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Energia, progresso e sostenibilità

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A.A. 2020/21

Lingua dell'insegnamento

Italiano

Corsi di studio

Corso di Laurea in Ingegneria Energetica - Torino
Corso di Laurea in Ingegneria Biomedica - Torino
Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica - Mondovi'
Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica - Torino
Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica (Mechanical Engineering) - Torino
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Corso di Laurea in Electronic And Communications Engineering (Ingegneria Elettronica E Delle Comunicazioni) - Torino
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Corso di Laurea in Ingegneria Gestionale - Torino
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Organizzazione dell'insegnamento
Didattica Ore
Docenti
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Espandi

Didattica
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ING-IND/10 6 D - A scelta dello studente A scelta dello studente
2018/19
Tutto ciò che accade nell’universo può essere correlato a movimenti di energia. Enormi e continui flussi di energia hanno investito e plasmato il nostro pianeta fin dalla sua formazione, quasi cinque miliardi di anni fa, modificandolo fino alla condizione che oggi conosciamo. I più intensi provengono in ordine di grandezza dal Sole, dal nucleo della Terra e dalla Luna. I complessi processi di trasformazione determinarono le condizioni favorevoli alla formazione della vita biologica che si evolvette in una enorme molteplicità di specie. Un caso unico nell’universo, a quanto ne sappiamo oggi. In tempi relativamente recenti in uno dei rami dell’evoluzione comparve la specie umana, la sola che ha maturato lo sviluppo pieno di coscienza e intelligenza, fondamenti della nascita e del progresso delle civiltà. Fin da quando gli uomini divennero esseri senzienti svilupparono tante abilità tra le quali la capacità di generare e controllare flussi di energia più elevati di quelli strettamente necessari per sostenere la loro vita biologica. Fu una dote determinante per lo sviluppo delle civiltà umane, e oggi potremmo studiare la storia dell’umanità anche raccontando come nel tempo gli uomini siano diventati capaci di controllare quantità sempre maggiori di energia. Nell'epoca contemporanea, tuttavia, aumenta sempre più il numero di persone convinte che la responsabilità dei gravi fenomeni convenzionalmente chiamati "crisi energetica", dipendano dall'uso incontrollato di grandi quantità di energia. Le innumerevoli e sempre più evidenti prove scientifiche, storiche e geopolitiche fanno pensare che l’utilizzazione crescente dell’energia, inevitabilmente connaturata allo sviluppo prorompente e apparentemente inarrestabile della civiltà tecnologica e industriale, possa danneggiare e talvolta addirittura pregiudicare le funzionalità della nicchia ecologica che garantisce l’esistenza degli esseri viventi, e con essi della specie umana. Il dibattito sulla pericolosità di fenomeni che potrebbero essere esiziali per la specie umana, si è allargato dal ristretto ambito degli specialisti a tutte le società civili, con opinioni spesso contrapposte. Gli ingegneri, gli scienziati, i politici, più degli altri cittadini del mondo, hanno il dovere morale di analizzare questo problema. Infatti, dal momento che sono responsabili per la progettazione, la costruzione e la gestione di impianti tecnologici, devono anche verificare se le conseguenze negative che vengono attribuiti a queste opere sono reali e, in caso affermativo, di agire per evitarli o mitigarli. Per queste ragioni, prevalentemente etiche, è auspicabile completare la formazione tradizionale dei futuri scienziati e tecnici con l’analisi delle conseguenze che potrebbero derivare dall’uso improprio o incontrollato della tecnologia e dei provvedimenti per evitarle. Con questo corso, intendiamo dare un contributo in questa direzione.
Everything that happens in the universe can be related to energy flows. Huge and continuous amounts of energy invested and shaped our planet since its formation, nearly five billion years ago, changing it up to the condition we know today. The most intense come in order of magnitude from the Sun, from the Earth's core and from the Moon. The complex processes of transformation brought about conditions favorable to the formation of biological life that evolved into an enormous variety of species. A unique case in the universe, as we know today. Only recently in one of the branches of the life evolution appeared the human species, notably the only one that has gained the full development of consciousness and intelligence, foundations of the birth and of the progress of civilization. Ever since men became sentient beings, developed many skills including the ability to generate and control energy flows higher than those strictly necessary to sustain their biological life. It was a skill crucial to the development of human civilization, and today we study the history of humankind as well as telling the time, men have become able to control increasing amounts of energy. In the contemporary era, however, continues to increase the number of people who believe that the responsibility of the serious phenomena conventionally called "energy crisis", dependent on the use of large amounts of uncontrolled energy. The countless and ever clearly visible scientific historical and geopolitical evidence suggest that the growing use of energy, inevitably inherent in the development irrepressible and seemingly unstoppable technological and industrial civilization, can damage and sometimes even affect the functionality of the ecological niche that guarantees the existence of living beings, and with them that of the human species. The debate which phenomena could be lethal for the human species has expanded from the limited area of the specialists to all players in civil societies, often with opposing opinions. The importance of the issue, it behooves all men to question and understand whether the benefits arising from technological developments which are commensurate with the problems that according to some generate. The engineers, the scientists, the policy-makers, more than the other citizens of the world, have the moral duty to analyze this problem. In fact, since they are responsible for the design, the construction and the management of technological facilities, they must also check whether the negative consequences that are attributed to these works are real and, if so, to take action to avoid or to mitigate them. For these reasons, mostly ethical, it is desirable to complete the traditional training of future scientists and engineers with the knowledge of the consequences that could result from the improper or uncontrolled use of technology and measures to mitigated or avoid at all them. With this course, we intend to contribute in this direction.
Alla conclusione del corso lo studente: 1. Padroneggerà gli strumenti culturali che riconoscono nell’energia il legame tra la molteplicità di fenomeni studiati nelle discipline di base del suo corso di studi, fisica (meccanica, dinamica, statica dei fluidi, elettromagnetismo, fisica della materia), chimica, elettrotecnica e termodinamica, permettendone un’analisi olistica e unitaria. 2. Consoliderà la consapevolezza che i flussi di energia all'interno e tra i corpi materiali sono causa ed effetto di tutti gli eventi osservati in natura, sia nei corpi inanimati che negli esseri viventi. 3. Comprenderà i legami dello sviluppo storico e dei progressi scientifici, tecnologici e sociali delle civiltà umane con l’effettiva capacità degli uomini di raccogliere e utilizzare le risorse energetiche disponibili sulla Terra. 4. Conoscerà la struttura e le conseguenze di tutti quegli eventi - ambientali, climatici, economici e sociali - attribuibili alle attività umane ai quali nell’epoca contemporanea si dà il nome di crisi energetica. 5. Potrà rendersi conto della grande influenza che i modi di utilizzazione dell’energia avranno sul benessere di tutte le comunità umane e sul progresso della loro civilizzazione, e questi di fatto attribuiscono un accresciuto carico di responsabilità morale agli scienziati e ai tecnici che con il loro lavoro contribuiscono a modificare il mondo naturale.
At the end of the course, the student will: 1. Master the cultural tools that recognize the mutual relations between energy and the multiplicity of phenomena studied in the basic disciplines of Engineering and Architecture degrees (physics, chemistry, electrical engineering and thermodynamics), thus enabling a holistic and unified learning approach. 2. Consolidate the knowledge that energy flows within and between material bodies are the cause and effect of all events observed in nature, both in inanimate bodies that in living beings. 3. Understand the links of the historical development and the progress of scientific, technological and social aspects of human civilizations with the actual ability of men to gather and use the energy resources on the Earth. 4. Know the structure and the consequences of all those events - environmental, climatic, economic and social - of which attributable to human activities in the contemporary age is given the name of an energy crisis. 5. Realize how the way we use energy has a strong impact on the well-being of all human communities and the progress of their civilization, and that there is an increasing an burden of moral responsibility to scientists and engineers who, through their work, contribute to alter the natural world.
Per comprendere i contenuti del corso e partecipare alle attività previste con il massimo profitto si consiglia di iscriversi solo dopo aver frequentato i corsi di base di fisica, chimica e termodinamica. E’ inoltre necessaria la padronanza della lingua inglese per poter accedere a parte della documentazione fornita dai docenti.
To understand the course contents and to participate in planned activities with the maximum profit, the student should have attended basic courses in physics, chemistry and thermodynamics.
Il concetto di energia dal punto di vista fisico e metafisico. Esame critico delle relazioni di causa-effetto tra i movimenti e la redistribuzione dell'energia e i fenomeni naturali. Richiamo di alcuni elementi essenziali di fisica e termodinamica con attenzione alle forme dell’energia e ai modi di misurarla. Elementi essenziali del dibattito in corso sull’esistenza o meno di una “crisi energetica” e sull’affermazione che questa sia anche una crisi di civiltà. Importanza e interdipendenza dei fattori critici in discussione: adeguata disponibilità di risorse energetiche, clima e ambiente, politica e geopolitica internazionale, elementi economici e finanziari, rapporti sociali e squilibri nelle condizioni di vita dei popoli nel pianeta. Energetica del pianeta Terra. Interazione della Terra con la radiazione solare. Gli effetti nell’atmosfera, nell’idrosfera e nella litosfera. Fenomeni gravitazionali e maree. Geotermia ed effetti sismici. Energetica degli organismi biologici. Peculiarità della presenza degli organismi viventi e la loro sostanziale unicità nella molteplicità delle specie vegetali, animali e umana. La vulnerabilità delle condizioni di esistenza della vita nel nostro pianeta. Storia delle civiltà umane preindustriali raccontata attraverso i modi con cui gli uomini appresero a utilizzare quantità crescenti di energia, traendone profitto e benessere. Le utilizzazioni nell’agricoltura, nello sviluppo di motori primi (trasporti, manifatture, metallurgia), nella costruzione di edifici e infrastrutture e negli usi militari. L’energia nel XX e nel XXI secolo. Riserve e Risorse. Risorse esauribili (fossili e nucleari) e rinnovabili (sole, acqua, biomasse, vento, onde e maree). Risorse intermedie e vettori (elettricità, combustibili fossili liquidi e gassosi, idrogeno). Gli usi finali (abitazioni, industrie di trasformazione, trasporti, agricoltura e pesca, applicazioni militari). Le criticità tecnologiche. Abitazioni, trasporti, accesso all’energia elettrica, protezione ambientale, industria e agricoltura. Prospettive tecnologiche. Motori primi termici ed elettrici. La distribuzione dei combustibili e dell’energia elettrica. Abitazioni e servizi residenziali: situazione nei paesi avanzati e in quelli in via di sviluppo (PVS); tecnologie consolidate e innovative e opportunità di intervento. Trasporti in superficie, nelle acque e nell'aria. Cenni alla generazione e distribuzione di elettricità (con fonti fossili e rinnovabili), distribuzione e reti intelligenti (Smart Grids). Scenari possibili e opportunità nel XXI secolo. Esame dei concetti di progresso e di sostenibilità. I legami dell’energia con la qualità della vita, l’economia, lo sviluppo, la povertà energetica e la qualità dell’ambiente in relazione all’esistenza della vita biologica. Ecologia e bioeconomia, L’impronta ecologica. Le politiche per il clima e le transizioni energetiche. L’importanza dell’efficienza energetica. Il conflitto tra risparmio e stili di vita. La questione della decrescita. Miti e realtà della questione energetica.
The concept of energy from the physical and metaphysical standpoint. A critical examination of the cause-effect relationship between the flows and the redistribution of energy and natural phenomena. A brief recall to some of the essential fundamentals of physics and thermodynamics with particular care to the forms of energy and the ways to measure it. The essential elements of the current debate on whether or not there is an "energy crisis” and on the statement that this is also a crisis of civilization. Importance and interdependence of the critical factors under discussion: adequate availability of energy resources, climate and environment, politics and international geopolitical, economic and financial elements, social relations and unequal conditions of life in our planet. Energetics of the Planet Earth. Interaction of the Earth with solar radiation. The effects on atmosphere, hydrosphere and lithosphere. Gravitational phenomena and tides. Geothermal and seismic effects. Energetics of biological organisms. Peculiarities of the presence of living organisms and their essential oneness in the multiplicity of species of plants, animals and human. The vulnerability of the conditions of existence of life on our planet. History of pre-industrial human civilization told through the ways in which men learned to use increasing amounts of energy, a profit making and well-being. The uses in agriculture, the development of prime movers (transportation, manufacturing, metallurgy), construction of buildings and infrastructure and military uses. The energy in the 20th and 21th century. Reserves and Resources. Exhaustible resources (fossil and nuclear) and renewable energy (sun, water, biomass, wind, waves and tides). Intermediate resources and carriers (electricity, liquid and gaseous fossil fuels, hydrogen). The end uses (housing, processing industries, transport, agriculture and fisheries, military applications). The critical technology (housing, transportation, access to electricity, environmental protection, industry and agriculture). Technology perspectives. Thermal and electrical prime movers. The distribution of fuel and electricity. Housing and residential services: the situation in developed countries and in developing countries (DCs), proven and innovative technologies and opportunities for intervention. Surface, water and air transportation. Notes to the generation and distribution of electricity (with fossil and renewable sources), distribution and intelligent networks (Smart Grids). Possible scenarios and opportunities in the twenty-first century. Examination of the concepts of progress and sustainability. The energy ties with the quality of life, the economy, development, energy poverty and the quality of the environment in relation to the existence of biological life. Ecology and bio-economy. The ecological footprint. Climate policy and energy transitions. The importance of energy efficiency. The conflict between savings and lifestyles. The question of decline. Myths and realities of the energy issue.
Il tempo a disposizione del corso è suddiviso in lezioni teoriche ed esercitazioni applicative, queste ultime sviluppate su esempi spiegati in aula, che gli studenti dovranno sviluppare individualmente per iscritto. A partire dalla ottava settimana di corso, ogni studente deve preparare un documento monografico con un massimo di 20 cartelle. I docenti aiuteranno gli studenti a scegliere l'argomento da trattare e decideranno se la tesi può essere svolta individualmente o da un gruppo con un numero limitato di persone. La valutazione del documento contribuirà al voto finale dell'esame. Il giudizio sulle tesi sarà costruito in due fasi. In primo luogo, ogni studente sarà coinvolto in un processo chiamato ‘tra pari’ o peer review nel quale esprimerà il suo parere sul lavoro svolto da un piccolo numero di colleghi. Successivamente i docenti assegneranno la valutazione finale. Alcune lezioni, da una a quattro al massimo, potrebbero essere sostituite da seminari monografici condotti da specialisti esterni. Alcune delle lezioni si terranno in modalità ‘flipped’ utoizzando anche delle risorse digitali esterne; il docente guiderà la discussione in classe tra temi specifici.
The teaching units at the disposal of the course include theoretical and practical lectures, the latter on examples explained in class and then developed individually by students in written form. From the eighth week of the course, each student must prepare a document monograph with a maximum of 20 folders. Teachers help students to choose the argument of the thesis, and will decide whether the thesis can be done individually or by a group with a maximum of 5 people. The evaluation of the document will contribute to the final mark. The judgment on the thesis is built in two phases. Firstly, each student will be involved in a process called public evaluation or grading in the crowd-which will give a rating on the work of a small number of colleagues. Then the teachers will assign the final evaluation. Some lessons, one to four at most, could be replaced by monographic seminars conducted by external specialists. Some lessons will be carried out in flipped mode, also using external digital resources; the teacher will moderate the discussion among students about specific topics.
Gli studenti possono prepararsi per sostenere l'esame sui temi trattati nel corso seguendo le lezioni in aula, integrate dalle diapositive proiettate a lezione, studiando sui due testi: - Calì M. et al., Guida all’energia nella natura e nelle civiltà umane, Ed. Esculapio, 2014, Bologna (a breve disponibile come e-book) - Smil V., Energy in Nature and Society: General Energetics of Complex Systems, MIT Press, 2008, Boston. - Leone P., Calì M., Colombo E., The strange paradox of the world energy question, MOOC course, https://www.pok.polimi.it/ Durante il corso i docenti distribuiranno appunti e documenti con i dati e le informazioni più significativi, e suggeriranno la lettura di articoli e libri selezionati per integrare lo studio.
SStudents can prepare for the exam on the topics covered in the course following the lectures, supplemented by slides projected during the lessons, studying on the two books: - Calì M. et al., Guida all’energia nella natura e nelle civiltà umane, Ed. Esculapio, 2014, Bologna (soon available as e-book) - Smil V., Energy in Nature and Society: General Energetics of Complex Systems, MIT Press, 2008, Boston. - Leone P., Calì M., Colombo E., The strange paradox of the world energy question, MOOC course, https://www.pok.polimi.it/ During the course, teachers will distribute notes and documents with the data and the information most significant, and will suggest the reading of articles and books selected to complement the study.
Modalità di esame: prova scritta; prova orale facoltativa; elaborato scritto prodotto in gruppo;
L’esame finale è costituito da: • La valutazione della tesina sviluppata individualmente o da un gruppo di studenti da consegnarsi entro la fine del corso. Valutazione: max. 3 punti. • Un compito scritto costituito da quesiti sugli argomenti trattati nel corso. Ad ognuno lo studente dovrà rispondere scegliendo tra tre possibilità, una sola delle quali è corretta. Valutazione: max. 24 punti. • Un colloquio orale, facoltativo a discrezione dello studente, che potrà essere sostenuto solamente da chi ha raggiunto un punteggio complessivo di 18 nelle due prove precedenti.
Exam: written test; optional oral exam; group essay;
The final examination consists of: • The evaluation of the thesis developed individually or by a group of students to be delivered before the end of the course. Evaluation up to 3 points. • A written test consisting of a number of questions on the topics covered in the course. The student must answer by choosing between three options of which only one is correct. Evaluation up to 24 points. • An interview, optional at the discretion of the student, which can be sustained only by those who cumulated 18 points in the two previous evaluations.


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