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  1. Science
  2. Master Degree
  3. Fisica [F1703Q - F1701Q]
  4. Courses
  5. A.A. 2023-2024
  6. 1st year
  1. Energy Physics
  2. Summary
Insegnamento Course full name
Energy Physics
Course ID number
2324-1-F1701Q094
Course summary SYLLABUS

Course Syllabus

  • Italiano ‎(it)‎
  • English ‎(en)‎
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Obiettivi

Conoscenza dei principi fisici alla base delle trasformazioni energetiche e delle risorse energetiche primarie, della loro disponibilità e tecnologie di utilizzo.

Contenuti sintetici

Definizione dei sistemi energetici e delle problematiche connesse.
Composizione del panorama energetico globale: risorse, impieghi e tendenze
Elementi di termodinamica
Dinamica dei fluidi per la conversione energetica.
Introduzione all'energia nucleare.
Fissione Nucleare.
Fusione Nucleare.
Fonti di energia rinnovabili: principi, sorgenti e tecnologie
Combustibili fossili: formazione, riserve, elementi di combustione e potere calorifico.
Cenni alle reti di distribuzione dell'energia elettrica e ai sistemi di storage.
Energy mix

Programma esteso

Definizione dei sistemi energetici e delle problematiche connesse. Evoluzione del fabbisogno energetico. Sostenibilita' dei sistemi energetici. Capacity Factor, Energy Return On Investments.
Elementi di termodinamica. Cicli di interesse per la generazione di energia ed efficienze.
Dinamica dei fluidi per la conversione energetica. Conservazione dell'energia in un fluido ideale, equazione di Bernoulli, dinamica di un fluido viscoso, forze di lift e drag, circolazione, flusso su un profilo alare, equazione di Eulero per una turbina.
Fonti di energia rinnovabili termiche a bassa entalpia: solare termico, geotermia, idrotermia. Esempi, disponibilita' potenziale, linee di sviluppo tecnologico.
Introduzione all'energia nucleare. Energia di legame, curva di stabilita', decadimento radioattivo, modello nucleare a goccia, cenni all'interazione di radiazione ionizzante con la materia.
Fissione Nucleare. Reazione a catena, energia di attivazione, cenni di neutronica, cinetica del reattore e moderatore. Schemi di funzionamento di reattori a neutroni termici e a neutroni veloci. Ciclo del combustibile
Fusione Nucleare . Reazioni di fusione, cenni di fisica del plasma termonucleare, cenni al confinamento inerziale del plasma, confinamento magnetico del plasma, dispositivi tokamak, schema di funzionamento del reattore termonucleare
Fonti di energia rinnovabili di origine meccanica di tipo streaming: eolico, onde di marea, onde marine. Esempi e disponibilita' potenziale, linee di sviluppo tecnologico.
Energia idroelettrica. Potenza in uscita da un bacino idroelettrico. Turbine a impulse e a reazione e rispettivi range di funzionamento
Energia da biomasse. Processi di conversione dell’energia posseduta dalle biomasse vegetali. Selezione delle biomasse per produzione energetica.
Solare fotovoltaico. Generalita’ sulle celle solari inorganiche. Semiconduttori. Celle al silicio. Tecnologie avanzate per l’ottimizzazione dell’efficienza
Combustibili fossili: formazione, riserve, elementi di combustione e potere calorifico.
Cenni alle reti di distribuzione dell'energia elettrica e ai sistemi di storage.
Combinazione delle fonti energetiche verso la sostenibilità

Prerequisiti

Conoscenze di termodinamica, elettromagnetismo e struttura della materia dalla laurea di primo livello

Modalità didattica

Lezione frontale
Sono inoltre previsti alcuni seminari integrativi che fanno parte del programma del corso e alcuni seminari complementari.

Materiale didattico

John Andrews, Nick Jelley. Energy Science: Principles, Technologies, and Impacts. Oxford University Press, 2017
Bob Everett, Energy Systems and Sustainability: Power for a Sustainable Future. OUP Oxford, 2012
Ibrahim Dincer, Calin Zamfirescu. Sustainable Energy Systems and Applications. Springer Science 2011
Tushar K. Ghosh, Mark A. Prelas. Energy Resources and Systems: Volume 2: Renewable Resources. Springer Business & Economics 2011
Slides del corso messe a disposizione dal docente.

Periodo di erogazione dell'insegnamento

Secondo semestre

Modalità di verifica del profitto e valutazione

  1. Svolgimento di un breve seminario con esposizione di un approfondimento svolto dallo studente, in aula in presenza o in teleconferenza, con preparazione di una relazione scritta, valutato secondo i criteri di originalità, rigore scientifico e chiarezza di esposizione.
    Tali seminari possono riferirsi alternativamente a
    APPROFONDIMENTO SU ARTICOLO SCIENTIFICO (esposizione di argomenti non trattati a lezione);
    ANALISI DI CASO (Descrizione di situazione o esempio reale di cui si analizzano le interconnessioni
    fra i diversi elementi/variabili alla luce di una o più paradigmi teorici);
    PROJECT WORK (Sviluppo di un progetto originale a partire da una semplice idea o dall’analisi di
    un caso esistente).

  2. COLLOQUIO SUGLI ARGOMENTI SVOLTI A LEZIONE. Colloquio orale volto a verificare il livello di conoscenza e comprensione dei contenuto del corso:

Non sono previste prove in itinere

Orario di ricevimento

Orario di ufficio, previo appuntamento.

Sustainable Development Goals

ENERGIA PULITA E ACCESSIBILE
Export

Aims

Knowledge of the physical principles at the basis of primary energy resources, of their availability and possibility of use. Energy transformations. Combination of energy sources for sustainability

Contents

Definition of energy systems and related problems.
Fluid dynamics for energy conversion.
Introduction to nuclear energy.
Nuclear fission.
Nuclear Fusion.
Renewable energy sources: principles, sources and technologies
Fossil fuels: formation, reserves, combustion elements and calorific value.
Introduction to electricity distribution networks and storage systems.
Energy mix

Detailed program

Definition of the energy systems and related problems. Evolution of the energy request. Sustainability of energy systems. Capacity Factor, Energy Return On Investments.
Dynamics of fluids for energy conversion. Conservation of energy in an ideal fluid, Bernoulli equation, dynamics of a viscous fluid, lift and drag forces, circulation, flow on a wing profile, Euler equation for a turbine.
Elements of thermodynamics. Thermodynamic cycles for energy production and their efficiency.
Introduction to nuclear energy. Binding energy, stability curve, radioactive decay, drop model of the nucleus, hints of the interaction of ionizing radiation with matter.
Nuclear Fission. Chain reaction, activation energy, neutronics, reactor kinetics and moderator. Operating diagrams of thermal neutron and fast neutron reactors. Fuel cycle
Nuclear fusion. Fusion reactions, hints of thermonuclear plasma physics, inertial confinement of plasma, plasma magnetic confinement, tokamak devices, thermonuclear reactor operation scheme.
Renewable sources of low-enthalpy thermal energy: solar thermal, geothermal, hydrothermal. Examples, potential availability, lines of technological development
Renewable sources of energy of mechanical origin: wind, tides, sea waves. Examples and potential availability, lines of technological development.
Hydroelectric energy. Power output from a hydroelectric basin. Impulse turbins and reaction turbines and respective operating ranges
Biomass energy. Energy conversion processes of plant biomass. Selection of biomass coltures for energy production.

Prerequisites

Knowledge of thermodynamics, electromagnetism and structure of matter from the first level degree

Teaching form

Taught class
Some seminars on specific topics will be organized as parts of the course program, plus some seminar on complementary topics

Textbook and teaching resource

John Andrews, Nick Jelley. Energy Science: Principles, Technologies, and Impacts. Oxford University Press, 2017
Bob Everett, Energy Systems and Sustainability: Power for a Sustainable Future. OUP Oxford, 2012
Ibrahim Dincer, Calin Zamfirescu. Sustainable Energy Systems and Applications. Springer Science 2011
Tushar K. Ghosh, Mark A. Prelas. Energy Resources and Systems: Volume 2: Renewable Resources. Springer Business & Economics 2011
Lecture notes.

Semester

Second semester

Assessment method

Presentations held by students. Written report, on topics and insights inherent to the course.
Such seminars can be related to
IN-DEPTH ANALYSIS OF A SCIENTIFIC ARTICLE (presentation of topics not covered in class);
CASE ANALYSIS (Description of a situation or real example whose interconnections are analysed
between the different elements/variables in the light of one or more theoretical paradigms);
PROJECT WORK (Development of an original project starting from a simple idea or from the analysis of
an existing case).

Interview.
Oral examination - level of understanding of the course topics.

No intermediate evaluation will be organized

Office hours

Monday - Friday by appointment

Sustainable Development Goals

AFFORDABLE AND CLEAN ENERGY
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Key information

Field of research
FIS/03
ECTS
6
Term
Second semester
Activity type
Mandatory to be chosen
Course Length (Hours)
42
Degree Course Type
2-year Master Degreee
Language
English

Staff

    Teacher

  • CS
    Carlo Sozzi

Students' opinion

View previous A.Y. opinion

Bibliography

Find the books for this course in the Library

Enrolment methods

Manual enrolments
Self enrolment (Student)

Sustainable Development Goals

AFFORDABLE AND CLEAN ENERGY - Ensure access to affordable, reliable, sustainable and modern energy for all
AFFORDABLE AND CLEAN ENERGY

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