ELETTROTECNICA

Il corso si prefigge di fornire agli allievi la conoscenza delle basi teoriche e metodologiche del modello circuitale, nonché dei metodi di analisi e dei principali teoremi delle reti elettriche, operanti sia in regime transitorio sia in regime stazionario o sinusoidale. Particolare risalto è dato allo studio di quest'ultimo, in considerazione del fatto che la sua conoscenza è imprescindibile per la comprensione di numerosi e importanti argomenti ricadenti nell'ambito dell'ingegneria industriale, quali il funzionamento delle macchine, degli azionamenti, degli impianti e degli strumenti di misura elettrici, nonché di quello dei circuiti elettronici di potenza e dei sistemi di automazione industriale. Il corso fornisce altresì una descrizione panoramica delle più importanti applicazioni dei campi elettrici e magnetici stazionari e quasi stazionari, dei circuiti magnetici, delle reti trifase e delle linee di trasmissione.

Conoscenze e comprensione.

Una conoscenza di rilevante importanza concettuale che gli allievi durante il corso acquisiscono, è la comprensione del rapporto di complementarità esistente tra la formulazione campistica, basata sulle leggi fondamentali del campo elettromagnetico, e quella circuitale, fondata sul modello di rete elettrica denominato a parametri concentrati o, con diversa dizione, modello zerodimensionale. Entrambe le formulazioni sono infatti ampiamente adoperate per analizzare il funzionamento di numerosissimi dispositivi e sistemi elettrici, nonché per effettuare la loro progettazione. Un'altra acquisizione di grande rilievo degli studenti è rappresentata dall’apprendimento di metodi di analisi delle reti elettriche aventi caratteristiche di generalità, sistematicità ed efficienza, nonché dei principali teoremi delle reti elettriche. Tale corpo di conoscenze consente loro di comprendere a fondo il funzionamento delle reti elettriche, come pure gli ambiti di applicazione e i limiti di validità del modello circuitale. Ben si comprende quindi che la conoscenza di tali argomenti è essenziale per analizzare problemi nuovi ed elaborare soluzioni originali.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione.

Tra le principali capacità acquisite dallo studente a fine corso vi è quella di saper analizzare le reti lineari e tempo-invarianti operanti sia nei regimi stazionario e sinusoidale sia in quello transitorio. Dette capacità risultano essere imprescindibili per la comprensione di numerose applicazioni ricadenti nell’area dell’ingegneria Industriale e dell’Informazione, essendo dette applicazioni oggetto di approfondimenti specialistici in insegnamenti degli ambiti Automatica, Elettronica, Elettronica di Potenza, avendo dette conoscenze una forte valenza interdisciplinare.

Autonomia di giudizio.

Il corso intende anche stimolare e accrescere l’attitudine ad esercitare le capacità critiche e di giudizio dello studente. Difatti, l’individuazione della strategia più appropriata alla risoluzione di un determinato esercizio, in relazione alla tipologia dei quesiti formulati e alle caratteristiche che possiede la rete da analizzare, impone allo studente di effettuare un esame attento del problema e una riflessione sulle conoscenze già acquisite atte a risolverlo. A soluzione ottenuta, lo studente è chiamato altresì a verificare la correttezza della soluzione ricavata sia sulla base del risultato, anche approssimativo, atteso sia attraverso il confronto del risultato ottenuto adoperando un differente metodo di risoluzione avvalendosi, se del caso, anche di strumenti informatici. Un ulteriore fonte di acquisizione di autonomia di giudizio è costituito dalla capacità di fornire una spiegazione a possibili risultati inizialmente inattesi, il che contribuisce ulteriormente a migliorare la comprensione del funzionamento della rete elettrica studiata e a sviluppare nel corso della preparazione all’esame dell’insegnamento, la capacità di formulare delle ipotesi sul comportamento di una rete, sia pure disponendo su di essa di informazioni non esaustive.

Abilità comunicative.

Uno dei risultati che si prefigge il corso è l’apprendimento del corretto uso sia della simbologia e della terminologia circuitale sia degli strumenti matematici e delle conoscenze fisiche appresi nei corsi propedeutici, necessari alla risoluzione di specifici esercizi svolti a lezione o assegnati alle prove di esame. Nel corso delle lezioni, particolare cura è stata ovviamente dedicata all’apprendimento delle unità di misura delle grandezze elettriche e del loro utilizzo. Una parte significativa dei risultati teorici del corso è dimostrata, contribuendo ulteriormente ad accrescere la comprensione dei risultati stessi e delle loro implicazioni, nonché del loro appropriato e flessibile utilizzo nella risoluzione degli esercizi. Tutto ciò stimola e fa progredire l’abilità comunicativa dello studente, ponendolo in grado di dialogare con chiarezza e senza incertezze sia con soggetti acculturati nella disciplina sia con soggetti che non lo siano, fornendo ad entrambe le categorie valide argomentazioni.

Capacità di apprendimento.

L’attività di studio dell’Elettrotecnica, tradizionalmente ed equamente suddivisa tra l’acquisizione di concetti e di risultati teorici e il progressivo aumento dell’abilità di risoluzione delle reti elettriche, conduce a un miglioramento della capacità di riflessione e di apprendimento dello studente. Specificatamente, l’analisi di reti elettriche aventi caratteristiche strutturali e costitutive assai differenti, comporta da parte dello studente l’affinamento della capacità di riconoscimento delle proprietà generali della rete in studio, nonché dell’individuazione della strategia risolutiva più idonea. Tutto ciò determina un accrescimento della facoltà di classificazione dei problemi e il rafforzamento della capacità di individuare un proprio ed efficace metodo di studio, in relazione alla natura del problema, sicuramente utile nella prosecuzione degli studi.

Le conoscenze da acquisire durante il corso sono il contenuto delle lezioni di teoria (42 ore) svolte in aula dal docente e – al fine di agevolare lo studio personale – gli argomenti sono dettagliatamente elencati nel programma del corso, con riferimenti espliciti alle parti in cui sono trattati nei principali testi consigliati.

Le esercitazioni in aula (45 ore) e quelle personali sono gli strumenti per acquisire la capacità di applicare le conoscenze. Esempi, con i passaggi necessari per applicare le conoscenze acquisite alla soluzione dei circuiti, vengono svolti dal docente in aula durante le esercitazioni che seguono la spiegazione di un nuovo argomento. Alcuni degli esercizi svolti dal docente sono risolti anche mediante un software gratuito per la soluzione numerica delle reti elettriche così da fornire agli studenti un mezzo alternativo per poter verificare autonomamente la correttezza dei risultati ottenuti. Al fine di guidare lo studente durante la fase di esercitazione personale, al termine di ciascuna esercitazione svolta in aula dal docente, viene pubblicato un elenco di esercizi consigliati (reperibili sui testi di riferimento per gli esercizi oppure online) per acquisire padronanza degli strumenti da utilizzare per la soluzione dei circuiti. Inoltre, lo studente è invitato a risolvere lo stesso circuito con diversi metodi, utilizzando tutte le conoscenze acquisite e tutti gli strumenti (anche informatici) a propria disposizione, moltiplicando in tal modo la valenza del singolo esercizio. Infine lo studente è esortato ad approfondire gli argomenti trattati usando materiali diversi da quelli proposti, soprattutto per ciò che riguarda la fase di esercitazione personale, sviluppando così la capacità di applicare le conoscenze acquisite a contesti differenti da quelli presentati durante il corso.

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. 

Conoscenze utili di algebra lineare e analisi matematica

1. Algebra matriciale: rango, determinante, trasposta, inversa.
2. Sistemi di equazioni lineari e metodi di risoluzione.
3. Somma e scomposizione di vettori. Versori. Prodotto scalare. Prodotto vettoriale. Definizione di divergenza e rotore di un campo vettoriale.
4. Numeri complessi: forme algebrica, trigonometrica ed esponenziale; notazione polare e cartesiana; operazioni e radici.
5. Limiti, derivate (incluse di ordine superiore), integrali indefiniti.
6. Equazioni differenziali ordinarie di ordine n. Sistemi di n equazioni differenziali ordinarie del primo ordine. Equivalenza tra equazioni e sistemi. Problema di Cauchy. 

Conoscenze utili di fisica

1. Grandezze fisiche. Sistema Internazionale (SI). Lavoro. Potenza. Energia. 
2. Conduttori e isolanti, carica elettrica. Legge di Coulomb. Campo e Potenziale elettrico. Teorema di Gauss. Energia e densità di energia del campo elettrico. Costante dielettrica relativa e assoluta.
3. Corrente di conduzione. Conducibilità elettrica. Effetto Joule.
4. Campo magnetico. Permeabilità magnetica. Legge di induzione elettromagnetica di Faraday-Lenz.

1. M. De Magistris, G. Miano, Circuiti. Fondamenti di circuiti per l'ingegneria, Springer Verlag Italia.

L’esame consiste in una prova scritta e una prova orale (devono essere sostenute entrambe le prove).

La prova orale si svolge, di solito, qualche giorno dopo la data della prova scritta e, di norma, non sono concessi prolungamenti se non per gravi e comprovabili motivi. La data, l'orario e il luogo della prova orale vengono comunicati durante lo svolgimento della prova scritta e, successivamente, pubblicati sul sito web del CdS. La prova orale inizia con la discussione dell’elaborato relativo alla prova scritta, a cui seguono almeno due domande sugli argomenti del programma del corso.

La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.