Classe 4 Professioni Sanitarie della Prevenzione
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 Corsi di insegnamento: Scienze chimico-fisiche e sperimentali a.a. 2013 / 2014 Logout
 

Scienze chimico-fisiche e sperimentali a.a. 2013 / 2014

 

Anno accademico 2013/2014

Docente Prof. Stefano Bettati (Coordinatore del corso)
Prof. Giuseppe Pedrazzi (Docente)
Dott. Giuseppina Folesani (Docente)
Dott. Matteo Goldoni (Docente)
Dott. Alberto Cucchi (Docente)
Anno 1░ anno
Corso di studi Tecniche della Prevenzione nell'Ambiente e nei Luoghi di Lavoro
Tipologia Di base
Crediti/Valenza 11
SSD CHIM/03 - chimica generale e inorganica
FIS/07 - fisica applicata (a beni culturali, ambientali, biologia e medicina)
ING-INF/05 - sistemi di elaborazione delle informazioni
MED/01 - statistica medica
Erogazione Tradizionale
Lingua Italiano
Frequenza Obbligatoria
Valutazione Scritto ed orale
 

Obiettivi formativi del corso

FISICA I e II:

Il corso intende dare una formazione di base che sia propedeutica per altre importanti discipline del Corso di Laurea, quali Chimica, Biologia, Fisiologia, Biochimica ecc. che sulla fenomenologia fisica si fondano o di essa fanno frequente uso. Il corso si ripromette altresì di dare i rudimenti concettuali necessari per una comprensione pur sommaria di alcune importanti tecnologie che sempre più di frequente accompagnano l'opera del medico quali ad esempio: centrifughe, endoscopi, microscopi, trasduttori per ecografia a ultrasuoni, raggi laser, apparati radiologici e NMR, rivelatori di radiazione, ecc. Come ultima finalità, ma forse la più importante, il corso si prefigge di dare allo studente uno stimolo per il raggiungimento di una maggiore confidenza su concetti di uso comune, ma non sempre sufficientemente chiariti dagli studi pregressi, quali: azioni meccaniche tra corpi a contatto, sforzi ed energie in gioco, aspetti dinamici conseguenti a forze elastiche e urti, attriti e aspetti termici e termodinamici, proprietà statiche e dinamiche di fluidi gassosi e liquidi, luce e sue manifestazioni anche in relazione alla struttura dell'occhio e ai suoi difetti fisici; fondamenti dei fenomeni elettrici, magnetici e nucleari, le leggi che governano potenziali e correnti; radiazioni elettromagnetiche e nucleari, perturbazioni indotte nei mezzi attraversati e aspetti di rivelazione e controllo.

 

CHIMICA GENERALE E INORGANICA:

Il corso si propone di fornire una solida conoscenza dei principi fondamentali della chimica. Sviluppare negli studenti capacità critiche tramite la risoluzione degli esercizi.

 

STATISTICA:

Comprensione della biostatistica di base applicata ad esempi di medicina
occupazionale. Sono previste anche esercitazioni con OPENSTAT per meglio
focalizzare gli esempi, consentendo agli studenti l'uso di un programma
gratuito per effettuare la statistica di base.

 

ACQUISIZIONE ED ELABORAZIONE DATI:

-    Riconoscere l’importanza e le ricadute della informatizzazione nei processi.
-    Riconoscere la terminologia base ed utilizzarla in modo appropriato.
-    Comprendere le principali modalità di rappresentazione delle informazioni nel mondo informatico.
-    Riconoscere le varie tipologie di linguaggi di programmazione e di software.
-    Comprendere la logica di funzionamento di un database relazionale.
-    Comprendere la logica di funzionamento di un computer e riconoscerne i componenti hardware e i dispositivi di input ed output.
-    Riconoscere le reti informatiche.
-    Riconoscere le principali finalità di un Sistema Informativo sui luoghi di vita e di lavoro in un Dipartimento di Sanità Pubblica.

 

Programma

FISICA I e II:

Grandezze fisiche e loro misura:   Misura di una grandezza fisica – Dimensioni – Unità – Errori – Il valore medio – Deviazione standard e sua approssimazione campionaria – Grandezze vettoriali.
Fondamenti della dinamica:   Principi della dinamica – Forza, lavoro ed energia – La forza peso – Teorema dell’energia cinetica – Campi di forze conservativi – Energia potenziale – Conservazione dell’energia meccanica – Centro di massa e sue proprietà – Conservazione della quantità di moto – Momento di una forza – Cenni al moto dei corpi rigidi – Le leve e il corpo umano – La bilancia – Fenomeni elastici, legge di Hooke e moduli di elasticità – Flessione e torsione – Elasticità dei vasi sanguigni e delle ossa.
Onde e Acustica:   Processi ondosi, equazione d’onda e parametri caratteristici – Interferenza e battimenti – Onde stazionarie – Risonanza – Diffrazione e principio di Huyghens – Suono e suoi caratteri distintivi – Intensità, sensazione e legge di Weber-Fechner – Effetto Doppler – Ultrasuoni e loro applicazione in campo biomedico.
Fluidostatica e Fluidodinamica:   La pressione – Leggi di Stevino, Pascal e Archimede – Pressione atmosferica e barometro di Torricelli – La pressione arteriosa e sua misura – Tensione superficiale e formula di Laplace – Capillarità e legge di Jurin – Embolia gassosa – Portata di un condotto – Liquido ideale e teorema di Bernoulli – Sue implicazioni per la circolazione sanguigna – Liquidi reali e viscosità – Moto laminare e teorema di Poiseuille – Resistenza idraulica – Formula di Stokes e velocità di sedimentazione – Regime turbolento e numero di Reynolds – Cenni sul lavoro cardiaco.
Termologia e Termodinamica:   Dilatazione termica – Temperatura e calore – Leggi dei gas e temperatura assoluta – Equazione di stato dei gas perfetti e approssimazione per i gas reali – Cenni di teoria cinetica dei gas – Calori specifici – Passaggi di stato e calore latente – Meccanismi di propagazione del calore – Primo e secondo principio della termodinamica – Macchine termiche e rendimento – Entropia e disordine.
Ottica:  Riflessione e rifrazione – Riflessione totale e fibra ottica – Sistema ottico, fuochi e potere diottrico – Diottro sferico – Lenti sottili, specchi e costruzione delle immagini – Microscopio composto – Potere risolutivo – L’occhio come sistema diottrico – Principali ametropie dell'occhio e loro correzione mediante lenti – Aspetti ondulatori della luce – La luce laser.
Elettricità, magnetismo e correnti elettriche:   Cariche elettriche e legge di Coulomb – Campo elettrico – Lavoro del campo elettrico e potenziale elettrostatico – Campo dipolare – Cenni su fibra muscolare ed elettrocardiogramma – Teorema di Gauss e sue applicazioni – La gabbia di Faraday – Capacità elettrica e condensatore – Intensità di corrente – Cenni sulla struttura elettronica di isolanti, conduttori metallici e semiconduttori – La legge di Ohm – Resistenze in serie e parallelo – Forza elettromotrice – Effetto termico della corrente – Conduzione elettrica nei liquidi – Passaggio della corrente nel corpo umano – Effetto termoionico e fotoelettrico – Campo magnetico e sua azione su correnti e magneti – Legge di Biot-Savart – Teorema della circuitazione di Ampère – Solenoide – Induzione elettromagnetica – Autoinduzione – Tensione e corrente alternata – Impedenza – Onde elettromagnetiche.
Radiazioni: Struttura dell’atomo e del nucleo – Numeri quantici, orbitali elettronici e transizioni – Isotopi instabili e radiazione alfa, beta, gamma – Legge del decadimento radioattivo e vita media – Rivelazione delle radiazioni – Applicazioni biomediche dei radioisotopi - Raggi x (produzione, proprietà e meccanismi di assorbimento nella materia) - L'immagine radiologica - Cenni su TAC e NMR - Cenni di radioprotezione.

 

CHIMICA GENERALE E INORGANICA:

Sostanze elementari e composti chimici. Tavola Periodica. Simboli chimici degli elementi. Fenomeni chimici e fenomeni fisici. Sistemi chimicamente omogenei ed eterogeni. Le miscele. Teoria atomica di Dalton. L’atomo come unità fondamentale della materia, attraverso cui avvengono le trasformazioni chimiche. Legge di Lavoisier. La definizione di massa e di peso. Il principio di Avogadro. Massa e Peso atomico. La scala dei pesi atomici. Peso Molecolare. Regola di Canizzaro. Formule chimiche: significato qualitativo e quantitativo. Unità di massa atomica. Simboli chimici e formule. Particelle subatomiche fondamentali: protone, neutrone ed elettrone. Numero atomico e numero di massa.

 Definizione ed applicazione di numero di ossidazione. I numeri di ossidazione degli elementi. Nomenclatura dei composti inorganici: ossidi ed idrossidi. Preparazione degli idrossidi. I perossidi, gli ossidi basici e le anidridi. Nomenclatura IUPAC, di Stock e tradizionale per ossidi, anidridi ed idrossidi. Gli acidi: idracidi (nomenclatura IUPAC e tradizionale) e ossoacidi (nomenclatura tradizionale). I sali e le reazioni di salificazione: reazioni di semplice scambio e reazione di doppio scambio.

 Regole per il bilanciamento delle Reazioni non Redox e Redox. Sostanze a carattere acido e sostanze a carattere basico. Equazioni molecolari ed equazioni ioniche.

 Struttura dell’atomo: natura elettrica della materia, natura corpuscolare dell’elettricità. Modello atomico di Thomson e di Rutherford. Isotopi ed isobari. Radiazione elettromegnetica. Teoria quantica e relazione di Planck. Atomo di Bohr. Dualismo onda – particella (Relazione di De Broglie). Principio di indeterminazione di  Heisenberg. Meccanica ondulatoria. Orbitali atomici e numeri quantici. Atomi Polielettronici. Aufbau: Regole di Hund e Principio di esclusione del Pauli. Tavola periodica. Proprietà periodiche: energia di prima ionizzazione, affinità elettronica ed elettronegatività. Metalli e non metalli.

 Il legame chimico. Legame ionico e legame covalente. Teoria di Lewis. Regola dell’ottetto. Espansione della sfera di valenza. Legame covalente polare ed apolare. Legame covalente dativo. Calcolo della percentuale di carattere ionico di un legame. Geometria molecolare. Teoria VB o del legame di valenza. Ibridizzazione (esempio Carbonio: sp3, sp2, sp). Legami deboli. Forze di Van der Waals: Forze dipolo-dipolo; Forze dipolo – dipolo indotto; Forze dipolo istantaneo – dipolo istantaneo. Legame ad idrogeno. Molecole paramagnetiche e diamagnetiche.

 Stati di aggregazione della materia. Stato gassoso. Equazione di stato dei gas perfetti. Leggi dei gas ideali: Legge di Boyle, di Gay-Lussac I°; di Gay- Lussac II°, Legge di Dalton sulle miscele di gas. Gas reali. Stato liquido: proprietà. Tensione superficiale; evaporazione, tensione di vapore, ebollizione, punto di ebollizione. Passaggi di stato. Le soluzioni: concentrate e diluite. Modi di esprimere la composizione di una soluzione (% peso/peso; %peso/volume; %volume/volume; molarità, molalità, ppm; ppb; frazione molare). Densità di una soluzione. Dissoluzione di un solido ionico in acqua. Solubilità. Fattori che influenzano la solubilità.

 Soluzioni ideali. Legge di Raoult. Proprietà colligative delle soluzioni. Elettroliti forti ed elettroliti deboli. Pressione osmotica. Proprietà colligative di soluzioni elettrolitiche. Stato solido: solidi cristallini e solidi amorfi. Polimorfismo ed isomorfismo. Confronto tra diamante e grafite. Tipi di trasformazioni chimiche. Equilibrio chimico: costante di equilibrio. Principio dell’equilibrio mobile.

 Effetto della variazione di temperatura sulla costante di equilibrio. Fattori che influenzano la posizione dell’equilibrio. Equilibri eterogenei ed equilibri di solubilità (costante del prodotto di solubilità). Acidi e basi: teoria di Arrhenius, teoria di Bronsred-Lowry, teoria di Lewis. La forza degli acidi e delle basi. Effetto livellante dell’acqua. Equazione di Henderson-Hasselbach. Il prodotto ionico dell’acqua. Il pH di una soluzione. Gli indicatori. La misura del pH.

 Valori di pH per alcune soluzioni. Soluzioni tampone. Idrolisi. Coppia acido-base coniugata. Relazione tra Ka, Kb, Kw di una coppia acido base coniugata. Elettrochimica: elettrolisi e celle galvaniche. Forza elettromotrice totale: potenziale di elettrodo. Serie elettrochimica degli elementi. Cinetica. Velocità di reazione. Fattori che influenzano la velocità di una reazione. Teoria delle collisioni. Energia di attivazione. Effetto della temperatura sulla velocità di una reazione. Catalizzatori, catalisi enzimatica.

 ESERCIZI

 Nomenclatura dei composti inorganici.

Reazioni di preparazione dei Sali, degli Acidi e degli Idrossidi.

Calcoli stechiometrici e reagente limitante.

Configurazioni elettroniche allo stato fondamentale degli atomi degli elementi.

Bilanciamento reazioni redox scritte in forma molecolare e ionica.

Concentrazioni delle soluzioni; densità delle soluzioni; Diluizioni delle soluzioni. Relazioni tra solubilià dei Sali e Kps.

pH e pOH di acidi forti e deboli.

 

STATISTICA:

Definizione di statistica. Le tipologie di studio in biostatistica e
statistica medica. Statistica descrittiva: variabili qualitiative e
quantitative. Misure di tendenza centrale, dispersione, simmetria per le variabili
quantitative. La media aritmetica. La mediana. La moda.
La distribuzione normale. Distribuzioni non normali. Asimmetria e Curtosi.
Test di Kolmogorov-Smirnov e Shapiro-Wilk. Cenni sulla distribuzione
binomiale. Cenni sulla distribuzione di Poisson.
Statistica inferenziale parametrica e non parametrica. Distribuzione
normale: il campionamento. Teorema del limite centrale per distribuzioni
normali. Test di ipotesi su una media. Vincoli e gradi di libertà. La
distribuzione t di Student. Confronto tra due medie: dati appaiati.
Confronto tra due medie: dati indipendenti. Test non parametrici. Il rango.
Test di Mann-Whitney. Test di Wilkoxon.
La frequenza per variabili categoriche/qualitative. Campionamento per
variabili categoriche. Tavola di contingenza 2x2. Test di chi-quadro per
frequenze indipendenti.
Le tavole di contingenza per i test di screening. Prevalenza. Sensibilità,
specificità, valore predittivo +, valore predittivo -, LR+, LR-.
Differenza tra correlazione e regressione. Regressione lineare semplice.
Coefficiente di correlazione lineare R. Correlazione di Pearson e Spearman.
Le trasformazioni di variabili.

 

ACQUISIZIONE ED ELABORAZIONE DATI:

Introduzione: Il Digital divide, Tecnologia e cultura dell'innovazione, Informatica, IT e ICT, Informatica medica, informatica sanitaria, sanità elettronica.
Rappresentazione dell’Informazione: digitale e analogico, sistemi numerici; codifica binaria: bit, byte, word; codifica esadecimale; conversione decimale/binario/esadecimale, codifica caratteri (ASCII e Unicode).
Introduzione ai linguaggi di programmazione: il codice, l’algoritmo, i diagrammi di flusso.
I linguaggi di programmazione: linguaggi Macchina, linguaggi di programmazione ad alto e basso livello.
Il software: Il software di sistema e applicativo, i sistemi operativi, l'interfaccia grafica, il software "orizzontale“ e “verticale”.
Insiemi di dati: Record, Array, stringhe, liste, tuple, tabelle.
Basi di dati e sistemi informativi: Il concetto di sistema informativo, Basi di dati, IL DBMS, La modellazione logica dei dati, il modello relazionale.
Il computer - logica di funzionamento: concetti di macchina programmabile, Algebra di Boole, concetto di automa.
Modelli fondamentali ed architettura dei calcolatori: algoritmo, concetto di automa, Macchina di Turing, Modello di Von Neumann.
l’hardware: Piastra Madre, CPU, bus dati, memorie, scheda grafiche.
Caratteristiche: Desk Top, Net book, Note book.
Architettura di rete: Il modello centralizzato, Il modello distribuito e le reti          peer-to-peer, LAN e WAN, Reti di reti, Sistemi distribuiti.
Le linee di comunicazione: telefoniche, ADSL, fibra ottica.
Hardware di rete: Hub e Switch, Router, Modem, le prestazioni di una rete.
Software di rete: I livelli di comunicazione, La gerarchia di protocolli TCP/IP, Affidabilità del Protocollo, Gli indirizzi di rete, Indirizzi pubblici e indirizzi privati, Il Sistema dei Nomi di Dominio.
Applicativo: analisi di una tipologia di Sistema Informativo sui luoghi di vita e di lavoro in un Dipartimento di Sanità Pubblica.

 

 

Testi consigliati e bibliografia

FISICA I e II:

Bersani, Bettati, Biagi, Capozzi, Feroci, Lepore, Mita, Ortalli, Roberti, Viglino, Vitturi: Fisica biomedica,
Ed. Piccin Nuova Libraria (Padova).

Scannicchio: Fisica Biomedica,
Ed. EdiSES (Napoli).

Giambattista, McCarthy Richardson, Richardson:
Fisica Generale,
Ed. McGraw-Hill (Milano).Statistica:

 

CHIMICA GENERALE E INORGANICA:

Franco Ugozzoli, LEZIONI DI CHIMICA, Edizioni Santa Croce.

 

STATISTICA:

Appunti di lezione, testi di statistica di base.

 

ACQUISIZIONE ED ELABORAZIONE DATI:

Appunti e slide della lezione

 

 

Materiale didattico

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Ultimo aggiornamento: 25/06/2013 13:02
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