Insegnamenti e programmi

 

IN/0048 - COMPATIBILITA' ELETTROMAGNETICA

Anno Accademico 2018/2019

ALESSANDRO FANTI (Tit.)
Secondo Semestre 
Convenzionale 
ITALIANO 



Informazioni aggiuntive

CorsoPercorsoCFUDurata(h)
[70/75]  INGEGNERIA BIOMEDICA [75/00 - Ord. 2014]  PERCORSO COMUNE550
Obiettivi

L’obiettivo principale del corso di compatibilità è fornire allo studente i concetti su cui si basano le applicazioni ingegneristiche dei campi elettromagnetici di maggiore interesse di un ingegnere biomedico, e di presentare tecniche, metodi, strumenti di analisi e dimensionamento di queste ultime. La scelta di affiancare alle lezioni teoriche delle ore di esercitazione al PC e far conoscere agli studenti i metodi, gli strumenti di analisi e dimensionamento in modo concreto conferisce al corso un orientamento non prevalentemente teorico. I contenuti del corso sono stato scelti considerando che un ingegnere biomedico difficilmente si troverà a dover progettare dispositivi basati sul campo elettromagnetico, ma dovrà essere l'interfaccia tra i progettisti e gli utilizzatori, questi contenuti contribuiscono a formare le competenze richieste allo studente nell'ambito dell'ingegneria dell'informazione, non solo per il proseguimento degli studi ma anche per l’inserimento diretto nel mondo del lavoro ove è richiesta una conoscenza di base delle applicazioni ingegneristiche dei campi elettromagnetici.

Conoscenza e capacità di comprensione. Alla fine del corso ci si aspetta che lo studente conosca:
- le applicazioni ingegneristiche dei campi elettromagnetici di maggiore interesse di un ingegnere biomedico
- le tecniche, i metodi, gli strumenti di analisi e dimensionamento delle applicazioni ingegneristiche dei campi elettromagnetici in ambito biomedico
- gli aspetti principali legati alla normativa sull'esposizione ai campi elettromagnetici.
- le tecniche di schermaggio e le interazioni tra campo e tessuti biologici e sia in grado di scrivere funzioni Matlab per simulare tali tecniche.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione. Alla fine del corso ci si aspetta che lo studente sia in grado di:
- di applicare le soluzioni standard ai vari casi che possono presentarsi
- di iniziare a sviluppare la capacità di analisi e interpretazione delle soluzioni matematiche trovate.


Autonomia di giudizio. Alla fine del corso ci si aspetta che lo studente sia in grado
individuare autonomamente le problematiche inerenti una specifica applicazione ingegneristica dei campi elettromagnetici proponendo criteri adeguati per la risoluzione della stessa. È fondamentale che lo studente sappia valutare autonomamente le differenze fra diversi dispositivi (esempio schermi) per il medesimo fine, in modo da proporre l'adozione della soluzione migliore in relazione al problema che deve risolvere.

Abilità comunicative. Alla fine del corso ci si aspetta che lo studente abbia acquisito una proprietà di linguaggio in relazione ai contenuti del corso, per potersi esprimere al meglio in modo da essere compreso da un interlocutore con conoscenze tecniche adeguate, e da saper veicolare i concetti essenziali anche verso un interlocutore non tecnicamente competente.

Capacità di apprendimento. Alla fine del corso ci si aspetta che lo studente abbia il bagaglio di conoscenze , gli strumenti e le metodologie necessarie ad approfondire autonomamente nel prosieguo degli studi e nella pratica professionale (ivi inclusi i tirocini post lauream) la propria preparazione nelle applicazioni ingegneristiche dei campi elettromagnetici , in modo da interagire in maniera efficiente con i progettisti dei dispositivi elettromagnetici (Schermi, bobine per Risonanza magnetica, .. diffusi in ambito medico ospedaliero) . Lo studente alla luce delle nozioni apprese all'interno del corso sarà in grado :
• di comprendere le modalità di verifica dei dispositivi elettromagnetici di base.
• di comprendere in che modo è possibile intervenire su tali dispositivi per fare una prima diagnosi per segnalare il malfunzionamento.
• di saper cogliere i cambiamenti tecnologici nel settore.

Prerequisiti

Il corso richiede una buona conoscenza di tutti gli argomenti di Fisica 2, e di molti argomenti di Matematica 1 e 2 (calcolo differenziale in più variabili, algebra e analisi vettoriale, operazioni e funzioni esponenziali di numeri complessi, equazioni differenziali semplici). Per molti argomenti è poi necessaria una certa conoscenza e abilità relativa a semplici circuiti in corrente alternata.

Contenuti

Il corso è logicamente diviso in tre parti. In una prima parte vengono sviluppati i concetti base del campo elettromagnetico, con particolare riferimento al bilancio energetico del campo. Verrà poi presentata la propagazione, riflessione e rifrazione di onde piane, e infine verranno discusse in dettaglio le applicazioni scelte, in particolare le tecniche di schermaggio e le interazioni tra campo e tessuti biologici.
Leggi del campo elettromagnetico variabile: Equazioni di Maxwell, relazioni costitutive, continuità dei campi, bilancio di energia (ore lezione 4; ore esercitazioni 1);
Onde piane: Propagazione per onde, onde piane, incidenza su semispazi, Legge di Snell, coefficienti di Fresnel (ore lezione 7; ore esercitazioni 2);
Linee di trasmissione (ore lezione 3; ore esercitazioni 1);
Sorgenti elementari e sensori di campo: Dipolo elementare elettrico, campo vicino e lontano, dualità, spira elementare, sensori di campo (ore lezione 6; ore esercitazioni 2);
Schermi elettromagnetici: Schermi larghi e sottili, schermi con fori, schermi in campo vicino (ore lezione 5; ore esercitazioni 5);
Proprietà elettromagnetiche dei materiali: dielettrici, modello di Debye, proprietà dielettriche dell''acqua e dei materiali biologici (ore lezione 3; ore esercitazioni 1);
Interazioni col corpo umano: normative sulla esposizione, ipertermia (ore lezione 3; ore esercitazioni 2);
Diagnostica usando campi elettromagnetici: diagnostica radiometrica, MRI (ore lezione 3; ore esercitazioni 1).

Metodi Didattici

Metodi Didattici
Il corso si basa su un approccio didattico tradizionale (lezioni frontali) al quale si unisce una significativa parte di esercitazioni con Matlab. L’obiettivo è quello di cercare di collegare in modo chiaro gli argomenti agli altri corsi, e alla pratica professionale. La parte esercitativa verrà centrata sulla capacità di costruire un modello (semplice) che descriva l''oggetto o fenomeno, in modo da poter arrivare ai risultati richiesti, questo verrà fatto mediante lo sviluppo di codici in linguaggio Matlab.
Almeno un seminario erogato da un esperto del settore sulle applicazioni dei campi elettromagnetici in ambito biomedico è in genere previsto durante il corso.
A inizio corso verranno fatti richiami relativi agli argomenti di base (vettori e numeri complessi) che sono stati meno utilizzati nei corsi precedenti, con una verifica delle conoscenze prima e dopo questi richiami.

La ripartizione approssimativa delle ore fra le varie attività è:
Lezioni frontali: 34 ore
Seminari: 1 ore
Laboratorio informatico ed esercitazioni pratiche: 15 ore

Verifica dell'apprendimento

La verifica dell''apprendimento avverrà mediante :
una prova scritta finale più una prova orale in cui verranno proposti problemi di analisi e dimensionamento equivalenti a quelli svolti a lezione. In dettaglio, un oggetto o un fenomeno va modellato usando i concetti e i modelli sviluppati a lezione, in modo da ricavare semplici relazioni che lo descrivono, e che vanno poi risolte. Parte degli esercizi verranno costruiti in modo da richiedere, per la soluzione, non solo conoscenza e abilità, ma anche competenze sul corso. Ovviamente le prime sono un prerequisito per superare l''esame. I voti più alti richiederanno invece che lo studente dimostri anche una certa competenza. In dettaglio, il superamento dell''esame richiede un buon livello di conoscenza e abilità, e un minimo di competenze. Al crescere del livello di abilità e soprattutto di competenza dimostrate, aumenta anche il voto finale.

Testi

Appunti delle lezioni
Normativa italiana sulle esposizioni ai campi elettromagnetici
G. CONCIAURO, R. PERREGRINI: Introduzione alle Onde elettromagnetiche, Ed. McGraw-Hill;
G. FRANCESCHETTI: Campi Elettromagnetici, Ed. Bollati Boringhieri;
A. BOCHICCHIO, G. GIAMBARTOLOMEI: Lezioni di Compatibilità Elettromagnetica, Ed. Pitagora

Per consultazione, possono essere anche utili:
D. FLEISCH: A Student's Guide to Maxwell's Equations - Cambridge Univ. Press;
J.A. EDMINISTER: Theory and problems of Electromagnetics - collana Schaum - Ed. McGraw-Hill ;
S. RAMO, J. WHINENRY, A. VAN DUZER: Campi e Onde nell'Elettronica per le Comunicazioni Ed. F. Angeli;
G. CONCIAURO: Onde elettromagnetiche, Ed. McGraw-Hill;
J.D. JACKSON: Elettrodinamica classica, Ed. Zanichelli

Altre Informazioni

Il materiale didattico è fornito gratuitamente a tutti gli studenti frequentanti. Per questioni di copyright il materiale didattico è fornito in formato pdf non editabile, protetto da password per la lettura e per la modifica. Il materiale verrà caricato sul sito prima della relativa lezione frontale, o esercitazione. Il software Matlab è stato acquistato dall'Ateneo ed è disponibile gratuitamente per gli studenti. Indicazioni per l'ottenimento della propria copia in licenza sono disponibili fra gli avvisi presenti sulla pagina del corso.

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