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 società globale.
Le nuove tecnologie che sfruttano la luce sono davvero
importanti per un miglioramento della qualità 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
3. LE NUOVE
TECNOLOGIE
LA FIBRA OTTICA
I PANNELLI
SOLARI
I PANNELLI LUNARI
LA LUCE SOLIDA
LE
NANOTECNOLOGIE
3FIAT LUX
4. 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 più dati o informazioni in minor tempo e sono più leggere,
maneggiabili e flessibili; perciò risultano immuni ai disturbi elettrici e
resistente alle condizioni atmosferiche.
Cavi di fibre ottiche
4FIAT LUX1. cavo: insieme di più filamenti di fibra ottica
5. Costituzione
Ogni filamento di fibra ottica è formato da due strati concentrici: un
nucleo centrale o core ed un mantello o cladding attorno ad esso.
All’esterno della fibra vi è una guaina protettiva polimerica detta
coating che serve a dare resistenza alla corrosione e ad evitare il
contatto tra la fibra e l’ambiente esterno.
Il core e il cladding possono essere realizzati in silice o in polimeri
plastici.
5FIAT LUX
6. Funzionamento
Il funzionamento di una fibra ottica può essere paragonato a quello di
uno specchio che è stato curvato su se stesso fino ad ottenere un tubo.
Si tratta di un oggetto capace di riflettere, cioè 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
7. I PANNELLI SOLARI
Con il termine pannelli solari si intendono dei sistemi in grado di
sfruttare l’energia 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
8. L’energia solare è una particolare forma di energia, pulita e rinnovabile,
che viene prodotta grazie allo sfruttamento diretto dell’energia
proveniente dal sole che viene irradiata sulla terra, raccolta e
accumulata nei pannelli solari.
Il sole, infatti, è l’astro che fornisce luce e calore al nostro pianeta grazie
alle reazioni termonucleari che avvengono al suo interno, producendo
così grandissime quantità di energia sottoforma di radiazioni
elettromagnetiche. Sulla Terra arriva solo una piccolissima parte di
questa energia, la cui quantità varia dalla stagione, dal luogo e dall’ora
del giorno.
L’energia solare
8FIAT LUX
9. I pannelli solari termici (o collettori solari)
Si tratta di dispositivi in grado di convertire l’energia solare in
energia termica per la produzione di acqua calda, riscaldamento degli
ambienti o raffreddamento solare2
(solar cooling).
Un sistema solare termico normalmente è 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
10. Il sistema può 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, poiché il loro funzionamento è
basato sui moti convettivi del fluido riscaldato che, essendo più
leggero, tende ad innescare dei movimenti dal basso verso l’alto
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. Quest’ultimo sfrutta la proprietà di certi
materiali, come il silicio, di generare energia elettrica se colpiti
dalla radiazione solare.
Più pannelli uniti tra di loro formano una stringa e più 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,
metà fotovoltaici e metà 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 cioè 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 è il primo generatore in grado di
produrre energia dai raggi lunari. Esso è 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 è la sfida intrapresa da un team di ricerca di Barcellona la cui
idea innovativa è 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 l’energia 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
dell’università 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 l’un l’altro senza interagire tra di
loro. Ma qui, l’atomo artificiale ne altera le caratteristiche, rendendoli
per alcuni aspetti più simili a particelle materiali. La luce ha potuto così
“solidificarsi”, cambiando natura con un processo che che è stato
paragonato a una transizione di fase, cioè 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 resistività.
17. FIAT LUX 17
La luce solida ha come fine lo scopo di creare, come già preannunciato,
macchinari “migliori” da piazzare sul mercato. Essa permetterebbe
infatti una maggiore velocità di risoluzione degli algoritmi interni,
dediti allo svolgimento di una azione delineata; maggiore duttilità e
plasmabilità rispetto a materiali già 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 è 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 nell’interazione di ogni singola molecola e altre sorgenti con
materiali quali cristalli di luce, nanoparticelle metalliche
e grafene (il grafene è un materiale costituito da uno strato monoatomico
di atomi di carbonio, avente cioè uno spessore equivalente alle
dimensioni di un solo atomo).
Esempio di struttura di materiale
nanofotonico
20. Utilizzi
FIAT LUX 20
La nanofotonica punta alla “semplificazione del quotidiano”, alla
costruzione di materiali sempre più piccoli e smart e guarda verso
diversi ambiti più o meno specifici. Tutt’ora non è molto conosciuta,
ma si sta facendo sempre più strada nel mondo delle nuove
tecnologie, avendo un basso costo di manutenzione ed un elevato
tasso di efficienza.
21. FIAT LUX 21
A cura di:
• Antonetti Martina
• Coccarelli Chiara
• Ferrante Ottavio
• Mazzocchi Francesco
• Rotondi Alessia
