L’uomo,i viventi, l’ambienteLezione 3Scienza, sistemi, materia ed energia

Luca Fiorani

Luca Fiorani – L’uomo,i viventi, l’ambiente

Scienza, tecnologia, scienze ambientali e riflessioni critiche Identificare un problema Raccogliere i dati Fare un’ipotesi ed elaborare un modello Validare le predizioni Leggi Teorie

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Scienza, tecnologia, scienze ambientali e riflessioni critiche Metodo scientifico: "sensate esperienze" e

"necessarie dimostrazioni" (Galileo, Dialogo sopra i due massimi sistemi del mondo)

Gruppo sperimentale e gruppo di controllo (ma i processi naturali sono estremamente complessi)

Cosa significa l'espressione "scientificamente provato"?

Nella scienza non esiste la certezza assoluta

I sistemi complessi sono difficilmente prevedibili

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Scienza, tecnologia, scienze ambientali e riflessioni critiche Differenza tra "scienza di frontiera" e

"consenso scientifico" Spesso i media intervistano minoranze

inesperte

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Scienza, tecnologia, scienze ambientali e riflessioni critiche "La tecnologia è la creazione di un nuovo

prodotto e processo sviluppato per aumentare l'efficienza le possibilità di sopravvivenza, il livello di conforto e la qualità della vita"

I risultati scientifici sono pubblicati I ritrovati tecnologici sono protetti

(brevetti) "Le scienze ambientali sono lo studio di

come noi e le altre specie interagiamo uno con l'altro e con l'ambiente non vivente (materia ed energia)"5

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Scienza, tecnologia, scienze ambientali e riflessioni critiche "Sono una scienza fisica e sociale che

integra la conoscenza derivante da un ampio ambito di discipline che includono la fisica, la chimica, la biologia (specialmente l'ecologia), la geologia, la meteorologia, la geografia, l'ingegneria, la conservazione e la gestione delle risorse, la demografia [...], l'economia, la politica, la sociologia e l'etica [...] uno studio interdisciplinare di come le parti della natura e le società umane operano e interagiscono – uno studio dei collegamenti e delle interazioni in natura"6

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Scienza, tecnologia, scienze ambientali e riflessioni critiche Controversie delle scienze ambientali:

validità dei dati complessità dei problemi

Comunque dobbiamo prendere decisioni politiche ed economiche

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Modelli e comportamento dei sistemi I modelli matematici:

approssimano la realtà fanno previsioni sono sviluppati con il metodo "trial and

error": ipotesi (→ equazioni) (equazioni →) previsioni confronto tra previsioni e osservazioni

(revisione delle ipotesi) I modelli matematici sono meglio dei

modelli mentali ma non sono esenti da problemi

I modelli consentono "esperimenti numerici"

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Modelli e comportamento dei sistemi I sistemi hanno input,

flussi, uscite

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Modelli e comportamento dei sistemi Retroazione positiva o negativa

(feedback) Omeostasi del corpo (t<42°, -; t>42°, +)

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Materia: forme, struttura e qualità Materia (ha massa e occupa spazio) Solida, liquida, aeriforme (vapore, gas),

plasma Elementi, composti

ionici e covalenti(miscele)

Atomi, ioni, molecole Elettroni, protoni, neutroni

(nucleo) Numero atomico, numero

di massa (isotopi)11

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Materia: forme, struttura e qualità Composti inorganici (CO, CO2 e molecole

prive di carbonio: H2O, NaCl, NH3…) Composti organici (naturali e sintetici)

idrocarburi (metano) idrocarburi clorurati (DDT, PCB) clorofluorocarburi o CFC (freon) carboidrati (semplici e complessi) aminoacidi (~20) e proteine (milioni) nucleotidi (4) e acidi nucleici (DNA, RNA) geni (sequenze di nucleotidi) e cromosomi

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Materia: forme, struttura e qualità

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Materia: forme, struttura e qualità

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Materia: forme, struttura e qualità Materia di alta qualità:

utilizzabile organizzata disponibile

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Energia: forme e qualità Energia:

"capacità di compiere lavoro" luce, elettricità, calore (≠temperatura)… cinetica e potenziale radiazione elettromagnetica

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Energia: forme e qualità Energia di alta qualità:

utilizzabile organizzata disponibile

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Trasformazioni fisiche e chimiche e la legge di conservazione della materia Trasformazione fisica: non implica

cambiamento della composizione chimica (es.: scioglimento dei ghiacci)

Trasformazione chimica: implica cambiamento della composizione chimica (es.: combustione del carbone C+O2→CO2+energia)

Conservazione della materia (applicazione al ciclo dei rifiuti)

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Trasformazioni nucleari Decadimento naturale radioattivo

(radioisotopi) Raggi alfa, beta, gamma Tempo di dimezzamento:

iodio-131: 8 giorni stronzio-90: 28 anni uranio-238: 4.5 miliardi di anni

Livello sicuro: dopo 10 tempi di dimezzamento

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Trasformazioni nucleari Fissione nucleare:

massa critica reazione a catena

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Trasformazioni nucleari Fusione nucleare:

imparare dal Sole… … non è facile (ITER)!

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Le due leggi fondamentali dell'energia Prima legge della termodinamica:

conservazione dell'energia Seconda legge della termodinamica: nelle

trasformazioni dell'energia avviene una perdita della sua qualità (es.: da elettricità a calore)

L'energia si conserva ma – in pratica – quella utilizzabile è sempre meno

L'energia non si ricicla: importanza dell'efficienza energetica

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Le due leggi fondamentali dell'energia La seconda legge della termodinamica

influenza la vita (produzione di calore e rifiuti)

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Collegamenti: le leggi della materia e dell'energia e i problemi ambientali I Paesi industrializzati hanno un'economia

ad alta produzione (anche di calore e di rifiuti) con il rischio di non essere sostenibile

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Collegamenti: le leggi della materia e dell'energia e i problemi ambientali I Paesi industrializzati vanno verso

un'economia di riciclo dei materiali Rimangono problemi:

l'inquinamento la produzione di calore: occorrono sorgenti

illimitate di energia di alta qualità alcuni materiali non possono essere riciclati

all'infinito Questa economia non è la soluzione finale

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Collegamenti: le leggi della materia e dell'energia e i problemi ambientali La natura ci indica la strada: un'economia

a bassa produzione

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Fine della lezione…