SCIENZE BIOLOGICHE, GEOLOGICHE E AMBIENTALIScienze biologicheAnno accademico 2024/2025
9797382 - ELETTROMAGNETISMO AMBIENTALE E BIOELETTROMAGNETISMO
Docente: LORETO DI DONATO
Risultati di apprendimento attesi
Conoscenze e competenze fondamentali relative alle interazioni tra campi em e sistemi fisico-biologici
Conoscenza e capacità di comprensione: Acquisizione dei principi base di bioelettromagnetismo
Conoscenza e comprensione applicate: capacità di discutere e analizzare problemi
Autonomia di giudizio: Capacità di individuare e confrontare i metodi più adeguati per lo studio di situazioni reali
Abilità comunicative: Capacità di presentare oralmente. Capacità di scrivere una relazione di laboratorio utilizzando il linguaggio tecnico
Capacità di apprendimento: La verifica dell'apprendimento potrà essere effettuata anche on-line a seconda delle specifiche circostanze richieste
Modalità di svolgimento dell'insegnamento
Il corso prevede lezioni frontali e laboratori sperimentali
Prerequisiti richiesti
Conoscenze di base della matematica e fisica delle scuole superiore
Frequenza lezioni
Non obbligatoria ma altamente consigliata
Contenuti del corso
Il campo elettromagnetico e le comunicazioni radiomobili.
- Il campo elettromagnetico e le onde elettromagnetiche
- Spettro elettromagnetico e bande di frequenza
- Caratteristiche fondamentali delle antenne: guadagno e polarizzazione (laboratorio 2 ore)
- Cenni al funzionamento della rete cellulare e sviluppi legati al 5G
Meccanismi di interazione
- Caratteristiche elettromagnetiche dei tessuti biologici, propagazione e assorbimento.
- Effetti biologici sul corpo umano a bassa e alta frequenza, effetti termici e non termici.
- Dosimetria numerica e sperimentale (laboratorio 6 ore)
- Principali applicazioni dei campi elettromagnetici in diagnosi e terapia
Misura e valutazione dell’esposizione ai campi elettromagnetici
- Quantificazione del rischio di esposizione al campo elettromagnetico
- “Linee Guida ICNIRP”, riferimenti normativi, limiti di esposizione
- Misure e rilevazione del campo elettromagnetico (laboratorio 4 ore)
Testi di riferimento
[1] PROTEZIONE DAI CAMPI ELETTROMAGNETICI NON IONIZZANTI
http://www.ifac.cnr.it/pcemni/libro1/lib1idx.htm
Programmazione del corso
| Argomenti | Riferimenti testi | |
|---|---|---|
| 1 | Introduzione al corso, ripasso del programma. Campo elettrico (e magnetico). Campo elettrico di una carica puntiforme. Campo di un dipolo. Linee di campo. Lavoro. Potenziale. | [1] |
| 2 | Ripasso della lezione precedente. Capacità. Densità di energia elettrica. Corrente. Conduzione metallica. Conduzione ionica. Resistività (rho). Conduttività (sigma). Potenza P = v * i. Potenza dissipata per unità di volume EJ. Cariche in movimento e campo magnetico. Campo prodotto da una corrente lineare. Legge di Ampère. | [1] |
| 3 | Ripasso della lezione precedente. Campo magnetico di una spira e di una bobina (solo un commento sulla rappresentazione con linee di forza, non derivata). Formula di dH. Forza di Lorentz. Grandezze periodiche. Valore efficace. Grandezze armoniche. Serie di Fourier. Carico reattivo (capacità). (Risultati simili per gli induttori). Propagazione delle onde. | [1] |
| 4 | Periodo T, lunghezza d'onda lambda, onde piane, onde sferiche, interferenza (animazione/esempi numerici in Python), campi elettromagnetici variabili nel tempo, piccolo dipolo e dipolo a mezza lunghezza d'onda. Bande di frequenza. Campo lontano. Radiatore isotropico. Guadagno. Relazione tra guadagno e area effettiva. | [1] |
| 5 | Riflessione e rifrazione delle onde piane. Leggi di Snell. Coefficiente di Fresnel per incidenza normale. Risonanza. Campi reattivi. Regioni di campo vicino e campo lontano. Riflessione totale. Guide d'onda dielettriche e metalliche. Cut-off (spiegazione qualitativa). Antenna a tromba. | [1] |
| 6 | Lab: setup esposizione a 27 GHz di colture cellulari. Preparazione dei campioni e osservazione al microscopio | |
| 7 | Tipologie di antenne. Interazione mezzi biologici (vedi slides). Profondità di penetrazione al variare della frequenza in muscolo, pelle, grasso. | [1] e slides docente |
| 8 | Lab: Esposizione di campioni biologici (gameti maschili mytilus g.) al campo em 27 GHz, misure con termocamera ad infrarosso e osservazione al microscopio della motilità e della vitalità. | |
| 9 | Meccanimi di polarizzazione. Meccanismi di rilassamento. Permittività dielettrica. Correnti di conduzione e di spostamento. | [1] e slides docente |
| 10 | Effetti termici ed effetti non termici. SAR | [1] e slides docente |
| 11 | Effetti non termici, studi in vitro in vivo ed epidiemologici. Classificazione IARC e linee guida ICNIRP. | [1] e slides del docente |
| 12 | Evoluzione della rete cellulare e 5G. Aspetti tecnologici e ripercursione sull'esposizone ai campi em. Inizio campi em diagnosi e terapia (fino a RMN). | slides del docente |
| 13 | Lab: Misura di un dipolo a mezz'onda: pattern di radiazione e pattern di polarizzazione. | |
| 14 | Lab: Misura dei coefficienti di Fresnel | |
| 15 | RMN: principi fisici | slides del docente |
| 16 | RMN: tecniche di imaging. Metodi numerici per la valutazione del SAR. | slides del docente |
| 17 | Lab: Horn antenna 27 GHz characterization. | |
| 18 | Effetti biologici. Normativa e misure di campo. | slides del docente |
Verifica dell'apprendimento
Modalità di verifica dell'apprendimento
Discussione orale e valutazione di un progetto
A garanzia di pari opportunità e nel rispetto delle leggi vigenti, gli studenti interessati possono chiedere un colloquio personale in modo da programmare eventuali misure compensative e/o dispensative, in base agli obiettivi didattici ed alle specifiche esigenze. È possibile rivolgersi anche al docente referente CInAP (Centro per l’integrazione Attiva e Partecipata - Servizi per le Disabilità e/o i DSA) del proprio Dipartimento
Esempi di domande e/o esercizi frequenti
L'esame consiste nella presentazione di una tesina su un argomento concordato con il docente e in una successiva prova orale.
La prova orale consiste in 2 domande su argomenti del programma.
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