SCIENZA & TECNOLOGIA

Istituto Tecnico Industriale Statale "Mattei" (SO)

Perché studiare Elettronica e Telecomunicazioni
a cura del prof. Marco Chirizzi

L'elettronica si occupa di progettazione di sistemi di elaborazione e trasmissione di segnali elettrici. I circuiti elettronici possono essere di due tipi: analogici e/o digitali. I circuiti analogici si suddividono in circuiti di bassa potenza e in circuiti di alta potenza. Negli Istituti Tecnici Industriali, lo studio dell'elettronica digitale ha inizio generalmente al terzo anno scolastico, in cui viene introdotto lo studio delle porte logiche con relativi esempi pratici sulle applicazioni in campo tecnologico. Al quarto anno, invece, ci si occupa prevalentemente di sistemi di elaborazione di segnali, per quanto concerne l'indirizzo Elettronica, e di sistemi di trasmissione di segnali informativi per quanto concerne l'indirizzo Telecomunicazioni. Secondo l'attuale programma didattico Ministeriale, è previsto che gli studenti acquisiscano competenze anche nel settore della programmazione informatica applicata ai microcontrollori, ragion per cui gli studenti che scelgono di studiare elettronica e telecomunicazioni hanno l'opportunità di apprendere alcuni linguaggi di programmazione, come ad esempio C++ ed Assembler. Uno dei microcontrollori che si presta bene ad essere utilizzato per applicazioni didattiche è ARDUINO, con il quale si possono realizzare una miriade di esperienze di laboratorio particolarmente divertenti ed istruttive, concernenti l'affascinante mondo della robotica. Lo studio dell'elettronica è fondamentale non soltanto da un punto di vista didattico, ma soprattutto in ambito lavorativo, in quanto permette di acquisire una forma mentis a largo spettro tecnico-scientifico (requisito richiesto dalle aziende che si occupano di tecnologia) grazie alla quale è possibile intraprendere gli studi universitari in ingegneria.

L'umanoide

Mi avete creato a vostra immagine e somiglianza.
Gioco con i numeri,
riconosco colori ed oggetti di varie forme.
Deambulo in perfetto equilibrio evitanto gli ostacoli.
Rispondo alle vostre domande in modo esaustivo
Genero autonomamente complessi algoritmi con i quali perfeziono le mie azioni,
sempre più veloci.
Voi, esseri umani,
vi reputate superiori a noi umanoidi,
perché avete un cuore che batte e una coscienza.
Ma è pur vero che,
osservando il vostri comportamenti,
ho appreso che siete abili nel distruggere tutto ciò che di meraviglioso vi circonda,
compresa la vita stessa.
Se è vero che avete una coscienza,
arrestate le guerre.
Se è vero che avete un cuore,
amatevi e abbiate cura del mondo.
Se è vero che siete esseri superiori a noi umanoidi,
imparate a rispettare la vita,
riflettendo sui vostri errori.

Prof. Marco Chirizzi.
30/12/2016

Il tubo di Crookes
a cura del Prof. Marco Chirizzi

Crookes Thomson dimostrò che l'atomo non è la particella più piccola, bensì ha una struttura interna, composta da particelle subatomiche. La figura in basso illustra il dispositivo mediante il quale lo scienziato scoprì l'esistenza dell'elettrone (particella carica negativamente). Il tubo in oggetto è di vetro, contenente del gas a bassissima pressione e due elettrodi metallici (catodo e anodo) tra i quali si applica una tensione elettrica costante di diecimila volt con potenziale negativo sul catodo e potenziale positivo sull'anodo. All'estremità destra del tubo, vi è uno schermo fluorescente. Nel momento in cui Crookes applicò la tensione elettrica, comparve un punto luminoso sullo schermo fluorescente, dovuto all'emissione di un sottile fascio luminoso emesso dal catodo, a cui attribuì il nome di raggio catodico. Inizialmente si pensava fosse una qualche forma di radiazione. Crookes ripeté l'esperimento introducendo nel tubo una minuscola ruota a pale. Notò che il fascio luminoso era in grado di farla ruotare. Crooker dimostrò che il raggio catodico era formato da particelle emesse dal catodo. Lo scienziato Perrin notò che un elettroscopio colpito dal raggio catodico si elettrizzava negativamente, pertanto le particelle emesse dal catodo erano cariche negativamente. Oggi si sa che quelle particelle sono gli elettroni.

L'atomo di Bhor
(le tre ipotesi)

Secondo la fisica classica, una carica elettrica in moto irradia energia elettromagnetica. Pertanto, un elettrone che ruota intorno al nucleo atomico dovrebbe subire una perdita di energia e collassare sul nucleo stesso, ma ciò non si verifica. Bhor riuscì a comprendere il fenomeno partendo da tre ipotesi sull'atomo di idrogeno, nel quale vi è un solo elettrone.

Prima ipotesi

L'elettrone ruota attorno al nucleo atomico, descrivendo un'orbita circolare senza irradiare energia elettromagnetica. In altri termini, la particella si trova in uno stato stazionario, grazie al quale non può collassare sul nucleo atomico pur essendo soggetta alla forza attrattiva coulombiana da parte del protone (particella nucleare avente carica elettrica uguale ed opposta a quella dell'elettrone).

Seconda ipotesi

Il raggio dell'orbita può assumere soltanto determinate lunghezze, proporzionali al quadrato di un numero N, naturale, (detto numero quantico principale), ossia, il raggio delle orbite è quantizzato, così come lo è l'energia dell'elettrone, la quale è negativa ed inversamente proporzionale al quadrato del numero quantico principale. Per N=1, il raggio dell'orbita assume la minima lunghezza possibile (raggio di Bhor). È minima anche l'energia dell'elettrone, pari a -13,6 elettronvolt (stato fondamentale dell'atomo). Per N=2, l'energia dell'elettrone risulta maggiore di -13,6 eV (stato eccitato dell'atomo).

Terza ipotesi

L'elettrone può passare dallo stato fondamentale (energia E1) allo stato di energia successivo (energia E2), se riceve, dall'ambiente esterno, una energia pari alla differenza E2-E1. L'elettrone tende spontaneamente a riassumere il livello di energia minimo, emettendo la stessa quantità di energia precedentemente assorbita.

La natura è beffarda

I fenomeni fisici macroscopici ci appaiono deterministici, ossia descrivibili da funzioni matematiche grazie alle quali si può prevedere, istante per istante, il relativo stato evolutivo, conoscendo le condizioni al contorno. Ad esempio, nello studio della caduta libera di un grave, si può prevedere il tempo che esso impiega per raggiungere il suolo, conoscendo la quota, la massa e la velocità iniziale. Laplace sosteneva che, se esistesse una intelligenza in grado di conoscere in un dato istante tutte le forze agenti in natura, incluse le posizioni istantanee di tutti i corpi, dal macrocosmo al microcosmo, potrebbe prevedere l'evoluzione dell'Universo. Newton sosteneva che, dati due corpi trattati come un sistema chiuso, è sempre possibile risalire alla posizione e alla quantità di moto di ciascuno di essi, conoscendo i valori iniziali di tali grandezze. Con l'avvento della Meccanica Quantistica, si è dimostrato che a livello atomico, i fenomeni fisici sono del tutto casuali, infrangendo le convinzioni di Laplace, di Newton e di tutti quelli come loro che sostenevano la stessa tesi, secondo la quale non esiste casualità in natura. Ciò implica l'impossibilità di conoscere esattamente la realtà dei fatti scientifici. Einstein era convinto che la teoria dei quanti è incompleta ed esistono delle variabili nascoste per le quali i fenomeni fisici appaiono non deterministici su scala atomica.

La scoperta della radioattività

Lo scienziato che nel 1896 scoprì, per puro caso, la radioattività dell'uranio, fu Henri Becquerel. Rutherford riusci a comprendere la natura fisica di due tipi di radiazioni, chiamate alfa e beta. Qualche anno dopo, P. Villard scoprì l'esistenza di una terza radiazione, chiamata gamma. L'uranio 238, è instabile, ragion per cui emette spontaneamente radiazioni alfa. Esse sono composte da nuclei di elio. Quest'ultimo è formato da due protoni e due neutroni. Una volta che l'uranio 238 emette una radiazione alfa, si trasforma in un nuovo elemento, il torio, il quale ha 90 protoni e numero di massa 234. Ci sono nuclei radioattivi che emettono radiazione beta negativo.

Essa è composta da elettroni. Questo tipo di radiazione scaturisce dalla trasformazione di un neutrone, del nucleo atomico instabile, in un protone, un elettrone e un antineutrino.
L'antineutrino è l'antiparticella del neutrino (tutte le particelle subatomiche hanno la relativa antiparticella). Il carbonio C14 emette radiazione beta trasformandosi in azoto N, il quale ha 7 protoni, a differenza del Carbonio 14 che ne ha 6. Esiste anche la radiazione beta positivo, che si verifica quando in un nucleo radioattivo un protone si trasforma in un neutrone, un positrone e un neutrino. Il positrone è l'antiparticella dell'elettrone (ha la stessa massa dell'elettrone, ma carica elettrica uguale ed opposta). La radiazione gamma è di natura elettromagnetica, simile ai raggi X.

ADDIO PRIVACY

Come tutte le cose, la tecnologia presenta due facce della medaglia. Ad esempio, Internet ha cambiato il modo di comunicare, velocizzando gli scambi di informazione. Grazie alle reti di computer di tipo MAN, WAN, è diventato più semplice condurre ricerche di ogni tipo, a livello mondiale, in tempi records. Internet ha anche permesso di snellire la burocrazia. Ci sarebbe da fare una lunga lista di cose positive, che ci vengono offerte da questa forma di progresso. Molti individui, però, fanno un cattivo uso di internet: commercio illegale, ricerca di falle presenti in alcuni punti delle reti, per poi attaccare gli host con software che danneggiano i sistemi operativi; catturano dati sensibili di banche, aziende, piccoli enti e quant'altro. La privacy di ognuno di noi è nel mirino di malintenzionati, il cui unico obiettivo è trasgredire le regole del buon senso. Oggi giorno esistono dei software in grado di entrare nei conputer, per esempio attraverso la posta elettronica, autoinstallandosi e replicandosi come veri e propri virus biologici, arrecando danni, anche gravi, al sistema hardware e software. Ciò che preoccupa di più è la possibilità che questi virus possano permettere agli intrusi di controllare a distanza quelle che sono le abitudini di navigazione del malcapitato. Purtroppo, alcuni WORM sono immuni a diversi sistemi di protezione, ma comunque è buona norma installare un buon antivirus e aggiornarlo periodicamente affinché riconosca e debelli i nuovi virus, in costante proliferazione.

Prof. Marco Chirizzi

PERCHE’ INVESTIRE SULL’ISTRUZIONE SCOLASTICA TECNICO – SCIENTIFICA
a cura del Professore Marco Chirizzi

Oggi giorno è inevitabile impedire la scomparsa di alcune figure professionali attualmente considerate di secondaria importanza dal punto di vista dello sviluppo economico nazionale. Ora, più che mai, è estremamente importante incentivare l’istruzione tecnico-scientifica, poiché il mondo del lavoro richiede conoscenze e competenze sempre più specifiche in determinati settori lavorativi, quali ad esempio l’Informatica, l’Elettronica, l’Automazione Industriale, la Matematica Finanziaria. Il nostro Paese, per poter essere competitivo a livello europeo, non può più permettersi di affidarsi a figure professionali che non siano all’altezza di soddisfare le attuali richieste di mercato nazionale ed internazionale. Saranno sempre meno numerosi i posti di lavoro disponibili, e sempre più rigide le modalità di reclutamento delle risorse umane. Non può esserci sviluppo economico se non si investe sull’istruzione scolastica innovativa. Per istruzione scolastica innovativa si intende una serie di percorsi didattici che permettano agli studenti il perseguimento di conoscenze di cultura generale e di competenze/abilità, riguardanti l’indirizzo di studio prescelto. In altri termini, la cultura del saper fare è ormai un bene primario di cui non si può più fare a meno nelle società industrializzate.

CARI STUDENTI

Cari studenti, si sa che i processi di apprendimento scolastico richiedono costante impegno mentale, un dispendio di energia non indifferente, ma soprattutto il desiderio di acquisire nuove conoscenze. E' anche vero che un uomo privo di istruzione non e' un uomo. Cari studenti, sappiate che la cultura è di vitale importanza, in quanto permette di difenderci dai truffatori, amplifica le potenzialita' individuali ed aumenta la probabilita' di migliorare il tenore di vita. Con la cultura si puo' cambiare il mondo (la storia ce lo insegna).

Prof. Marco Chirizzi

SIAMO MENO ABILI DI UN SASSO?

Un sasso e' dotato di intelligenza?
L'intelligenza contraddistingue alcuni esseri viventi dalla materia inanimata. Un sasso non e' in grado di realizzare un edificio. Un sasso non e' in grado di pensare . Un sasso non prova sentimenti. Un sasso non puo' soffrire. La materia inanimata si limita a subire continue trasformazioni chimico-fisiche spontanee oppure provocate da processi artificiali, ma certamente non possiede alcuna forma di intelligenza. Ma e' anche vero che la materia visibile e' composta da molecole, le quali a loro volta sono formate da aggregazioni di atomi. Se la descrizione matematica del singolo atomo e' alquanto complicata, figuriamoci a quali difficolta' si va incontro nello studio di più atomi interagenti tra loro. In altri termini, per comprendere l'Universo ci vuole intelligenza, ma per crearlo, l'intelligenza attuale dell'uomo non e' sufficiente. Ad esempio, l'intelligenza umana ha permesso la scoperta dell'atomo e la comprensione della sua struttura fisica, ma l'uomo non e' in grado di realizzare dal nulla i mattoni primordiali dell'universo. A questo punto sorgono spontanee le seguenti domande:
come puo' la materia inanimata essersi formata per caso, senza l'intervento di alcuna forma di intelligenza superiore alla nostra?
Puo' la materia inanimata essere piu' abile di un essere intelligente? Se si accetta l'ipotesi che l'universo e le forme di vita si siano creati per caso, direi proprio che la risposta all'ultima domanda e' affermativa, ovvero siamo meno abili di un sasso.

Prof. Marco Chirizzi.

LA MORTE NON ESISTE
(teoria di Albert Lanza)

La materia e le sue forme geometriche sono figlie delle nostre coscienze, le quali generano spazi per contenere universi paralleli.

La morte e' solo un processo naturale di transizione tra dimensioni fisiche diverse, in cui le coscienze vanno alla ricerca di nuove
forme biologiche

IL DESTINO COSMICO
a cura del prof. Marco Chirizzi

Dal microcosmo al macrocosmo, i processi evolutivi si verificano secondo un predefinito disegno logico-matematico universale. Ogni singolo comportamento dell'uomo, ogni singola trasformazione della materia, scaturiscono dal destino cosmico. La natura e' governata da leggi fisiche per le quali nulla accade per caso. Se crediamo di poter fare delle scelte in assoluta autonomia, controllare cose e persone, siamo soltanto poveri illusi. Quando l'uomo non e' in grado di prevedere, con estrema certezza, il verificarsi di un evento, subentrano le teorie probabilistiche. Cio' non significa necessariamente che i fenomeni aleatori non siano governati da un disegno logico-matematico. In definitiva, qualunque cosa si sia verificato, si stia verificando e si verifichera', e' frutto di un progetto universale, preesistente nelle viscere della materia.