Percorsi Standard

Il percorso proposto riguarda la costruzione di una cella solare con metodi e materiali alternativi rispetto all’attuale tecnologia del Silicio, offrendo agli studenti la possibilità di affinare la propria sensibilità e le proprie conoscenze in merito alle fonti di energia alternative e relative tecnologie di preparazione e/o problemi ad esse correlati. Inoltre questo percorso permette ai ragazzi di calarsi nel mondo di un moderno laboratorio di ricerca in cui vengono affrontati complessi problemi di fisica dello stato solido e dei semiconduttori, nonché di innovazione tecnologica. Da quest’ultimo punto di vista il laboratorio può essere visto come un esempio di come viene organizzato il lavoro di un gruppo di persone nel mondo della produzione industriale. In particolare si affrontano i seguenti argomenti:

1. Effetto fotovoltaico come l’insieme di effetto fotoelettrico interno e dell’effetto diodo
2. Film sottili e tecniche di deposizione (crescita e deposizione in vuoto, evaporazione con cannone elettronico)
3. Film sottili e tecniche di deposizione (crescita e deposizione in vuoto,   evaporazione   con   cannone   elettronico,  sputtering, tecniche avanzate di coating)
4. Architettura di una cella solare (i materiali e gli strati elementari, la giunzione p-n)
5. Caratterizzazione di un dispositivo fotovoltaico (caratteristiche tensione-corrente, efficienza della cella solare).

Il percorso è incentrato sul ruolo rivestito dalle nanostrutture di carbonio nelle applicazioni per lo stoccaggio di energia, in particolare in batterie ioniche ad elevate prestazioni per applicazioni in ambito automobilistico e nelle cosiddette “smart grid”. Viene effettuata una esperienza in laboratorio in cui si propone di assemblare e caratterizzare una batteria agli ioni di litio. Durante il tirocinio inoltre gli studenti devono lavorare all’allestimento di un esperimento dimostrativo che sarà presentato dagli stessi studenti in occasione dell’evento “La Notte dei Ricercatori”.

Si affrontano i seguenti argomenti:
1. Sostenibilità energetica ed energie rinnovabili: il problema dello stoccaggio di energia
2. Le nanostrutture di carbonio e il loro ruolo nelle applicazioni energetiche.Tecniche di caratterizzazione.
3. Accumulatori elettrochimici. Architettura di una batteria al litio e tecniche di assemblaggio.
4. Caratterizzazione di una batteria agli ioni di litio (capacità, efficienza della batteria).

Scopo del percorso è portare gli studenti a saper lavorare in prima persona alla soluzione di un importante problema di fisica dei materiali, ovvero le caratteristiche della transizione di fase di un ferromagnete. Gli studenti acquisiranno preliminarmente una serie di concetti relativi al magnetismo nella materia e ad alcune sue recenti applicazioni tecnologiche. Inoltre, per essere in grado di realizzare una simulazione numerica, impareranno alcuni concetti fondamentali di programmazione in ambiente Matlab.

Il crescente consumo di energia a livello mondiale e i noti problemi ambientali impongono la ricerca di nuove soluzioni tecnologiche per la riduzione dei consumi e il recupero dell’energia dispersa. Tra le novità più studiate negli ultimi anni troviamo le macchine termiche per la conversione dell’energia basate sulle proprietà termo-magnetiche dei materiali magnetici. Tra di esse i frigoriferi magnetici rappresentano un’alternativa sostenibile ed efficiente all’attuale tecnologia refrigerante basata sulla compressione di gas inquinanti. Essi sfruttano l’effetto magnetocalorico che consiste nella variazione di temperatura di un materiale magnetico quando viene inserito o estratto da un campo magnetico. Sfruttando l’effetto contrario è possibile, invece, sviluppare motori termo-magnetici che permettono la conversione di energia termica in energia meccanica. Questi dispositivi potrebbero essere utilizzati per il recupero dell’energia che viene dispersa nell’ambiente sotto forma di calore da motori, fabbriche, caldaie, dispositivi elettronici. Durante la Notte dei Ricercatori 2018 saranno presentati un dimostratore dell’effetto magnetocalorico e i risultati del lavoro di progettazione di un prototipo di motore termomagnetico svolto dagli studenti del Liceo Paciolo-D-Annunzio nell’ambito del loro progetto di ASL.

Il percorso proposto ha lo scopo di approfondire in modo semplice e comprensibile, alcuni complessi concetti di meccanica e, soprattutto, di fluidodinamica, usando la navigazione a vela come occasione.
La barca a vela è un vero e proprio laboratorio di Fisica in grado da un lato di stimolare risposte ad osservazioni sorprendenti e “controintuitive” (es: navigazione controvento) che spesso sono semplicisticamente descritte con l’uso di concetti errati, dall’altro di collegare realtà differenti (es:, le ali degli aerei, le palline da golf e i tiri in porta nel calcio) mostrando una interdisciplinarietà che ha la sua base fondamentale nella fisica dei fluidi.
All’interno del percorso, verrà anche affrontato il tema dell’utilizzo dell’energia solare oggi molto discusso nell’ambiente nautico: infatti è forte la tendenza ad implementare le barche a vela con celle solari che forniscono energia a tutti i servizi (luci nelle cabine, luci di navigazione, GPS ecc.). Questo argomento ci permette uno stretto legame con il mondo dell’impresa. L’obiettivo finale di tutto percorso sarà la presentazione degli argomenti trattati, attraverso poster e semplici esperimenti, all’evento “Notte Europea dei Ricercatori 2018” 

Il percorso proposto riguarda lo studio dei principali concetti di trasporto su network complessi ed in particolare la loro applicazione ai flussi di informazioni e di traffico sul web e su reti di trasporto pubblico. Questo percorso offre ai ragazzi la possibilità di affrontare un problema di ottimizzazione complessa e di applicarlo confrontandosi con i problemi e il funzionamento del trasporto pubblico delle principali città italiane ed europee. In particolare si affronteranno i seguenti argomenti:

Il percorso proposto prosegue quello intrapreso da altri studenti nel corso dell’anno scolastico 2016/17 nell’ambito dell’alternanza scuola lavoro che aveva lo scopo di creare percorsi culturali su temi di astrofisica (o ispirati ad essi) corredati da simulazioni fatte sul planetario informatico “Stellarium”. L’attività svolta ha prodotto un opuscolo e alcune presentazioni orali per la notte dei ricercatori 2017. Questo percorso ha lo scopo di arricchire il ‘planetario’ esistente di nuovi argomenti astrofisici di carattere divulgativo. Due sono le tematiche che si vogliono affrontare: 1) la descrizione del cielo notturno e degli oggetti celesti visibili da Terra alla nostra latitudine e 2) la descrizione degli strumenti utilizzati per l’osservazione del cielo: ottica di base dei telescopi che operano non solo nella banda elettromagnetica visibile ma anche a lunghezze d’onda differenti (radio, X, etc). Il percorso prevede sia qualche lezione teorica sia qualche esercitazione in laboratorio con semplici strumenti ottici.  Obiettivo è quello di produrre alcune presentazioni di carattere divulgativo corredate da simulazioni sul planetario ‘Stellarium’ e da semplici attività pratiche di ottica. 

Il calcolo ad alte prestazioni è uno strumento strategico per la soluzione di problemi di grande rilevanza scientifica attraverso algoritmi numerici. La sua importanza è testimoniata anche dalla formidabile quantità di investimenti che attrae e dalla costante crescita delle prestazioni dei supercomputer più potenti al mondo (TOP500: www.top500.org). Questi sistemi sono composti da una rete di calcolatori e spesso da dispositivi specifici per accelerare il calcolo scientifico (generalmente GPU, graphical processing units). Si tratta di soluzioni dall’elevata complessità tecnica congegnati per sopperire allo stallo che si osserva da quasi 15 anni nelle potenza di calcolo del processore centrale (CPU). Il progetto formativo prevede per gli studenti la possibilità di affacciarsi al mondo del calcolo parallelo ad alte prestazioni su alcuni dei sistemi più potenti al mondo, affrontando una serie di attività volte a comprendere ed analizzare i risultati delle prestazioni di codici per la simulazione numerica delle proprietà dei materiali. Il progetto si articola in tre fasi

1. una breve introduzione al calcolo scientifico ad alte prestazioni, con esempi pratici per gli studenti;
2. un’introduzione all’analisi delle prestazioni e la successiva attività di raccolta e analisi dati su sistemi HPC italiani ed europei;
3. un contributo attivo da parte degli studenti, guidato dal tutor, volto a migliorare le prestazioni parallele del codice preso in esame.

Gli studenti partecipano alla messa a punto e alla realizzazione di prodotti alimentari innovativi, dietetici e funzionali basati sulle tecniche di cucina molecolare.

Gli studenti partecipano alla messa a punto di tecniche di tintura innovative di tessuti con coloranti estratti da piante ed alimenti.

Il percorso prevede due tipi di attività complementari, a seconda delle competenze dello studente. Gli studenti con formazione in grafica e design si occuperanno dell’elaborazione di immagini e della loro stampa su materiali innovativi, inclusa messa a punto dei coloranti più idonei; gli studenti con competenze tecnologiche, si occuperanno della stampa 3D di materiali innovativi ecocompatibili.