ELETTROTECNICA M - Z
Anno accademico 2023/2024 - Docente: GIACOMO CAPIZZIRisultati di apprendimento attesi
Il corso presenta i metodi per la modellazione e analisi dei circuiti elettrici, fornendo le conoscenze propedeutiche per i successivi corsi di elettronica, automatica e telecomunicazioni.
Conoscenza e comprensione
Conoscenza dei modelli a parametri concentrati e dei teoremi delle reti elettriche.
Conoscenza dei metodi sistematici per la risoluzione dei circuiti elettrici e comprensione delle loro basi teoriche.
Conoscenza della dinamica di circuiti elettrici lineari tempo-invarianti.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione
Capacità di risolvere circuiti elettrici lineari e tempo-invarianti sia in regime stazionario che sinusoidale oltre che in transitorio.
Capacità di avvalersi di simulatori per l’analisi dei circuiti.
Autonomia di giudizio
Lo studente saprà individuare i metodi risolutivi più opportuni in relazione al circuito da analizzare.
Lo studente saprà analizzare criticamente la soluzione ottenuta.
Abilità comunicative
Lo studente apprenderà i simboli circuitali e i termini tecnici dell’elettrotecnica.
Lo studente sarà in grado di interagire con specialisti dell’elettrotecnica e dell’elettronica nell’applicazione delle proprie competenze informatiche.
Capacità di apprendimento
Lo studente acquisirà le basi necessarie per la comprensione di tematiche avanzate nell’ambito dell’elettrotecnica.
Modalità di svolgimento dell'insegnamento
Il corso prevede lezioni frontali per acquisire le conoscenze teoriche e lo svolgimento di esercitazioni per acquisire la capacità di analizzare i circuiti elettrici.
Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto dichiarato in precedenza, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel syllabus.
Prerequisiti richiesti
Conoscenza degli argomenti di seguito elencati
Matematica
Risoluzione e rappresentazione in forma matriciale di sistemi di equazioni lineari.
Matrici: rango, determinante, trasposta, inversa, somma e prodotto.
Unità immaginaria. Forma algebrica, forma trigonometrica e forma esponenziale dei numeri complessi. Notazione polare e cartesiana dei numeri complessi. Operazioni con numeri complessi. Radici nel campo complesso. Grandezze sinusoidali.
Limiti di una funzione reale in una variabile reale.
Derivata di una funzione reale di una variabile reale. Derivate di ordine superiore al primo. Integrale indefinito.
Equazioni differenziali ordinarie di ordine n. Sistemi di n equazioni differenziali ordinarie del primo ordine in n funzioni incognite. Equivalenza tra equazioni e sistemi. Problema di Cauchy. Definizione di soluzione.
Fisica
Grandezze fisiche. Lavoro. Potenza. Energia.
Conduttori e isolanti, carica elettrica. Legge di Coulomb. Campo e Potenziale elettrico. Teorema di Gauss. Capacità di un conduttore. Condensatori piani. Energia e densità di energia del campo elettrico. Costante dielettrica.
Forza elettromotrice. Intensità di corrente. Resistenza elettrica.
Campo magnetico. Permeabilità magnetica. Legge di induzione elettromagnetica di Faraday. Legge di Lenz. Induttanza. Energia e densità di energia.
Frequenza lezioni
La frequenza alle lezioni non è obbligatoria seppure fortemente consigliata.
Contenuti del corso
Dal campo elettromagnetico ai modelli circuitali
Circuiti a parametri concentrati ed elementi a una porta
Modello a parametri concentrati.
Modello del bipolo. Rete a parametri concentrati. Nodi.
Leggi di Kirchhoff.
Generatori indipendenti. Resistori. Resistori non lineari. Diodo ideale.
Condensatori. Induttori.
Potenza ed energia.
Collegamenti di bipoli e trasformazioni equivalenti
Collegamenti serie e parallelo.
Partitore di tensione e di corrente.
Trasformazioni equivalenti stella-triangolo e viceversa.
Lati Thevenin e Norton.
Metodi sistematici per la soluzione delle reti elettriche a-dinamiche
Grafo. Maglie, anelli e insiemi di taglio. Albero. Maglie e insiemi di taglio fondamentali.
Metodo sistematico per la scrittura delle LK linearmente indipendenti.
Soluzione di un circuito.
Matrice di incidenza. Matrice di maglia.
Analisi dei nodi.
Analisi delle maglie.
Metodo delle equazioni di stato.
Analisi dinamica di circuiti lineari tempo-invarianti
Circuiti del primo ordine.
Esempi di circuiti del secondo ordine: circuito RLC serie e parallelo.
Equazione differenziale del secondo ordine e condizioni iniziali. Caso sovra-smorzato, a smorzamento critico e sotto-smorzato. Soluzione particolare. Regime stazionario.
Concetto di stato. Equazioni di stato.
Equazione differenziale di ordine minimo.
Frequenze naturali. Stabilità.
Analisi in regime sinusoidale
Fasori. Circuiti in regime sinusoidale. Teorema fondamentale del regime sinusoidale.
Circuito del I ordine in regime sinusoidale.
Leggi di Kirchhoff ed equazioni di lato con i fasori. Impedenza e ammettenza.
Potenze ed energia in regime sinusoidale. Potenza complessa.
Teoremi delle reti elettriche
Teorema di Tellegen. Teorema di Boucherot.
Teorema di sostituzione.
Teorema di sovrapposizione. Sovrapposizione in regime sinusoidale.
Teorema di Thevenin e Norton.
Teorema del massimo trasferimento di potenza attiva.
Elementi di accoppiamento
N-polo. Doppio bipolo
Rappresentazione dei doppi bipoli. Reciprocità nei doppi bipoli. Collegamenti di doppi bipoli
Generatori controllati.
Trasformatore ideale.
Induttori accoppiati.
Trasformata di Laplace
La L-trasformata e le sue principali proprietà.
Leggi di Kirchhoff ed equazioni di lato nel dominio di Laplace.
Impedenza e ammettenza di resistori, condensatori e induttori.
Funzione di trasferimento.
Software di simulazione circuitale
Interfaccia grafica. Inserimento dei componenti. Impostazione dei parametri dei componenti e dell’analisi circuitale da eseguire. Simulazione di circuiti nel dominio del tempo.
Acquisizione e tracciamento delle forme d’onda.
Testi di riferimento
Testi di riferimento
1) M. De Magistris, G. Miano, Circuiti. Fondamenti di circuiti per l'ingegneria, Springer Verlag Italia.
2) G. Rizzoni, Elettrotecnica (Princìpi e applicazioni), McGraw-Hill, Milano
3) Renzo Perfetti, circuiti elettrici, zanichelli
eserciziari
1) A. Andreotti, S. Celozzi, G. Fabricatore, L. Verolino, Esercizi e complementi di Elettrotecnica per allievi ‘non elettrici’, Esculapio, Bologna, 2000.
2) S. Bobbio, L. De Menna, G. Miano, L. Verolino, CUEN, Napoli
Verifica dell'apprendimento
Modalità di verifica dell'apprendimento
L’esame consiste in una prova scritta e una prova orale (devono essere sostenute entrambe le prove).
La prova orale comprenderà l’analisi della prova scritta e domande inerenti parti del programma non coperte dalla prova scritta.
La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.
Esempi di domande e/o esercizi frequenti
circuito RLC serie e parallelo.
Frequenze naturali.
Regime sinusoidale.
Potenza in regime sinusoidale.
Stabilita di un circuito.
Analisi dei nodi.
Analisi delle maglie.
Teorema di Tellegen.
Teorema di Boucherot
Teorema di Thevenin e Norton.
Teorema del massimo trasferimento di potenza attiva.
Doppio bipolo .
Fasori.
Circuiti in regime sinusoidale.
Teorema fondamentale del regime sinusoidale.
Impedenza e ammettenza.