Insegnamento di circuiti elettrici in regime stazionario e sinusoidale monofase.
L’obiettivo di questo insegnamento è fornire agli studenti la padronanza sia culturale sia applicativa dei modelli circuitali semplici dei fenomeni elettrici, con particolare riferimento agli aspetti energetici.
L’obiettivo dell'insegnamento di Teoria dei Circuiti e Laboratorio Elettrico è di fornire agli studenti la padronanza sia culturale sia operativa delle nozioni di base necessarie allo studio di modelli circuitali semplici dei fenomeni elettrici, con particolare riferimento agli aspetti energetici.
Sono trattati i metodi fondamentali nell’analisi di circuiti elettrici lineari, tempo invarianti, a parametri concentrati e ne viene illustrato l’impiego per la soluzione di problemi circuitali. L’analisi è svolta in regime stazionario, e in regime sinusoidale permanente. Inoltre è svolta un'attività parallela di laboratorio, che ha lo scopo di fissare ulteriormente i concetti illustrati a teoria.
Al termine dell’insegnamento lo Studente dovrà aver compreso i concetti fondamentali della teoria dei circuiti, essere in grado di classificare i problemi circuitali dei tipi presentati, e di impostarne correttamente la soluzione, fino ad arrivare, qualora possibile, alla loro soluzione analitica.
Lezioni teoriche accompagnate da esercitazioni applicative e numeriche in aula ed esercitazioni di laboratorio per un totale di 8 CFU. Il corso si svolge nel secondo semestre.
Il modello circuitale
Corrente elettrica e tensione elettrica. Differenza di potenziale. Il circuito elettrico: ipotesi di modello e limiti di validità. Componenti circuitali: terminali e morsetti, bipoli e multipoli, superfici limite. Circuiti a parametri concentrati. Convenzioni di segno per tensioni e correnti. Leggi di Kirchhoff delle tensioni e delle correnti. Relazioni linearmente indipendenti nelle leggi di Kirchhoff e tecniche elementari di selezione.
Equazioni dei componenti, piano tensione-corrente. Bipoli elementari: resistenza, circuito aperto, corto circuito, generatori indipendenti ideali di tensione e di corrente. Rappresentazioni delle equazioni dei componenti nel piano v-i.
Potenza elettrica istantanea. Potenza di un bipolo. Convenzioni dei generatori e degli utilizzatori. Potenza assorbita da un resistore. Effetto Joule. Teorema di Tellegen. Conservazione delle potenze. Grafi, grafi orientati e loro applicazioni per l’analisi dei circuiti.
Circuiti resistivi
Definizioni e ipotesi di modello. Resistori: resistore lineare tempo-invariante, equazione costitutiva, calcolo di resistenza e conduttanza. Collegamenti in serie e in parallelo, partitori di tensione e di corrente. Concetto di equivalente di rete, formule degli equivalenti di rete di resistori in serie e in parallelo. Tecniche di riduzioni delle reti. Reti a scala. Trasformazione stella-triangolo e triangolo-stella. Teoremi delle reti per reti resistive: teorema di Thevenin, teorema di Norton, tecniche di calcolo delle relative reti equivalenti. Teorema di massimo trasferimento di potenza. Generatori non ideali, teorema di Millmann. Teorema di sovrapposizione degli effetti ed esempi di applicazioni. Cenni a tecniche generali per la soluzione dei circuiti.
Condensatori, induttori e doppi bipoli
Condensatore e induttore ideali, proprietà elementari. Equazioni costitutive, energia immagazzinata, condizioni iniziali, variabili di stato. Collegamenti in serie e in parallelo di condensatori e induttori e loro equivalenti. Componenti reali. Doppi bipoli: definizioni, tecniche di identificazione. Induttori accoppiati, trasformatore ideale.
Equazioni di circuiti in regime sinusoidale permanente e loro soluzione
Soluzione a regime di un circuito lineare dissipativo con eccitazione sinusoidale. Rappresentazione di grandezze sinusoidali mediante numeri complessi: metodo dei fasori. Definizioni di impedenza e ammettenza. Impedenze e ammettenze di tutte le tipologie di componenti lineari. Estensione dei teoremi delle reti al regime sinusoidale. Cadute di tensione. Rifasamento. Esempi di risoluzione di semplici circuiti lineari di interesse applicativo.
Potenze in regime sinusoidale: potenza istantanea, attiva, reattiva e apparente. Potenza apparente complessa. Teorema di Tellegen per reti dissipative. Conservazione della potenza attiva e reattiva.
Risonanza e antirisonanza. Concetto di filtro. Filtri elementari RC ed RL.
Tecniche operative di soluzione di circuiti: metodo delle potenze, metodi basati sulle impedenze. Esempi di applicazioni in casi di interesse applicativo per la soluzione di circuiti e reti di potenza e di segnale.
Esercitazioni:
In aggiunta ai testi suggeriti nei riferimenti bibliografici sottostanti, disponibili in prestito nella Biblioteca di Facoltà, sono disponibili presso il docente copie di appunti del corso e di prove scritte (complete) di precedenti sessioni d’esame, corredate delle soluzioni.
Riferimenti bibliografici (per eventuale consultazione)
Di tipo più orientato all’“elettrotecnica di segnale” (applicazioni elettroniche):
Per ulteriore approfondimento teorico:
Ricevimento: Il ricevimento è da concordare su appuntamento (tel: 010 335 2044, e-mail: mario.nervi@unige.it), sia in modalità remota tramite l'applicazione TEAMS, sia attraverso incontri frontali.
MARIO NERVI (Presidente)
MASSIMO BRIGNONE
DANIELE MESTRINER
EUGENIA TORELLO (Presidente Supplente)
https://corsi.unige.it/8716/p/studenti-orario
L’esame dell'insegnamento di Teoria dei Circuiti e Laboratorio Elettrico è costituito da due prove parziali di accertamento della preparazione tenute durante il corso (una che copre i circuiti in regime stazionario, e un’altra che copre i circuiti in regime sinusoidale permanente) che devono essere sostenute entrambe, e da una prova orale della durata di circa 30 minuti da sostenersi dopo la conclusione del corso. Nel caso in cui una prova parziale non sia stata sostenuta o i risultati non siano sufficienti, l’esame comprenderà una prova scritta vertente su tutto il programma del corso. Il punteggio sarà attribuito come segue: max. 14 punti alla prova scritta (sia per l’insieme delle prove parziali sia per lo scritto completo), max. 17 alla prova orale. Per essere ammessi all'orale è necessario avere almeno conseguito 8/14. Il voto finale sarà determinato dalla somma del risultato della prova scritta e della prova orale.
Nell'esame scritto si accerta la preparazione verificando la capacità di ottenere una corretta soluzione di alcuni esercizi applicativi vertenti su tutto il programma; nell'esame orale si verifica la corretta comprensione di alcuni degli argomenti teorici che costituiscono il programma, l’utilizzo corretto del lessico specialistico, la capacità di ragionamento critico sulla materia presentata e l'interiorizzazione delle competenze tecniche necessarie alla positiva prosecuzione degli studi.
