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Chiara Coccarelli

Le nuove tecnologie sulla luce.

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LE NUOVE TECNOLOGIE SULLA LUCE 1FIAT LUX
La luce (dal latino lux) gioca un ruolo fondamentale nella nostra vita quotidiana: ha rivoluzionato la medicina, ha aperto la comunicazione internazionale via Internet e continua ad essere centrale per collegare gli aspetti culturali, economici e politici della societ globale. Le nuove tecnologie che sfruttano la luce sono davvero importanti per un miglioramento della qualit della vita sia nei paesi sviluppati che in quelli in via di sviluppo e per una riduzione dell inquinamento luminoso e dello spreco di energia. Esse forniscono, dunque, valide soluzioni nei settori di istruzione, agricoltura, comunicazione e salute. 2FIAT LUX
LE NUOVE TECNOLOGIE LA FIBRA OTTICA I PANNELLI SOLARI I PANNELLI LUNARI LA LUCE SOLIDA LE NANOTECNOLOGIE 3FIAT LUX
LA FIBRA OTTICA Le fibre ottiche sono sottilissimi filamenti di materiali vetrosi o polimerici , realizzati in modo da poter condurre al loro interno la luce (propagazione guidata). In genere sono disponibili sottoforma di cavi1 . Esse, a differenza dei normali cavi in rame (doppini), sono in grado di trasportare pi湛 dati o informazioni in minor tempo e sono pi湛 leggere, maneggiabili e flessibili; perci嘆 risultano immuni ai disturbi elettrici e resistente alle condizioni atmosferiche. Cavi di fibre ottiche 4FIAT LUX1. cavo: insieme di pi湛 filamenti di fibra ottica
Costituzione Ogni filamento di fibra ottica 竪 formato da due strati concentrici: un nucleo centrale o core ed un mantello o cladding attorno ad esso. Allesterno della fibra vi 竪 una guaina protettiva polimerica detta coating che serve a dare resistenza alla corrosione e ad evitare il contatto tra la fibra e lambiente esterno. Il core e il cladding possono essere realizzati in silice o in polimeri plastici. 5FIAT LUX
Funzionamento Il funzionamento di una fibra ottica pu嘆 essere paragonato a quello di uno specchio che 竪 stato curvato su se stesso fino ad ottenere un tubo. Si tratta di un oggetto capace di riflettere, cio竪 trasmettere, la luce che transita al suo interno, tenendola intrappolata ed impedendo a quella esterna di penetrare. In questo modo, ogni impulso luminoso che penetra nella sezione interna si propaga su lunghe distanze, rimbalzando tra le pareti dello specchio e trasmettendo informazioni sotto forma di segnale luminoso. 6FIAT LUX
I PANNELLI SOLARI Con il termine pannelli solari si intendono dei sistemi in grado di sfruttare lenergia prodotta dal sole (energia solare) per generare energia elettrica oppure per produrre acqua calda. Pertanto esistono diverse tipologie di pannelli solari: pannelli solari termici; pannelli solari fotovoltaici; pannelli solari ibridi; pannelli solari termodinamici. 7FIAT LUX
Lenergia solare 竪 una particolare forma di energia, pulita e rinnovabile, che viene prodotta grazie allo sfruttamento diretto dellenergia proveniente dal sole che viene irradiata sulla terra, raccolta e accumulata nei pannelli solari. Il sole, infatti, 竪 lastro che fornisce luce e calore al nostro pianeta grazie alle reazioni termonucleari che avvengono al suo interno, producendo cos狸 grandissime quantit di energia sottoforma di radiazioni elettromagnetiche. Sulla Terra arriva solo una piccolissima parte di questa energia, la cui quantit varia dalla stagione, dal luogo e dallora del giorno. Lenergia solare 8FIAT LUX
I pannelli solari termici (o collettori solari) Si tratta di dispositivi in grado di convertire lenergia solare in energia termica per la produzione di acqua calda, riscaldamento degli ambienti o raffreddamento solare2 (solar cooling). Un sistema solare termico normalmente 竪 composto da un pannello che riceve l'energia solare, da uno scambiatore dove circola il fluido utilizzato per trasferirla al serbatoio, utilizzato per immagazzinare l'energia accumulata. 9FIAT LUX2. raffreddamento solare: utilizzo del calore per la produzione di freddo
Il sistema pu嘆 avere due tipi di circolazione: la circolazione naturale o la circolazione forzata. Gli impianti solari a circolazione naturale non hanno bisogno di dover essere integrati con altri componenti, poich辿 il loro funzionamento 竪 basato sui moti convettivi del fluido riscaldato che, essendo pi湛 leggero, tende ad innescare dei movimenti dal basso verso lalto riscaldandosi in ogni suo punto. Gli impianti solari a circolazione forzata invece hanno un funzionamento garantito da organi meccanici per la circolazione del fluido vettore e da impianti di regolazione e controllo per la gestione delle portate e delle temperature del fluido stesso. Circolazione naturale Circolazione forzata 10FIAT LUX
I pannelli solari fotovoltaici Si tratta di dispositivi optoelettronici3 , composti da moduli fotovoltaici a loro volta formati da celle fotovoltaiche, in grado di convertire l'energia solare incidente in energia elettrica mediante effetto fotovoltaico. Questultimo sfrutta la propriet di certi materiali, come il silicio, di generare energia elettrica se colpiti dalla radiazione solare. Pi湛 pannelli uniti tra di loro formano una stringa e pi湛 stringhe costituiscono un generatore fotovoltaico. 11FIAT LUX3. optoelettronico: che interagisce con la luce e le sue applicazioni
FIAT LUX 12 I PANNELLI SOLARI IBRIDI: si tratta di pannelli ibridi, met fotovoltaici e met termici, che permettono quindi di convertire l'energia solare sia in energia elettrica che in energia termica. I PANNELLI SOLARI TERMODINAMICI: chiamati anche pannelli a concentrazione o pannelli CSP (Concentrating Solar Power), sono dei pannelli in grado di concentrare l'energia ricevuta dal sole, per poter sfruttare poi i cicli termodinamici, l'energia solare cio竪 viene trasformata in energia termica e poi convertita in energia elettrica Pannelli solari ibridi Pannelli solari termodinamici
I PANNELLI LUNARI FIAT LUX 13 Il pannello fotovoltaico lunare 竪 il primo generatore in grado di produrre energia dai raggi lunari. Esso 竪 costituito da una sfera impermeabile di vetro a rotazione, in grado di concentrare non solo i raggi solari ma anche quelli lunari fino a 10.000 volte.
FIAT LUX 14 Questa 竪 la sfida intrapresa da un team di ricerca di Barcellona la cui idea innovativa 竪 quella di sfruttare il generatore sferico per catturare la luce riflessa dalla Luna dopo il tramonto del sole, garantendo una produzione energetica anche durante le ore notturne. Il cuore del sistema cattura lenergia e la dirige verso un pannello che la trasforma.
LA LUCE SOLIDA FIAT LUX 15 Con la tecnologia che fa passi da giganti, alcuni ricercatori delluniversit di Princeton hanno trovato un modo per incanalare un flusso di fotoni e a renderli duttili : si tratta della luce solida.
FIAT LUX 16 Essa consiste in un insieme di fotoni4 congelati: si parte da un agglomerato di 100 miliardi di atomi di materiale superconduttore5 che si comporta nel complesso come un atomo artificiale. Nelle sue vicinanze si fa passare un filo superconduttore che contiene fotoni. In normali condizioni, i fotoni si attraversano lun laltro senza interagire tra di loro. Ma qui, latomo artificiale ne altera le caratteristiche, rendendoli per alcuni aspetti pi湛 simili a particelle materiali. La luce ha potuto cos狸 solidificarsi, cambiando natura con un processo che che 竪 stato paragonato a una transizione di fase, cio竪 simile a quando un gas si condensa per diventare liquido o solido. 4. fotone: particella elementare di energia luminosa 5. materiale superconduttore: materiale che, portato ad una certa temperatura, perde quasi totalmente la resistivit.
FIAT LUX 17 La luce solida ha come fine lo scopo di creare, come gi preannunciato, macchinari migliori da piazzare sul mercato. Essa permetterebbe infatti una maggiore velocit di risoluzione degli algoritmi interni, dediti allo svolgimento di una azione delineata; maggiore duttilit e plasmabilit rispetto a materiali gi impiegati per la costruzione di pc, tablet, ecc. Video
LA NANOFOTONICA FIAT LUX 18 La nanofotonica viene considerata come la nanotecnologia della luce(dove per nanotecnologia si intende un agglomerato di molecole create artificialmente basandosi su strutture nanoscopiche), in cui i nanomateriali permettono di controllare fenomeni di tipo fisico- chimici ed elettromagnetici. La nanofotonica 竪 quindi un ambito di ricerca fortemente focalizzato su tematiche di carattere tecnologico- avanzato.
FIAT LUX 19 La nanofotonica consiste in un insieme di sistemi di trasporti della luce disordinati, dislocati e ingegnerizzati, formati da fibre sintetiche tra cui nylon e nellinterazione di ogni singola molecola e altre sorgenti con materiali quali cristalli di luce, nanoparticelle metalliche e grafene (il grafene 竪 un materiale costituito da uno strato monoatomico di atomi di carbonio, avente cio竪 uno spessore equivalente alle dimensioni di un solo atomo). Esempio di struttura di materiale nanofotonico
Utilizzi FIAT LUX 20 La nanofotonica punta alla semplificazione del quotidiano, alla costruzione di materiali sempre pi湛 piccoli e smart e guarda verso diversi ambiti pi湛 o meno specifici. Tuttora non 竪 molto conosciuta, ma si sta facendo sempre pi湛 strada nel mondo delle nuove tecnologie, avendo un basso costo di manutenzione ed un elevato tasso di efficienza.
FIAT LUX 21 A cura di: Antonetti Martina Coccarelli Chiara Ferrante Ottavio Mazzocchi Francesco Rotondi Alessia

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  • 1. LE NUOVE TECNOLOGIE SULLA LUCE 1FIAT LUX
  • 2. La luce (dal latino lux) gioca un ruolo fondamentale nella nostra vita quotidiana: ha rivoluzionato la medicina, ha aperto la comunicazione internazionale via Internet e continua ad essere centrale per collegare gli aspetti culturali, economici e politici della societ globale. Le nuove tecnologie che sfruttano la luce sono davvero importanti per un miglioramento della qualit della vita sia nei paesi sviluppati che in quelli in via di sviluppo e per una riduzione dell inquinamento luminoso e dello spreco di energia. Esse forniscono, dunque, valide soluzioni nei settori di istruzione, agricoltura, comunicazione e salute. 2FIAT LUX
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  • 10. Il sistema pu嘆 avere due tipi di circolazione: la circolazione naturale o la circolazione forzata. Gli impianti solari a circolazione naturale non hanno bisogno di dover essere integrati con altri componenti, poich辿 il loro funzionamento 竪 basato sui moti convettivi del fluido riscaldato che, essendo pi湛 leggero, tende ad innescare dei movimenti dal basso verso lalto riscaldandosi in ogni suo punto. Gli impianti solari a circolazione forzata invece hanno un funzionamento garantito da organi meccanici per la circolazione del fluido vettore e da impianti di regolazione e controllo per la gestione delle portate e delle temperature del fluido stesso. Circolazione naturale Circolazione forzata 10FIAT LUX
  • 11. I pannelli solari fotovoltaici Si tratta di dispositivi optoelettronici3 , composti da moduli fotovoltaici a loro volta formati da celle fotovoltaiche, in grado di convertire l'energia solare incidente in energia elettrica mediante effetto fotovoltaico. Questultimo sfrutta la propriet di certi materiali, come il silicio, di generare energia elettrica se colpiti dalla radiazione solare. Pi湛 pannelli uniti tra di loro formano una stringa e pi湛 stringhe costituiscono un generatore fotovoltaico. 11FIAT LUX3. optoelettronico: che interagisce con la luce e le sue applicazioni
  • 12. FIAT LUX 12 I PANNELLI SOLARI IBRIDI: si tratta di pannelli ibridi, met fotovoltaici e met termici, che permettono quindi di convertire l'energia solare sia in energia elettrica che in energia termica. I PANNELLI SOLARI TERMODINAMICI: chiamati anche pannelli a concentrazione o pannelli CSP (Concentrating Solar Power), sono dei pannelli in grado di concentrare l'energia ricevuta dal sole, per poter sfruttare poi i cicli termodinamici, l'energia solare cio竪 viene trasformata in energia termica e poi convertita in energia elettrica Pannelli solari ibridi Pannelli solari termodinamici
  • 13. I PANNELLI LUNARI FIAT LUX 13 Il pannello fotovoltaico lunare 竪 il primo generatore in grado di produrre energia dai raggi lunari. Esso 竪 costituito da una sfera impermeabile di vetro a rotazione, in grado di concentrare non solo i raggi solari ma anche quelli lunari fino a 10.000 volte.
  • 14. FIAT LUX 14 Questa 竪 la sfida intrapresa da un team di ricerca di Barcellona la cui idea innovativa 竪 quella di sfruttare il generatore sferico per catturare la luce riflessa dalla Luna dopo il tramonto del sole, garantendo una produzione energetica anche durante le ore notturne. Il cuore del sistema cattura lenergia e la dirige verso un pannello che la trasforma.
  • 15. LA LUCE SOLIDA FIAT LUX 15 Con la tecnologia che fa passi da giganti, alcuni ricercatori delluniversit di Princeton hanno trovato un modo per incanalare un flusso di fotoni e a renderli duttili : si tratta della luce solida.
  • 16. FIAT LUX 16 Essa consiste in un insieme di fotoni4 congelati: si parte da un agglomerato di 100 miliardi di atomi di materiale superconduttore5 che si comporta nel complesso come un atomo artificiale. Nelle sue vicinanze si fa passare un filo superconduttore che contiene fotoni. In normali condizioni, i fotoni si attraversano lun laltro senza interagire tra di loro. Ma qui, latomo artificiale ne altera le caratteristiche, rendendoli per alcuni aspetti pi湛 simili a particelle materiali. La luce ha potuto cos狸 solidificarsi, cambiando natura con un processo che che 竪 stato paragonato a una transizione di fase, cio竪 simile a quando un gas si condensa per diventare liquido o solido. 4. fotone: particella elementare di energia luminosa 5. materiale superconduttore: materiale che, portato ad una certa temperatura, perde quasi totalmente la resistivit.
  • 17. FIAT LUX 17 La luce solida ha come fine lo scopo di creare, come gi preannunciato, macchinari migliori da piazzare sul mercato. Essa permetterebbe infatti una maggiore velocit di risoluzione degli algoritmi interni, dediti allo svolgimento di una azione delineata; maggiore duttilit e plasmabilit rispetto a materiali gi impiegati per la costruzione di pc, tablet, ecc. Video
  • 18. LA NANOFOTONICA FIAT LUX 18 La nanofotonica viene considerata come la nanotecnologia della luce(dove per nanotecnologia si intende un agglomerato di molecole create artificialmente basandosi su strutture nanoscopiche), in cui i nanomateriali permettono di controllare fenomeni di tipo fisico- chimici ed elettromagnetici. La nanofotonica 竪 quindi un ambito di ricerca fortemente focalizzato su tematiche di carattere tecnologico- avanzato.
  • 19. FIAT LUX 19 La nanofotonica consiste in un insieme di sistemi di trasporti della luce disordinati, dislocati e ingegnerizzati, formati da fibre sintetiche tra cui nylon e nellinterazione di ogni singola molecola e altre sorgenti con materiali quali cristalli di luce, nanoparticelle metalliche e grafene (il grafene 竪 un materiale costituito da uno strato monoatomico di atomi di carbonio, avente cio竪 uno spessore equivalente alle dimensioni di un solo atomo). Esempio di struttura di materiale nanofotonico
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  • 21. FIAT LUX 21 A cura di: Antonetti Martina Coccarelli Chiara Ferrante Ottavio Mazzocchi Francesco Rotondi Alessia