ELETTROTECNICA
Anno accademico 2019/2020 - 2° annoCrediti: 9
SSD: ING-IND/31 - Elettrotecnica
Organizzazione didattica: 225 ore d'impegno totale, 146 di studio individuale, 49 di lezione frontale, 30 di esercitazione
Semestre: 1°
ENGLISH VERSION
Obiettivi formativi
Il corso ha la finalità di fornire conoscenze di teoria dei circuiti ed elementi di campi elettromagnetici stazionari quasi stazionari e comunque variabili nel tempo. Vengono presentati i metodi per l’analisi dei circuiti elettrici e le conoscenze propedeutiche per i successivi corsi di elettronica, telecomunicazioni, misure, calcolatori elettronici, controlli automatici. Sui temi trattati vengono proposte esercitazioni applicative
L’allievo ingegnere alla fine del corso sarà in grado di risolvere circuiti nel dominio del tempo ed in regime sinusoidale, scegliendo opportunamente i metodi di analisi ed i teoremi fondamentali delle reti.
Modalità di svolgimento dell'insegnamento
L'insegnamento prevede lezioni frontali ed esercitazioni applicative, tendenti a sviluppare le capacità di analisi circuitale.
Prerequisiti richiesti
Propedeuticità Analisi matematica 1, Algebra e geometria, Fisica 1
Frequenza lezioni
La frequenza delle lezioni è fortemente consigliata
Contenuti del corso
Circuiti a parametri concentrati
Il modello circuitale. Leggi di Kirchhoff. Limiti di validità del modello circuitale a parametri concentrati.
Elementi circuitali ideali ad una e due porte
Resistori. Generatori indipendenti. Capacitori. Induttori. Circuiti semplici: collegamenti serie e parallelo, partitori di tensione e di corrente. Concetto di equivalenza: trasformazione stella-triangolo e viceversa. Resistori non lineari. Metodo grafico per la determinazione della caratteristica equivalente. Punto di lavoro. Diodo ideale. Induttori accoppiati. Trasformatore ideale. Generatori pilotati. Potenza ed energia. Teorema di Tellegen.
Circuiti del primo e del secondo ordine. Circuiti RC ed RL serie e parallelo. Circuito RLC serie e parallelo Concetto di stato. Frequenze naturali. Equazione differenziale e condizione iniziale. Risposta ingresso zero, stato zero e completa. Risposta al gradino. Risposta all'impulso. Cenni sui circuiti di ordine qualsiasi Equazione differenziale di ordine minimo. Risposta ingresso zero, stato zero e completa. Risposta all'impulso. Integrale di convoluzione. Risposta completa ad ingresso arbitrario.
Metodi sistematici per la soluzione delle reti e teoremi delle reti Grafo di una rete elettrica. Insiemi di taglio e maglie. Analisi dei nodi, dei tagli, delle maglie e degli anelli. Teorema di sostituzione. Teorema di sovrapposizione. Teorema di Thevenin e Norton. Teorema di Millman
Analisi in regime sinusoidale
Teorema fondamentale del regime sinusoidale. Valore efficace. Fasori. Espressione fasoriale delle leggi di Kirchhoff e delle equazioni di lato. Impedenza ed ammettenza. Soluzione delle reti in regime sinusoidale. Potenze in regime sinusoidale. Teorema di Boucherot. Applicazioni: rifasamento, teorema del massimo trasferimento di potenza, circuiti risonanti RLC. Regime periodico non sinusoidale. Sistemi trifase.
Doppi bipoli. Rappresentazioni dei doppi bipoli. Reciprocità nei doppi bipoli. Interconnessione di doppi bipoli.
Campi elettromagnetici stazionari quasi stazionari e comunque variabili nel tempo
Campo elettrostatico e applicazioni. Campo magnetostatico e applicazioni. Equazioni di Laplace e Poisson, Circuiti magnetici. Campi rapidamente variabili, potenziali elettromagnetici, teorema di Poynting, equazioni d’onda omogenee e non omogenee, potenziali ritardati, radiazione, dipolo hertziano cenni sulle linee di trasmissione.
Testi di riferimento
1. C.A. Desoer, E.S. Kuh , Fondamenti di Teoria dei Circuiti, Franco Angeli Editore,
2. A. Laurentini, A.R. Meo, R. Pomè, Esercizi di elettrotecnica, Levrotto&Bella
3. R.Perfetti, Circuiti Elettrici, Zanichelli.
4. J.A. Edminister, Circuiti Elettrici, coll. Schaum's, McGraw-Hill.
5. Ramo, Whinnery, Van Duser, Campi e onde nell’elettronica per le comunicazioni Franco Angeli Editore
Programmazione del corso
Argomenti | Riferimenti testi | |
---|---|---|
1 | Circuiti a parametri concentrati | 1, 3 |
2 | Elementi circuitali ideali ad una e due porte | 1,3,4 |
3 | Circuiti del primo e del secondo ordine | 1,3,4 |
4 | Metodi sistematici per la soluzione delle reti e teoremi delle reti | 1,4 |
5 | Analisi in regime sinusoidale | 3,2 |
6 | Doppi bipoli | 1,3 |
7 | Campi elettromagnetici stazionari quasi stazionari e comunque variabili nel tempo | 5 |
Verifica dell'apprendimento
Modalità di verifica dell'apprendimento
L'esame consiste nella stesura di un elaborato scritto, che prevede la risoluzione di un problema inerente al corso e successiva prova orale. L'elaborato scritto sarà valutato sulla base della correttezza dell'impostazione e dello svolgimento, la successiva parte orale sarà valutata in base alla correttezza delle risposte ai quesiti e del livello di approfondimento e capacità critica dimostrati.
L'elaborato scritto prevede la soluzione di un circuito nel dominio del tempo ed uno nel dominio della frequenza. Viene richiesto di affrontare entrambi i quesiti, al fine di poter raggiungere una valutazione utile al proseguimento con la parte orale. La parte orale consiste nella risposta a tre quesiti teorici sugli argomenti del corso. Almeno uno dei quesiti verte su temi di campi elettromagnetici.
Il voto complessivo dell'esame risulta dalla somma dei punti attribuiti alla valutazione dell'elaborato scritto (fino ad un massimo di 24) e della parte orale (fino ad un massimo di 6)
La durata della parte scritta è tipicamente due ore, la durata tipica della parte orale è 30 minuti.
Esempi di domande e/o esercizi frequenti
Teorema di Thevenin-Norton
Equazioni d'onda non omogenee e potenziali ritardati
Risposta all'impulso e integrale di convoluzione
Circuiti risonanti e risposta in frequenza
Doppi bipoli