L’uomo, i viventi, l’ambiente

1. Luca Fiorani L’uomo,i viventi, l’ambiente Lezione 3 Scienza, sistemi, materia ed energia

2. 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 2

3. 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 3

4. Scienza, tecnologia, scienze ambientali e riflessioni critiche • Differenza tra "scienza di frontiera" e "consenso scientifico" • Spesso i media intervistano minoranze inesperte 4

5. 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

6. 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

7. Scienza, tecnologia, scienze ambientali e riflessioni critiche • Controversie delle scienze ambientali: • validità dei dati • complessità dei problemi • Comunque dobbiamo prendere decisioni politiche ed economiche 7

8. 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" 8

9. Modelli e comportamento dei sistemi • I sistemi hanno input,flussi, uscite 9

10. Modelli e comportamento dei sistemi • Retroazione positiva o negativa (feedback) • Omeostasi del corpo (t<42°, -; t>42°, +) 10

11. Materia: forme, struttura e qualità • Materia (ha massa e occupa spazio) • Solida, liquida, aeriforme (vapore, gas), plasma • Elementi, compostiionici e covalenti(miscele) • Atomi, ioni, molecole • Elettroni, protoni, neutroni(nucleo) • Numero atomico, numerodi massa (isotopi) 11

12. 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 12

13. Materia: forme, struttura e qualità 13

14. Materia: forme, struttura e qualità 14

15. Materia: forme, struttura e qualità • Materia di alta qualità: • utilizzabile • organizzata • disponibile 15

16. Energia: forme e qualità • Energia: • "capacità di compiere lavoro" • luce, elettricità, calore (≠temperatura)… • cinetica e potenziale • radiazione elettromagnetica 16

17. Energia: forme e qualità • Energia di alta qualità: • utilizzabile • organizzata • disponibile 17

18. 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) 18

19. 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 19

20. Trasformazioni nucleari • Fissione nucleare: • massa critica • reazione a catena 20

21. Trasformazioni nucleari • Fusione nucleare: • imparare dal Sole… • … non è facile (ITER)! 21

22. 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 22

23. Le due leggi fondamentali dell'energia • La seconda legge della termodinamica influenza la vita (produzione di calore e rifiuti) 23

24. 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 24

25. 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 25

26. Collegamenti: le leggi della materia e dell'energia e i problemi ambientali • La natura ci indica la strada: un'economia a bassa produzione 26

27. Fine della lezione… 27