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Classico insegnamento di base nell'ambito delle discipline ingegneristiche, comune a diversi indirizzi, e che tratta a livello introduttivo dei circuiti elettrici, con cenni alle principali applicazioni ingegneristiche. Il corso illustra il funzionamento e le metodologie di analisi dei circuiti elettrici lineari in diverse condizioni di funzionamento: regime stazionario, regime sinusoidale, evoluzione dinamica. |
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Calcolo ed Algebra Lineare, Metodi Matematici per l’Ingegneria, Fisica. |
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Il corso intende principalmente fornire agli allievi le metodologie classiche per l’analisi delle reti elettriche lineari in: a) regime stazionario continuo; b) regime sinusoidale; c) regime dinamico. In aggiunta sono presentate le metodologie per l’analisi delle reti trifasi e per lo studio dei circuiti per mezzo della trasformata di Laplace. La descrizione del modello circuitale con le sue proprietà e la presentazione delle principali metodologie di analisi si propongono obiettivi sia di tipo formativo che informativo. |
1. Richiami di elettrologia e grandezze fondamentali Fenomeni elettromagnetici, leggi di Coulomb e Cavendish, modello dei circuiti e grandezze elettriche fondamentali, il Sistema Internazionale (S.I.). Carica elettrica, tensione elettrica e differenza di potenziale, moto delle cariche e corrente elettrica, modello di Drude, legge di Ohm.
2. Bipoli e circuiti elementari Concetto di bipolo, caratteristica e sua rappresentazione grafica , bipolo resistore, convenzioni sui riferimenti di tensione e corrente. Potenza dissipata nel resistore, legge di Joule. I bipoli corto circuito e circuito aperto. Resistori in serie e parallelo, equivalenza, partitori di tensione e di corrente. Generatori ideali di tensione e di corrente, classificazione dei bipoli.
3. Proprietà principali dei circuiti Circuiti di bipoli e leggi di Kirchhoff, grafo di un circuito, albero e coalbero, equazioni di interconnessione per le tensioni e per le correnti. Metodi dei potenziali di nodo e delle correnti di maglia. Teorema di Tellegen, teorema di non amplificazione. Sovrapposizione degli effetti. Teorema di reciprocità, caratterizzazione esterna dei circuiti e teoremi di Thevenin-Norton.
4. Metodi sistematici per l’analisi dei circuiti Metodi sistematici per la soluzione dei circuiti, matrice di incidenza, forma matriciale delle equazioni di Kirchhoff, teoremi di sostituzione, forma generale della caratteristica di un lato, matrice delle conduttanze di lato, matrice delle conduttanze ai nodi.
5. Elementi circuitali a più terminali Elementi circuitali a più terminali, N-polo passivo, matrice delle conduttanze e sue proprietà, trasformazione stella-poligono, sintesi di un N-polo a poligono completo. N-bipoli o n-porte, matrice delle conduttanze e delle resistenze, sintesi a T ed a Pi-greco, potenza assorbita da un doppio bipolo, rappresentazione ibrida dei doppi bipoli, matrice di trasmissione. Generatori pilotati, amplificatore operazionale, nullatore e noratore e circuiti equivalenti.
6. Dinamica dei circuiti lineari Circuiti in condizioni dinamiche, bipoli dinamici, condensatore ed induttore, energia immagazzinata, elementi dinamici in serie e parallelo; estensioni delle leggi di Kirchhoff al caso dinamico. Circuiti del primo ordine, circuiti del secondo ordine, oscillazioni; evoluzione forzata con generatori costanti e variabili.
7. Circuiti lineari in regime sinusoidale Circuiti in regime sinusoidale, metodo simbolico, vettori rotanti e diagrammi fasoriali; circuito risonante RLC. Strumenti di misura in regime sinusoidale (CA), rifasamento. Mutuo accoppiamento e trasformatore, circuiti equivalenti.
8. Sistemi trifasi Introduzione ai sistemi trifasi. Sistemi trifasi equilibrati e squilibrati. La potenza nei sistemi trifasi.
9. Complementi di elettrotecnica Soluzione numerica dei circuiti: il codice SPICE. Circuiti con generatori impulsivi. Metodo del bilanciamento degli impulsi. Soluzione dei circuiti per mezzo della trasformata di Laplace. |
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Il principale sussidio didattico è costituito dalle video lezioni, e dal testo di riferimento L. De Menna, Elettrotecnica, ed. Pironti, Napoli, 1998, disponibile in formato elettronico sul sito UNINETTUNO. In associazione alle video-lezioni sono disponibili (sempre sul sito) esercizi ed appunti. Ulteriori testi consigliati per approfondimenti sono:
Teoria
[1] M. de Magistris, G. Miano, Circuiti, ed SPRINGER, ISBN: 978-88-470-0537-2, 2007.
[2] L. Verolino, Elementi di reti elettriche, ed. EdiSES, 2019.
[3] M. Repetto, S. Leva, Elettrotecnica. Elementi di teoria ed esercizi, ed. CittaStudi, 2018.
[4] D. Mayergoyz, W. Lawson, Elementi di Teoria dei Circuiti, ed. Utet, 2000.
[5] L.O. Chua, C.A. Desoer, E.S. Kuh, Circuiti Lineari e Non Lineari, ed. Jackson, 1991.
Esercizi
[1] L. Verolino, Esercizi e complementi sulle reti elettriche, ed EdiSES, 2020. |
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Le esercitazioni consistono nell’analisi di circuiti lineari di tipo resistivo, dinamico ed in regime sinusoidale. Per superare l’esame è prerequisito fondamentale saper risolvere autonomamente esercizi dello stesso genere di quelli proposti nel corso e nelle erogazioni. |