiche, eutettoidiche, peritettiche. Regola della leva. Diagramma Fe-C. Solubilità del C nel Fe. Eutettico ed eutettoide nel digramma Fe-C. Diagramma Fe-C. Ferrite alfa, delta, austenite e cementite. Acciai ipoeutettoidici, eutettoidici, e ipereutettoidici. Ghise: ipoeutettiche, eutettiche e ipereutettiche. Microstrutture nel digramma Fe-C. MATERIALI CERAMICI Introduzione legami chimici nei ceramici relazioni strutturali di base strutture degli ossidi strutture dei silicati polimorfismo lavorazione dei ceramici proprietà meccaniche proprietà termiche stato vetroso struttura dei vetri LEGANTI i leganti aerei processo di irrigidimento calce aerea calce viva spegnimento la sabbia il gesso leganti idraulici cemento Portland idratazione del cemento alterazioni cemento pozzolanico PROPRIETÀ ELETTRICHE conduzione elettrica nei metalli legge di Ohm-resistenza-conducibilità forma microscopica della legge di Ohm semiconduttori intrinseci semiconduttori estrinseci di tipo n semiconduttori estrinseci di tipo p effetto della temperatura le giunzioni pn i dielettrici PROPRIETÀ MAGNETICHE materiali magnetici dolci e duri grandezze magnetiche tipi di magnetismo effetto della T sul ferromagnetismo domini ferromagnetici ciclo di isteresi magnetostrizione anisotropia materiali magnetici permanenti superconduttori |