Principi di elettrotecnica generale

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Categoria:	Elettronica
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Data:	05.11.2001
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Amperometro
Strumento elettrico che permette di misurare il valore della corrente in un circuito chiuso. Si collega in serie, per aumentare la portata si collegano in parallelo opportuni ripartitori di corrente(resistenze).
Voltmetro
Misura il valore della tensione di un circuito anche aperto. Si collega in parallelo. Per aumentare la portata si collegano in serie opportune resistenze partitori.
Corrente elettrica
Movimento ordinato di cariche elettriche in un circuito chiuso sottoposto a una differenza di potenziale.
Differenza di potenziale
E’ quel valore che si stabilisce tra due punti a potenziale diverso e si esprime in volt.
c.d.t.
E’ la d. di p. che si stabilisce ai morsetti di un bipolo al passaggio di una corrente elettrica.
f.e.m.
E’ la d. di p. che si stabilisce tra i due poli di un generatore elettrico e si esprime in volt.
Generatore elettrico.
Promuove e mantiene il movimento degli elettroni, quando ai suoi morsetti esiste una forza elettromotrice.
Resistenza elettrica
Ostacolo che gli elettroni(corrente)incontrano nel passaggio in un conduttore di un circuito chiuso. Aumenta all’aumentare della temperatura.
Resistività
E’ la resistenza specifica di un tipo di materiale.
Reostato. Resistenza variabile tramite cursore scorrevole. Si inserisce in un circuito chiuso quando occorre variare il valore dell’intensità della corrente, oppure la tensione(potenziometro).

I principio di Kirchhoff: KCL
In un nodo di una rete la somma delle correnti entranti è uguale alla somma delle correnti uscenti.
II principio di Kirchhoff: KVL
In una maglia la somma algebrica delle d. di p. di ogni bipolo è uguale a zero.
APPLICAZIONI:
1- Si individuano i rami, le correnti incognite in essi circolanti, si assegnano arbitrari versi di corrente;
2- Si scrivono i KCL(singoli nodi)pari al numero dei nodi meno uno;
3- Si scrivono i KVL(numero dei rami)pari al numero dei rami meno il numero dei KCL individuati;
4- Ogni maglia deve avere almeno un ramo diverso;
5- Si assegna il verso di percorrenza e si applicano tante equazioni quante sono le correnti incognite, le correnti che risultano positive hanno effettivamente il verso di percorrenza stabilito, quelle negative hanno verso contrario a quello assegnato.
Generalizzazione della legge di Ohm
E’ il caso in cui si considera un tratto di circuito dove vi sono più resistenze e più forze elettromotrici. Si tiene quindi conto anche della d. di p. esistente fra i capi estremi del tratto di circuito considerato.
LA LEGGE: La somma algebrica della tensione U esistente fra la sezione d’ingresso della corrente e quella di uscita e di tutte le forze elettromotrici che sono inserite nel tratto di circuito, è uguale alla somma delle c.d.t. nel tratto considerato.
Potenza
Quantità di energia che si trasforma nell’unità di tempo.
Energia. Quantità di energia trasformata in un dato tempo in un circuito elettrico sottoposto a una d. di p. e percorso da una corrente elettrica.

Effetto Joule
Dissipazione di energia elettrica, in una resistenza percorsa da una corrente, che si trasforma in calore.
Collegamento dei generatori
Quando sono collegati in serie la tensione totale è uguale alla somma delle f.e.m. presenti.
Quando sono collegati in parallelo il valore della tensione è uguale al valore della singola f.e.m.
METODO DEI POTENZIALI DI NODO
Si applica il KCL a n-1 nodi, si imposta un sistema di n-1 di equazioni le cui incognite sono i potenziali dei nodi diversi da quello di riferimento. Tutti i bipoli attivi si considerando come generatori di corrente. E i bipoli passivi conduttanza.
Maxwell
Il metodo consiste nel:
1) scegliere le maglie strettamente necessarie per non tralasciare alcun ramo;
2) assegnare ad ogni maglia scelta un verso arbitrario di corrente (fittizia);
3) scrivere per ogni maglia scelta il KVL, usando come verso di percorrenza quello della corrente fittizia della stessa maglia e considerando che per i rami appartenenti a due maglie contigue circolano correnti pari alla somma algebrica delle correnti fittizie di ogni singola maglia adiacente.
Teorema di Millmann
Caso particolare del metodo dei potenziali dei nodi applicato alle reti binodali. Si pone uguale a zero il potenziale di un punto, si calcola il potenziale nell’altro nodo secondo il rapporto tra la somma algebrica delle f.e.m. di ogni singolo ramo per la conduttanza dello stesso più le correnti degli altri rami considerati come generatori di corrente diviso la somma delle conduttanze del ramo.
Thevenin
Il metodo consiste nel:
1) isolare il ramo in esame;
2) si applica al ramo in esame un generatore reale avente una f.e.m. Eeq. E una resistenza interna Req;
3) si determina la Eeq. Come tensione a vuoto tra i punti A e B, della rete assegnata, tolto il ramo in esame;
4) si determina la Req. Guardando la rete assegnata tra i punti A e B dove prima era inserito il ramo in esame, cortocircuitando i generatori di tensione ed aprendo gli eventuali di corrente (R vista tra i punti A e B ).
Metodo volt- amperometrico
Si usa per la misura di una resistenza incognita.
Corta derivazione: il voltmetro è a valle. Si usa per misurare una resistenza di valore molto più piccola rispetto alla resistenza interna del voltmetro.
Lunga derivazione: il voltmetro è a monte, quando la resistenza da misurare ha un valore più alto della resistenza interna dell’amperometro.
Ponte di Wheatstone. Si usa quando occorre misurare il valore il valore di una resistenza di valore medio (10-100 kilohm)
LEGGE: il prodotto delle resistenze dei due lati opposti è uguale al prodotto delle resistenze degli altri due lati e quando la corrente del galvanometro circolante nel ramo interno al quadrilatero è uguale a zero. La resistenza incognita è uguale al prodotto delle due resistenze opposte diviso l’altra(ramo di paragone).
PROVA: si scelgono le tre resistenze dello stesso ordine di grandezza. Si regola la tensione con il reostato alimentando con poca tensione. Si regolano R1 ed R2 in modo da eguagliarsi, si chiude in parallelo lo shunt del galvanometro; si chiude il tasto T, quindi circola la corrente nel galvanometro, si regola R3 in modo che il galvanometro segni zero, si alimenta a piena tensione, si apre il tasto dello shunt, si riequilibra il ponte.
Principio della sovrapposizione degli effetti
Per l’analisi di una rete elettrica a volte è sufficiente un’analisi parziale, ad esempio il calcolo di una sola corrente.
Il principio:
l’effetto prodotto da più cause concomitanti è pari alla somma algebrica degli effetti prodotti singolarmente da ciascuna causa, una volta si fa agire il generatore di tensione, nello stesso ramo, una volta il generatore di corrente. In tale maniera si semplifica di molto il calcolo, dovendo valutare non l’effetto complessivo di tanti generatori che agiscono contemporaneamente, ma l’effetto di un singolo generatore per volta.

ELETTROSTATICA
Campo elettrico

Spazio in cui si manifestano forze elettriche, ogni carica elettrica è soggetta a forza che tende a muoverla secondo una direzione determinata.
Intensità del campo elettrico

Forza elettrica che il campo esercita sull’unità di carica positiva(Newton/Coulomb).
Rappresentazione dei campi elettrici
Le linee di forza ci permettono di individuare, per ogni punto di essa, la direzione e il verso del vettore campo elettrico; le superfici equipotenziali individuano, il potenziale del campo elettrico.
Induzione elettrostatica
Quantità di elettricità spostata sull’unità di superficie.
Polarizzazione
Mezzo non conduttore(dielettrico)Sottoposto a un campo elettrico.
Teorema di Gauss
Il flusso del vettore K attraverso una qualsiasi superficie chiusa è pari all sommatoria delle cariche elettriche, racchiuse all’interno di questa superficie, diviso la costante dielettrica del mezzo esistente all’interno sempre della stessa superficie.
Teorema di Coulomb
Il campo elettrico, in prossimità della superficie di un corpo che ha una densità di carica sulla superficie stessa pari a è uguale al rapporto tra la densità di carica e la costante dielettrica del mezzo esistente nelle vicinanze.
Condensatore. Due corpi conduttori(armature)sottoposti a un campo elettrico interposte da un dielettrico.
Capacità di un condensatore
Quantità di elettricità sulle armature di un condensatore. Si esprime in farad.
Si possono collegare in parallelo(la capacità totale si somma)o in serie(la capacità totale è uguale alla somma degli inversi)
Rigidità dielettrica
Valore di tensione massimo che può sopportare sopportare un isolante.

ELETTROMAGNETISMO

Campo magnetico
Spazio in cui si manifestano le forze magnetiche.
Generalmente creato dal passaggio di corrente elettrica in un conduttore.
Linee di forze magnetiche
Generate dal campo magnetico escono dal polo nord ed entrano nel polo sud.
Solenoide
Insieme di spire contigue e coassiali.
Intensità del campo(H).E’ il rapporto tra la forza magneto motrice e la lunghezza(Asp/m)
Forza magnetomotrice
E’ il prodotto tra la corrente circolante e il numero delle spire.
Permeabilità magnetica
Fattore di proporzionalità. Dipende dal mezzo fisico.
La tensione magnetica
Tra due punti AB(UmAB) è il lavoro delle forze del campo magnetico lungo il tratto di linea di forza tra i due punti AB
Materiali diamagnetici
Materiali che presentano molecole magneticamente neutre. Hanno cioè le orbite elettroniche magneticamente compensate nel loro insieme. La permeabilità magnetica vale sempre r =circa 1.
Materiali diamagnetici sono: rame, bismuto, oro, argento, piombo, acqua, idrogeno.
Materiali paramagnetici
Materiali con molecole simili a magneti elementari che subiscono, in presenza di un campo esterno, una polarizzazione per orientamento. La permeabilità magnetica vale sempre r= circa 1.
Materiali paramagnetici sono: ossigeno, aria, alluminio, platino, manganese, stagno.
Materiali ferromagnetici
Come i paramagnetici hanno le molecole simili a magneti elementari però distribuite in domini e non caoticamente, con un loro orientamento. La permeabilità magnetica risulta variabile in funzione del campo esterno applicato r >>1.Di questi ultimi materiali è importante studiare il loro comportamento quando sono sottoposti a campi magnetici.
Isteresi magnetica
E’ un esempio di un materiale ferromagnetico sottoposto a un campo magnetico variabile.
Legge di Lorentz. Una carica elettrica Q di velocità v all’interno di un campo magnetico di induzione B, viene sottoposta ad una forza F.
Induzione magnetica legge di Faraday-Neumann-Lenz
E’ prodotto dalla variazione del flusso magnetico. Genera la forza elettromotrice appunto per induzione nell’unità di superficie.
Flusso magnetico
Insieme di linee di induzione magnetica. Se concatenato con delle spire, la sua variazione nel tempo crea un’induzione elettromagnetica e si produce una f.e.m. quindi si genera energia elettrica.
Induttanza
Entità del flusso concatenato per Ampere.
Principio del generatore
Si supponga di avere un conduttore, di lunghezza l che si muove con velocità v all’interno di un campo magnetico di induzione B. Ogni elettrone, libero di muoversi sulla superficie del conduttore, in quanto dotato della stessa velocità del conduttore e sottoposto alla forza di Lorentz.
LA LEGGE: Gli elettroni si spostano verso l’estremo A del conduttore(-).Applicando la legge del prodotto vettoriale la forza di Lorentz ha verso da A ad B per cariche positive. Per cariche negative ha verso opposto: da B ad A.
Quindi:
- gli elettroni liberi di muoversi si spostano nell’estremo A del conduttore;
- nell’estremo B dello stesso conduttore rimangono scompensate un numero uguale di cariche positive;
- la presenza di due quantità di carica di segno opposto, poste a distanza l, nasce un campo elettrico che tende a riportare gli elettroni nell’estremo B.
- Sugli elettroni agiscono due forze: quella di Lorentz e quella di Coulomb.
Principio del motore
La corrente è un movimento di cariche elettriche. Ogni carica, passando una velocità all’interno del campo magnetico di induzione B, è sottoposta alla legge di Lorentz. Il conduttore, essendo il supporto delle cariche elettriche, è sottoposto anch’esso alla forza F a cui è sottoposta una quantità di carica Q totale che si sposta dall’estremo B all’estremo A del conduttore.
Quindi un conduttore, di lunghezza l, percorso da una corrente d’intensità I e che staziona all’interno di un campo magnetico di induzione B è soggetto ad una forza
STRUMENTI MAGNETOELETTRICI
In questi strumenti il campo magnetico è creato da un magnete permanente realizzato a forma di ferro di cavallo.
Es.: Voltmetro, galvanometro, ohmetro.
Azioni elettrodinamiche
Quando si hanno due circuiti elettrici percorsi da corrente elettrica, posti di fronte, entrambi sono immersi nel campo magnetico generato dalla corrente che circola nell’altro circuito .Su ciascun circuito agisce una forza elettromagnetica.
STRUMENTI ELETTRODINAMICI
Sono realizzati con una bobina fissa in cui è imperniata una bobina mobile.
L’autoinduzione
Un circuito elettrico percorso da una corrente I variabile, diventa sede di una f.e.m. variabile proporzionale al coefficiente L (autoinduzione)e alla velocità di variazione della corrente nel tempo. Il segno”-” indica che la f.e.m. indotta si oppone alla variazione di corrente. Per questo la f.e.m. indotta ha le caratteristiche si una f.c.e.m.

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