[Elettrotecnica] Argomenti di Fisica II per Elettrotecnica

[Trivroach]

Ciao a tutti, sono uno studente di Ingegneria del secondo anno e a breve comincerò i corsi del secondo semestre, tra questi c'è anche quello di Elettrotecnica. Scrivo questo topic per chiedere quali argomenti e concetti di Fisica II (con Fisica II intendo tutta la parte relativa all'elettromagnetismo) sono più richiamati in Elettrotecnica (so che sono tanti, non a caso c'è la propedeuticità) e quali sono i più importanti, in particolare vorrei sapere se ci sono concetti magari non troppo banali che bisogna assolutamente avere chiari al 100%.

Ad ogni modo qualsiasi tipo di dritta è ben accetta Metto qui in spoiler quello che nel dettaglio sarà il Programma del corso, se può essere utile (scusate se è IMMENSO ma è preso dal diario delle lezioni dell'anno precedente):

Richiami di elettromagnetismo:
Regime stazionario o “quasi stazionario”: “disaccoppiamento” delle equazioni di Maxwell
Campo elettrico stazionario e sue proprietà; unità di misura
Tensione elettrica e differenza di potenziale: convenzioni grafiche
Voltmetro ideale e convenzioni grafiche
Il condensatore: capacità e capacità mutua;
Capacità di alcuni condensatori “tipici”
Rigidità dielettrica: valori tipici per alcuni materiali caratteristici
Limiti “pratici” allo spessore del dielettrico nei condensatori
La corrente elettrica; conduttori e isolanti.
La corrente elettrica stazionaria; campo densità di corrente e sue proprietà
Prima legge costitutiva: legge di Ohm alle grandezze specifiche
Resistività e sua unità di misura
Legge di Joule alle grandezze specifiche
Considerazioni energetiche sul circuito semplice in regime stazionario: il generatore di f.e.m.
Campo elettromotore: il caso della pila a piombo-acido
Capacità della pila e sua dipendenza dal regime di scarica.
Resistenza elettrica
Prima formulazione della legge di Ohm ai valori “integrali”
Modello filiforme
Resistività e temperatura; coefficiente di temperatura
Classificazione dei materiali in base alla resistività: valori tipici di resistività e coefficiente
termico per materiali caratteristici
La misura della corrente: l’amperometro ideale
Dimensioni “elettriche” e frequenza di funzionamento: parametri concentrati
Bipoli: definizioni e convenzioni grafiche
Il bipolo “resistore” e la sua caratteristica grafica
Bipoli e loro classificazione: tipi, caratteristiche e convenzioni grafiche
Bipoli fondamentali: resistore, cortocircuito e circuito aperto ideali, generatore di f.e.m.,
generatore ideale di corrente
Circuito semplice: bilancio delle potenze
Circuiti e reti: struttura geometrica; lati, nodi e maglie
Convenzioni sui bipoli: convenzione del generatore e convenzione dell’utilizzatore
Prime nozioni sui collegamenti fra bipoli: serie e parallelo
Generatori reali di tensione: resistenza interna
Generatore reale di tensione: condizione di massimo rendimento o di massima potenza
trasferita al carico (adattamento del carico)
Analisi delle reti: considerazioni topologiche; lati, maglie e anelli, albero e coalbero
Il regime di funzionamento di una rete e sua “unicità”: “risoluzione” di una rete
Leggi di Kirchhoff: modello matematico di una rete
Applicazione delle leggi di Kirchhoff a un "frammento" di rete
Equivalenza fra bipoli
Resistori in serie: resistenza equivalente; partitore di tensione: potenziometro e reostato
Equivalenza fra N-poli; il caso di N = 3; stella e triangolo di resistori: formule di
trasformazione
Generatore reale di tensione: caratteristica complessiva “esterna”: tensione a vuoto e corrente
“di cortocircuito”
Corollari delle leggi di Kirchhoff:
- non amplificazione delle tensioni
- non amplificazione delle correnti
- potenze virtuali e loro conservazione (principio di Tellegen)
Resistori in parallelo: resistenza equivalente;
Esempi numerici di applicazione delle leggi di Kirchhoff alla “risoluzione” di reti elettriche
Calcolo di potenze e verifica della conservazione delle potenze
Verifica della conservazione delle potenze virtuali (esempio applicativo)
Partitore di corrente
Equivalenza fra generatori reali di tensione e generatori reali di corrente
Linearità delle reti e sovrapposizione degli effetti; esempio applicativo.
Teorema di Thévenin : enunciato e sua utilità applicativa.
Cenno al teorema di Norton (enunciato)
Esempio numerico sul teorema di Thévenin
Metodi “abbreviati” per la risoluzione delle reti elettriche: logica di base e ricorso alle
“incognite ausiliarie”
Metodo delle correnti di maglia ( o di circolazione): logica del metodo
Metodo delle correnti maglia: esempio applicativo
Scrittura delle equazioni "per ispezione"
Esempio applicativo con generatori di corrente
Metodo delle correnti di maglia: riduzione dei generatori di corrente a generatori di tensione
Metodo dei potenziali nodali: logica del metodo
Esempi numerici sul metodo dei potenziali nodali
Esempi numerici sul metodo dei potenziali nodali
Scrittura delle equazioni "per ispezione".
Formula di Millmann
Doppi bipoli: definizioni e caratterizzazione “formale”
Equivalenza fra doppi bipoli
Matrice |R|: definizioni dei parametri costitutivi e proprietà
Analisi del doppio bipolo “a T” e sintesi di un doppio bipolo qualsiasi a partire dalla sua
matrice |R|
Matrice |G|: definizioni dei parametri costitutivi e proprietà
Sintesi di un doppio bipolo generico a partire dalla sua matrice |G|
Matrice “di trasmissione” (o “T”): definizione, calcolo dei parametri e considerazioni
applicative
Campo di induzione magnetica B e sue proprietà
Campo magnetico H e relazione costitutiva
Il campo di induzione magnetica in alcuni casi significativi: a) conduttore filiforme, b)
conduttore massiccio, c) lamina di corrente
Flusso di induzione magnetica concatenato con un circuito
Flusso auto concatenato e coefficiente di autoinduzione (induttanza) di un circuito
Circuiti mutuamente accoppiati
Coefficiente di mutua induzione (induttanza mutua)
Convenzioni grafiche per i circuiti mutuamente accoppiati
L’induzione elettromagnetica, il campo elettromotore e la forza elettromotrice indotta (legge di Lenz)
Unità di misura
Reti in regime sinusoidale
Le “ragioni” applicative del regime sinusoidale: qualche anticipazione sul trasformatore e la
sua funzione; confronto fra reti in corrente continua e in alternata. Cenni alla “guerra delle
correnti”
Grandezze caratteristiche: valore medio nel semiperiodo e valore efficace; fattore di forma
per una grandezza sinusoidale
Legge di Ohm ai valori istantanei: relazioni costitutive per i bipoli fondamentali
Ancora sulle relazioni costitutive per i bipoli fondamentali: reazioni di fase tensione-corrente
su resistore, induttore e condensatore
Richiami di algebra complessa: definizioni, operazioni fondamentali, rappresentazione
geometrica sul piano complesso e formula di Eulero; modulo e argomento di un numero
complesso
Metodo fasoriale (o simbolico, o di Steinmetz)
Esempi numerici di trasformazione di sinusoidi in fasori; la scelta del “riferimento per le fasi”
Operazioni fra sinusoidi trasformate in fasori;
Convenzioni sugli angoli (di ritardo e/o anticipo)
Legge di Ohm in forma fasoriale; reattanza, suscettanza, impedenza e ammettenza
Argomento dell’impedenza
Calcolo di impedenze equivalenti.
Potenze in regime sinusoidale: istantanea, attiva, reattiva, apparente e relative unità di misura
Potenze assorbite da R, L e C.
Potenza complessa
Conservazione della potenza complessa (teorema di Boucherot)
Osservazioni sulle potenze: dati identificativi di un carico
Osservazioni sul fattore di potenza (cos φ)
Strumenti in c. a.: voltmetro, amperometro. Wattmetro: indicazione e significato fisico
Cenni ai componenti ‘reali’: parametri parassiti
Esempi numerici di risoluzione di reti in regime sinusoidale
Calcolo di potenze
Altri esempi numerici di risoluzione di reti in regime sinusoidale
Reti con generatori a frequenza diversa: soluzione mediante applicazione del principio di
sovrapposizione. Esempio applicativo
Carichi a basso cosϕ: natura del problema e rimedio (il rifasamento)
Rifasamento: determinazione del condensatore di rifasamento
Generatore reale di tensione: adattamento di impedenza
Elementi di analisi in frequenza: risonanza serie R-L-C e pulsazione di risonanza
Risonanza serie R-L-C:
Z(ω), I(ω), ϕ(ω)
fattore di merito: aspetti positivi e rischi della risonanza
Risonanza parallelo
Tracciamento “qualitativo” della risposta in frequenza di semplici filtri del 1° ordine (RC, RL)
Doppi bipoli in regime sinusoidale: matrici di impedenze o di ammettenze
RETI TRIFASI
Definizioni preliminari: sistema polifase simmetrico
Genesi di una rete trifase
Sistema trifase “simmetrico ed equilibrato”
Carichi in parallelo: unicità del centro stella
Tensioni stellate e concatenate, correnti di linea
Vantaggi delle linee trifasi
Funzione del Neutro nella distribuzione in bassa tensione: accessibilità delle tensioni stellate
Reti a triangolo: correnti di lato; triangolo delle correnti
Potenze trifasi; cosϕ
Esempi numerici di risoluzione di reti trifasi simmetriche ed equilibrate
Misura della potenza attiva trifase con un wattmetro: caso del centro stella accessibile
Misura della potenza attiva trifase con un wattmetro: caso del centro stella inaccessibile e
centro stella “artificiale.
Caso generale: metodo/inserzione Aron
Altri esempi numerici di risoluzione di reti trifasi simmetriche ed equilibrate
Rifasamento di carichi trifasi simmetrici ed equilibrati
Esempi numerici di risoluzione di reti trifasi simmetriche e squilibrate
Il vettore spostamento centro stella e il suo calcolo mediante la formula di Millmann
Ancora sul ruolo del neutro, per garantire la costanza delle tensioni stellate
Esempio numerico sullo spostamento del centro stella
RETI IN REGIME DINAMICO
Generalità, relazioni costitutive ai valori istantanei;
Modello della rete in regime dinamico: “soluzione” della rete e condizioni iniziali
Evoluzione libera ed evoluzione forzata
Luogo delle radici
“Ordine” di una rete e numero di “componenti a memoria” (L e C)
Reti del I ordine: esempi applicativi
Linearità e stato non nullo
Reti del II ordine: esempi applicativi: circuito oscillante
Rete del secondo ordine: uscita cisoidale
Discontinuità: gradino, impulso (definizioni)
Proprietà di campionamento dell’impulso
Relazione gradino - impulso; impulsi di ordine inferiore o superiore. Regimi “canonici”
Funzione risposta al gradino unitario g(t) e all’impulso unitario h(t)
Esempi applicativi per la determinazione di g(t) ed h(t)
Integrale di convoluzione: dimostrazione ed esempio applicativo
Trasformata di Laplace: definizione e proprietà fondamentali; antitrasformata.
Esempi di applicazione della L-trasformata per l’analisi di reti di regime dinamico.
Impedenza operatoriale: definizione e utilità operativa
L’impedenza operatoriale nelle reti non a riposo
Funzione di trasferimento di una rete: definizione ed utilità operativa
Applicazioni dell’induzione elettromagnetica: anticipazioni sul principio di funzionamento
del trasformatore e suo impiego nella trasmissione dell’energia elettrica
F.e.m. dovuta a movimento: principio del generatore; campo elettromotore di Lorentz
Effetti ponderomotori; sforzi elettrodinamici; strizione magnetica
Coppia su una spira rotante
Principio di conversione elettromeccanica
Energia magnetica associata a circuiti percorsi da corrente
Energia magnetica specifica
Ferromagnetismo: curva di magnetizzazione e ciclo di isteresi
Isteresi e perdite per isteresi
Classificazione dei materiali ferromagnetici: soft, hard, ferriti
Riluttanza magnetica
Reti magnetiche; leggi di Hopkinson
Riluttanza magnetica complessa; corrente “attiva” e corrente “magnetizzante”
Elettromagneti: tipi e applicazioni; il relè
Cenni al progetto dell’elettromagnete: il problema diretto e quello inverso
Reti magnetiche a permeabilità elevatissima: conseguenze e vantaggi
Cenni alle perdite per correnti parassite; nuclei a lamierini
IL TRASFORMATORE
Flussi medi di auto e mutua induzione
Circuiti accoppiati: accoppiamento perfetto
Relazioni costitutive per il doppio bipolo “circuiti ad accoppiamento perfetto”
Reti equivalenti per circuiti perfettamente accoppiati; corrente magnetizzante
Il trasformatore ideale
Proprietà del trasformatore ideale: trasparenza alle potenze e “traslazione” delle impedenze
Reti equivalenti per circuiti non perfettamente accoppiati
Circuiti accoppiati su ferro: ipotesi semplificative
Trasformatore reale: rimozione delle ipotesi semplificative
Flussi dispersi e resistenza degli avvolgimenti: parametri longitudinali
Corrente a vuoto e parametri trasversali
Rete equivalente completa e reti semplificate; impedenza di cortocircuito
Corrente a vuoto distorta “effettiva” e corrente a vuoto sinusoidale “equivalente”
Funzione del trasformatore nella trasmissione e nella distribuzione dell’energia elettrica
Caratteristiche costruttive del trasformatore: nucleo avvolgimenti, raffreddamento
Grandezze nominali: tensioni e correnti (primarie e secondarie); potenza apparente
Funzionamento sotto carico: tensioni e correnti. Approssimazioni
Rendimento convenzionale
Misura del rendimento:
prova a vuoto: determinazione della potenza perduta nel ferro e determinazione dei
parametri trasversali
prova in cortocircuito: determinazione della potenza perduta nel rame e determinazione
dei parametri longitudinali
Condizione di massimo rendimento
Rendimento giornaliero
Cenni ai trasformatori trifasi; tipi di collegamento degli avvolgimenti e “gruppo”
Parallelo dei trasformatori: ragioni del parallelo e condizioni generali per un corretto parallelo
Parallelo dei trasformatori: condizioni specifiche di corretto parallelo
Caduta di tensione del trasformatore
Trasformatore separatore
Autotrasformatore: principio di funzionamento, convenienza economica e precauzioni d’uso
Trasformatori di misura: specifiche, errori, prestazione
Trasformatore di corrente (TA)
Trasformatore di tensione (TV)
MOTORE ASINCRONO:
Principio di funzionamento
Scorrimento
Curve di campo di un avvolgimento monofase
a) concentrato,
b) distribuito
Fattore di avvolgimento
Campo pulsante e sua scomposizione
Velocità di sincronismo
Velocità di sincronismo e numero di coppie polari
Campo rotante netto di un avvolgimento bifase e di uno trifase
Senso di rotazione e successione delle fasi
Caratteristiche costruttive: statore, rotore, cave, raffreddamento
Velocità relativa e frequenza delle grandezze rotoriche
Tensione, corrente e fattore di potenza rotorici
Sincronismo del campo rotante di statore con quello di rotore
Resistenza “fittizia” e rete equivalente complessiva
Cenni al bilancio delle potenze
Coppia e caratteristica meccanica
Analisi della “caratteristica” meccanica:
• tratto stabile e tratto instabile
• scorrimento di coppia massima
Avviamento del motore asincrono:
Ad anelli (con reostato di avviamento)
A gabbia semplice
A doppia gabbia.
A cave profonde
Cenni alla regolazione della velocità
Cenni alla frenatura: a) a controcorrente, b) supersincrona, c) dinamica
Il motore asincrono monofase: caratteristica meccanica
Accorgimenti per l’avviamento del motore asincrono monofase: a sdoppiamento di fase
Motore asincrono monofase a poli tagliati
Cenno al generatore asincrono
MISURE ELETTRICHE
Generalità e classificazioni
Errori e loro cause più comuni
Autoconsumo (dell’amperometro e del voltmetro)
Qualità degli strumenti; classi di precisione e tolleranza; zona di utilizzazione/lettura
preferenziale della scala
Principi di funzionamento, caratteristiche e utilizzazione degli strumenti
Qualità degli strumenti
Strumenti magnetoelettrici (a bobina mobile): amperometro e galvanometro, voltmetro
Strumenti a ferro mobile
Strumenti elettrodinamici: principi di funzionamento e coppia motrice
Amperometro elettrodinamico
Voltmetro elettrodinamico
Wattmetro elettrodinamico: funzionamento, errori di autoconsumo e d’angolo; wattmetro per
basso cosφ
Strumenti digitali: cenni al funzionamento del voltmetro a rampa
CENNI AGLI IMPIANTI ELETTRICI
L’impianto elettrico: definizioni fondamentali
Il rischio elettrico
Sovratensioni e sovracorrenti: tipi e cause
Rischio incendio
Il concetto di “massa”
Contatto diretto e contatto indiretto: diversi livelli di rischio
Impianto di terra: resistenza di terra; dispersori e conduttori di terra: tensione di passo
Funzione dell’impianto di terra
Impianto elettrico e sua gestione: apparecchi di manovra e protezione
Gli elettromagneti (relè) come apparecchi di manovra e protezione; relè a massima corrente,
relè termici e relè magnetotermici: descrizione e caratteristiche di intervento
Fusibili e curva di intervento a tempo inverso
Relè differenziale: principio di funzionamento, tipi, sensibilità e modalità di impiego
Coordinamento con l’impianto di terra

Grazie mille a tutti!

[f4747912]

Sto preparando anche io elettrotecnica da 6cfu.
Avere delle basi solide di fisica 2 è importante, ma almeno per quanto mi riguarda solo nella parte introduttiva del corso ovvero INTRODUZIONE AL MODELLO CIRCUITALE ho trovato dei richiami di Fisica che ovviamente, studiando da un libro di elettrotecnica viene dato per scontato che sono cose che gia devi sapere.
Ho trovato qualche riferimento alla legge di Faraday, qualcosa sulla corrente , differenza di potenziale.. cose che capite bene in fisica 2 comunque sono fondamentali.
Ci vuole dimestichezza con i numeri complessi e fino ad adesso qualcosa sulle matrici..

[nasmil]

Guarda per elettrotecnica la fisica è importante, ma non ti fissare troppo sui concetti che comunque vengono richiamati in elettrotecnica, quindi tranquillo.