Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica Canale AL
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Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica Canale A-L Elettrotecnica Anno accademico 2017 -2018 Prof. Fabio Villone
Informazioni generali Il corso si propone di introdurre i fondamenti della teoria dei circuiti e dell'elettromagnetismo applicato. L’obiettivo formativo è quello di fornire agli allievi metodi e strumenti per analizzare sistemi elettrici ed elettromagnetici semplici, ma di interesse per le applicazioni in ambito meccanico. Il corso vi farà conoscere il mondo dell’ingegneria elettrica: i metodi di base, gli strumenti principali, un cenno alle applicazioni di oggi e di domani, una consapevolezza degli ordini di grandezza Il corso (e quindi l’esame) è fortemente correlato con il corso per il canale M-Z
L’energia elettrica muove il mondo… …di oggi e di domani! Fonti rinnovabili (solare, eolico) Risparmio energetico Superconduttori Auto elettriche e ibride Elettronica di potenza Nanoelettronica Automazione Inquinamento elettromagnetico Fusione termonucleare
Testi consigliati • • • Riferimenti principali: – – M. de Magistris, G. Miano, “Circuiti”, Springer, Milano, 2007 G. Fabricatore, “Elettrotecnica e applicazioni”, Liguori, Napoli 1994 Dispense on line per gli esercizi S. Falco – L. Verolino: Elementi di Elettrotecnica – Liguori, 2003 – – L. O. Chua, C. A. Desoer, E. S. Kuh, “Circuiti lineari e non lineari”, Jackson, 1991 S. Bobbio, E. Gatti, “Elettromagnetismo. Ottica”, Bollati-Boringhieri, 1991. – – R. C. Dorf, J. A. Svoboda, “Circuiti Elettrici”, Apogeo, Milano, 2001 C. K. Alexander, M. N. O. Sadiku, Circuiti elettrici, Mc. Graw-Hill Approfondimenti Ulteriori esercizi • Non c’è un testo di riferimento unico • Non fidatevi esclusivamente degli appunti! (Power. Point sarà usato poco rispetto al gesso) • Esercitatevi a casa (a lezione mostriamo le tipologie di esercizio; a casa dovete fare pratica) • Usate i testi per approfondimenti personali facoltativi che saranno opportunamente segnalati • Lezioni on-line (Unicas)
Testi consigliati • Non esitate a fare domande a lezione! • «L’università fisica continuerà a esistere. Il “campus” non diventerà virtuale. Ma l’insegnamento fatto di lezioni nelle quali il professore parla come un conferenziere è finito. Quelle cose gli studenti le assorbiranno, sempre più, dalle “lecture” disponibili su Internet. Quel tempo va dedicato all’interazione personale tra studenti e docenti: è questa la parte vitale del processo di apprendimento. È quello che cerchiamo di fare a Stanford: siamo nel cuore della rivoluzione tecnologica, moltiplichiamo i corsi orientati all’esperienza nei quali gli studenti sono stimolati a trovare soluzioni e devono affrontare sfide creative» (John Hennessy, Presidente della Stanford University, intervista a “Il Corriere della Sera”, 21 settembre 2014)
Altre informazioni • 9 CFU: didattica frontale 70 h (teoria 50 h, esercitazione 20 h) • Propedeuticità consigliate: Analisi I, Analisi II, Geometria e algebra, Fisica II • Orario di ricevimento: prima o dopo le lezioni (venerdì ore 9 -10. 30 e 10. 30 -12. 00), previo appuntamento via email (villone@unicas. it) • L’esame consta di una prova scritta e una prova orale • Prova scritta – valutata per fasce (A, B, C, D) – L’esito non condiziona il voto complessivo (statisticamente correlato)
… domande? Altrimenti iniziamo! • Carica elettrica: concetto dato per noto • Campo elettrico tensione – – Definizioni ed unità di misura Conservatività Tensione e differenza di potenziale Riferimenti – – – Definizioni ed unità di misura Solenoidalità Conduttori filiformi (esempi) Tubo di flusso Riferimenti • Densità di corrente
Conduttori filiformi • “Sottili” • Eventualmente raggruppati e/o intrecciati • Avvolti da un “isolante”
Circuiti elettrici • Dispositivi e circuiti “fisici” (esempi) • Teoria dei circuiti: si propone di risolvere i circuiti (che significa? ) tramite opportuni modelli matematici • Schematizzazione di dispositivi e circuiti “fisici”: bipoli e reti – Definizione di bipolo, convenzioni, potenza, energia – Definizione di rete
Dispositivi “fisici”
Circuiti “fisici”
Un circuito elementare
La rete corrispondente v 4 A B 4 • n nodi (n=4) i 4 i 1 i 3 • lati ( =5) v 5 v 1 1 5 i 2 C 2 v 3 3 • Risolvere la rete: trovare tensioni e correnti (2 ) • Servono equazioni! i 5 D
Legge di Kirchhoff alle Correnti A i 4 i 1 B 4 i 3 i 5 1 5 i 2 C 2 3 D
Legge di Kirchhoff alle Correnti A i 4 i 1 B 4 i 3 i 5 1 5 i 2 C 2 3 D
Matrice di incidenza A B 4 5 1 3 2 C D
Legge di Kirchhoff alle Tensioni v 4 A B 4 i 1 i 3 v 5 v 1 1 i 2 C v 3 3 5 i 5 2 v 2 D
Legge di Kirchhoff alle Tensioni v 4 A B 4 i 1 i 3 v 5 v 1 1 i 2 C v 3 3 5 i 5 2 v 2 D
Matrice di incidenza maglia-lato 4 A B 5 1 3 2 C D
Albero e coalbero A B 4 • Albero: lati 1, 4, 5 (n-1) 5 1 3 • Coalbero: lati 2, 3 ( - (n-1) ) • Scelta non univoca • Maglie fondamentali 2 C D
Tensioni e potenziali v 4 A B 4 i 1 i 3 v 5 v 1 1 i 2 C v 3 3 5 i 5 2 v 2 D Matrice di incidenza
Correnti e correnti di maglia 4 A B 5 1 3 2 C Matrice di incidenza maglia lato ridotta D
Leggi di Kirchhoff • Assiomatiche –. . . ma basate sulla fisica: conservatività del campo elettrico, solenoidalità della densità di corrente • Topologiche – Possono essere formulate usando il grafo associato alla rete • Conservazione delle potenze – Conseguenza immediata, che non dipende dalla natura dei bipoli presenti nella rete • Non bastano per risolvere una rete! – Motivi fisici e matematici
Modello circuitale • LKC: • LKT: • Caratteristiche: • 2 equazioni in 2 incognite • Proprietà del modello matematico (esistenza ed unicità della soluzione) e metodi di risoluzione dipendono dalla natura delle caratteristiche
Bipoli statici • Definizione • Proprietà – Passivi/attivi – Controllati in tensione e/o corrente – Tempo invarianti/varianti • Esempi – Resistore (lineare), generatori ideali di tensione e di corrente, corto circuito, circuito aperto, interruttore, diodo
Circuiti lineari statici • Definizione (e generalizzazione) • Modello matematico • Matrice di tableau • Teorema di esistenza e unicità
Il circuito semplice
Il circuito semplice
Il circuito semplice
Metodo grafico • LKC: i 1=i 2=i • LKT: v 1=v 2=v • Caratteristiche: v=Ri, v=E
Un caso patologico
Un caso patologico
Un caso patologico La matrice di tableau non è invertibile!
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