Fisica Tecnica / Elettromagnetismo Numerico per Applicazioni Biomedicali

Denominazione dell’insegnamento:  Fisica Tecnica / Elettromagnetismo Numerico per Applicazioni Biomedicali
Corso di Laurea o di Laurea Magistrale :  Corso di Laurea in Ingegneria Elettronica ed Informatica        
SSD: ING-IND/10; ING-IND/31                                Numero C.F.U.:  3+3              
Titolari: Biagio Morrone (Fisica Tecnica); Alessandro Formisano (Elettromagnetismo Numerico) 
 
 

Obiettivi del corso

 

Il corso è organizzato in due distinti momenti:

Termodinamica e Trasmissione del Calore

Si fornisce una introduzione alla comprensione fisica dei processi elementari di trasmissione del calore.

Gli aspetti della trasmissione del calore pongono enfasi alle applicazioni di raffreddamento dei componenti e sistemi elettronici ma anche agli scambi termici del corpo umano. Il modulo privilegia un approccio ingegneristico alla risoluzione dei problemi, evidenziando gli aspetti applicativi ed avviando lo studente all'utilizzo di strumenti e di metodi propri di una formazione tecnica di largo spettro.

Elettromagnetismo Numerico

Si forniscono gli elementi essenziali per la caratterizzazione elettromagnetica mediante modelli numerici in bassa frequenza dei materiali biologici e per l’analisi dell’interazione tra campi e materiali biologici, valutando in particolare  l’impatto e i rischi legati all’uso dell’energia elettromagnetica in ambito biomedico. Vengono infine presentati sotto forma di studio numerico  le principali applicazioni per la diagnostica tomografica e per l’interventistica terapeutica.

 

 

 

Programma del corso

Termodinamica e  Trasmissione del calore

Termodinamica

  • Primo Principio della Termodinamica per sistemi chiusi e aperti
  • Proprietà delle sostanze pure.

Conduzione

  • Proprietà dei materiali: conducibilità termica, calore specifico e diffusività termica.
  • Regime stazionario monodimensionale: pareti semplici e composte, cilindri cavi.
  • Generazione uniformemente distribuita; geometrie elementari: piastre piane e cilindri.
  • Regime non stazionario monodimensionale: sistemi con resistenza interna trascurabile: soluzione analitica (Bi<0,1); soluzioni diagrammate con resistenza interna non trascurabile (Bi>0,1) diagrammi di Heisler.

Convezione

  • Viscosità. Flussi Laminari e Turbolenti.
  • Flussi interni ed Esterni
  • Gruppi adimensionali nella convezione forzata e naturale e correlazioni
  • Meccanismi combinati di scambio termico.

Irraggiamento

  • Definizioni, lunghezze d’onda e frequenze della radiazione, contenuto energetico e frazioni di energia contenuta in intervalli di lunghezze d’onda
  • Corpo nero; potere emissivo spettrale (legge di Planck) e totale (Stefann-Boltzmann) e legge di Wien.
  • Caratteristiche radiative delle superfici reali: coefficienti di assorbimento, riflessione e trasmissione, spettrali e totali.

Elettromagnetismo numerico

Modelli dei materiali biologici

•      Caratterizzazione elettromagnetica dei tessuti

•      Il neurone come sorgente di campo

•      Il modello di Pennes per il bioelettromagnetismo

•      Il modello di Arrenius per la morte cellulare

Correnti e Campi Elettromagnetici nei Sistemi Biologici

  • Il ruolo delle correnti negli organi interni
  • Il sistema neuronale
  • Produzione di calore mediante correnti indotte
  • Rischi nell’uso di correnti e campi elettromagnetici

Modelli numerici per lo studio dei campi in bassa frequenza

•     Modelli ad elementi finiti

•     Codici numerici per il calcolo del campo elettromagnetico

Tecniche di diagnostica:

•      Elettro e Magnetoencefalografia;

•      Tomografia di impedenza elettrica

•      Rischi ed  effetti collaterali

Tecniche di intervento:

•      Ablazione a radiofrequenza

•      Rischi ed  effetti collaterali

Tecniche combinate di diagnostica e terapia:

Curricula scientifici dei docenti

Sono resi disponibili a cura del docente:_______________

Alessandro Formisano: Professore Associato presso il Dip. di Ing. Industriale dell'Informazione della Seconda Università di Napoli dal Nov. 2001 (SSD I17X). Dottore di Ricerca in Ingegneria Elettrica, IX Ciclo, Attualmente tiene i corsi di Elettrotecnica e Compatibilità Elettromagnetica Industriale n.o. presso la Scuola Politecnica e delle Scienze di Base della Seconda Università di Napoli. Ha tenuto vari corsi e cicli seminariali in Italia e all’estero. E' inserito in un gruppo di ricerca facente capo a diverse Università italiane (Napoli Federico II, Napoli SUN, Cassino, Salerno, Reggio Calabria) nonché laboratori stranieri (DER-EdF; Max-Planck-Institut, IGTE, GSI), nell'ambito del quale si occupa principalmente di: a) Progetto robusto e analisi delle tolleranze in dispositivi elettromagnetici b) Identificazione dei plasmi di interesse termonucleare. c) Problemi di ricostruzione e progetto ottimo di campi magnetici. d) Problemi inversi in elettromagnetismo e soluzioni numeriche degli stessi. e) Modelli neurali applicati all'elettromagnetismo.

Competenze attese in ingresso e/o Propedeuticità Analisi Matematica; Fisica I e II, Elettrotecnica
Risultati d’apprendimento attesi

L'allievo deve saper sviluppare:

-          l'analisi di sistemi semplici in cui vi siano trasferimenti di energia nella modalità calore. L’insegnamento privilegia un approccio ingegneristico alla risoluzione dei problemi. In particolare, ci si attende che gli allievi siano in grado di analizzare i sistemi di scambio termico per il raffreddamento dei componenti elettronici.

-          L’analisi descrittiva di fenomeni di interazione tra campi elettromagnetici a bassa frequenza e sistemi biologici. Ci si attende che, limitatamente agli esempi sviluppati, l’allievo sia in grado di valutare, mediante codici di calcolo, gli effetti dell’interazione.

Anno del corso di studio in cui è inserito
Testi di riferimento

“Elementi di Fisica Tecnica per l’Ingegneria” M. Moran, H. Shapiro, B. Munson, D. DeWitt, McGraw-Hill Editore, 2011.

 “Bioelectromagnetism”, J. Malmivuo, R. Plonsey, Oxford Univ. Press, 1995

“Metodi Numerici e Statistici per le scienze Applicate”, V. Comincioli, Univ. Studi di Pavia, Seconda Edizione 2004;

Materiale didattico aggiuntivo

Sono resi disponibili a cura del docente:

Modalità di erogazione Tradizionale.
Sede Via Roma 29 Aversa.
Organizzazione della didattica
Modalità di frequenza
Metodi di valutazione
Dati statistici delle votazioni conseguite dagli studenti

Sono resi disponibili a cura del docente:

Calendario delle attività didattiche Calendario
Eventuali attività di supporto alla didattica
Orari di ricevimento studenti Sono resi disponibili a cura del docente:  
Calendario delle prove di esame Prove di esame