Elettromagnetismo e Sistemi Elettrici - Scuola di Ingegneria

Università degli Studi di Pisa
Corso di laurea in Ingegneria della Sicurezza Industriale e Nucleare
Specifica dell’insegnamento di
Elettromagnetismo e Sistemi Elettrici
Corso integrato, costituito dai due moduli (6 CFU ciascuno):
A) ELETTROMAGNETISMO
B) RETI, COMPONENTI E SISTEMI ELETTRICI
MODULO A) ELETTROMAGNETISMO
Docenza:
Prof. Mauro Dell'Orso
Dipartimento di Fisica
Tel.: 050-2214416
Fax: 050-880317
e-mail: [email protected]
Finalità ed obiettivi dell’insegnamento
• dare agli studenti solidi fondamenti per capire il significato delle leggi fisiche fondamentali,
• insegnare loro come queste leggi possono essere applicate per risolvere problemi attinenti all'ingegneria in
generale e a quella industriale e nucleare in particolare,
• sviluppare la capacità di identificare pochi principi unificanti e di vasta applicabilità, come strategia generale
per orientarsi e organizzare le proprie facoltà operative in campi scientifico-tecnologici metodologicamente
complessi e in rapida evoluzione.
Obiettivo del corso è portare a maturazione le seguenti capacità operative degli allievi:
• familiarità con i metodi operativi di una teoria di campo, con riguardo all'uso di equazioni locali per la sua
descrizione,
• creazione di un modello fisico per la soluzione di un problema pratico (sua traduzione nel "linguaggio" della
matematica, soluzione con le tecniche della matematica e traduzione "all'indietro" della soluzione per
permetterne una interpretazione pratica).
La maturazione di tali capacità di carattere generale avviene attraverso l'acquisizione delle seguenti competenze
operative specifiche, che costituiranno anche oggetto della verifica delle competenze minime di uscita:
• soluzione di problemi di elettrostatica,
• soluzione di semplici circuiti elettrici,
• soluzione di problemi di magnetostatica,
soluzione di problemi con campi elettromagnetici lentamente variabili nel tempo
Pre-requisiti in ingresso e competenze minime in uscita
Pre requisiti (in ingresso)
Soluzione di sistemi di equazioni algebriche lineari.
Operazioni del calcolo differenziale in una variabile reale.
Soluzione di equazioni differenziali ordinarie del
prim'ordine a
variabili separabili.
Soluzione di equazioni differenziali ordinarie lineari.
Integrazione secondo Riemann di semplici funzioni reali di
una variabile reale.
Impostazione e soluzione di un problema di meccanica.
Uso abituale dei concetti di lavoro, impulso di una forza,
energia, quantità di moto, momento angolare, temperatura.
Insegnamenti fornitori
Matematica I
Fisica I
Competenze minime (in uscita)
Soluzione di problemi di elettrostatica, di semplici circuiti
elettrici, di problemi di magnetostatica, di problemi con
campi elettromagnetici lentamente variabili nel tempo.
Insegnamenti fruitori
Modulo di Reti, Componenti e Sistemi elettrici
Metodologia didattica
Gli argomenti sono proposti dal docente attraverso un'opportuna combinazione di metodo induttivo e deduttivo,
corredandole sempre con un'ampia gamma di esempi pratici.
Le esercitazioni prevedono l'intervento attivo degli studenti che vengono coinvolti nella discussione e nella risoluzione
di esercizi.
Programma, articolazione e carico didattico
Argomento
Elettrostatica
Carica elettrica, legge di Coulomb, campo elettrico, potenziale
elettrostatico, gradiente di un campo scalare, teorema di
Gauss, divergenza di un campo vettoriale, conduttori, capacita
e condensatori, cenni sul campo elettrico nella materia.
Conduzione elettrica e magnetostatica
Generatori di forza elettromotrice, distribuzioni di corrente
elettrica, resistori e resistenza, legge di Ohm, effetto Joule,
campo magnetico, leggi di Laplace, forza di Lorentz, rotore di
un campo vettoriale, teorema di Stokes, teorema di Ampere,
cenni sul campo magnetico nella materia.
Campo elettromagnetico variabile
Corrente di spostamento, induzione elettromagnetica, legge di
Faraday, equazioni di Maxwell, induttori e induttanza,
corrente alternata.
Totale
Lezioni
(A)
Eserc.
(B)
Verifiche
(P)
Carico
Didattico
(3A+3B+P)
9
8
1
52
9
8
1
52
8
7
1
46
26
23
3
150
Materiale didattico
Gli studenti sono liberi nella scelta di un libro di testo di Fisica II tra tutti quelli disponibili per i corsi di laurea in
Ingegneria. Il docente è sempre a disposizione per aiutare nella scelta.
MODULO B) RETI, COMPONENTI E SISTEMI ELETTRICI
Docenza
Prof. Massimo Ceraolo
Dipartimento di Sistemi Elettrici ed Automazione
Tel: 050-2217305
Fax: 050-2217333
e-mail: [email protected]
Finalità ed obbiettivi dell’insegnamento
Il corso si propone di fornire agli allievi le conoscenze necessarie per l’utilizzo appropriato dell’energia elettrica in
impianti industriali, anche dal punto di vista della sicurezza.
Ha inoltre l’obbiettivo di fornire una valida base agli allievi che desiderassero seguire l’insegnamento di “Sicurezza
Elettrica”.
Pre-requisiti in ingresso e competenze minime in uscita
Pre requisiti (in ingresso)
Insegnamenti fornitori
Capacità di risolvere semplici equazioni differenziali lineari a
coefficienti costanti, di operare con i numeri complessi.
Conoscenza delle grandezze fisiche e loro unità di misura, capacità di
soluzione di problemi di elettrostatica, di semplici circuiti elettrici, di
problemi con campi elettromagnetici lentamente variabili nel tempo.
Competenze minime (in uscita)
Matematica I
Fisica I;
Modulo di Elettromagnetismo
Insegnamenti fruitori
Capacità di scrivere le equazioni di circuiti elettrici in corrente continua
e alternata, e di risolverle manualmente nei casi più semplici.
Conoscenza di componenti e dispositivi per la conversione statica
dell’energia elettrica e la conversione elettromeccanica dell’energia
Conoscenza dei principali aspetti di sicurezza connessi con l’uso
dell’elettricità
Modulo di Reti, Componenti e Sistemi
elettrici
Metodologia
Il corso si compone di lezioni da parte del docente, esemplificazioni pratiche in aula, esercitazioni numeriche da parte
degli allievi.
Sono previste delle verifiche intermedie che consentiranno sia al docente che agli allievi di valutare il grado con cui le
conoscenze sono state recepite.
Programma, articolazione e carico didattico
Argomento
Circuiti elettrici in corrente continua.
Leggi di Ohm e di Kircchoff, potenza ed energia, forze
elettromagnetiche
Circuiti elettrici in corrente alternata.
Legge di Ohm generalizzata, potenza ed energia, circuiti
mutuamente accoppiati, sistemi trifasi, regime periodico non
sinusoidale
Verifica intermedia
Conversione statica dell’energia elettrica.
Trasformatore, componenti e dispositivi di elettronica di
potenza per la conversione dell’energia elettrica
Conversione elettromeccanica dell’energia.
Macchina sincrona, asincrona, azionamenti elettrici
Verifica interme dia
Lezioni
L
Eserc.
E
Verif.
P
Totale Ore di Carico
Didattico = 3L+3E+P
= 25*CFU
6
2
2
26
9
3
2
38
3
3
6
1
2
23
8
2
2
32
3
3
Elementi di impianti e sicurezza elettrici.
Formule approssimate per il calcolo delle cadute di tensione
6
2
1
25
e le correnti di corto circuito; protezione dai contatti diretti e
indiretti con sistemi TT, TN, IT; protezione dalle
sovracorrenti
Totale
35
10
15
150
Testi di riferimento
Per la maggior parte degli argomenti il testo di riferimento è il seguente:
C. R. Paul, S. A. Nasar, L. E. Unnewehr: “Introduction to Electrical engineering”. McGraw-Hill, ISBN: 0-07-011322-X
Per la conversione statica dell’energia elettrica e gli elementi di sicurezza elettrica verranno fornite dal docente apposite
dispense.
Modalità di verifica/esame
L'esame dei due moduli avverrà in maniera congiunta; la commissione d’esame p presieduta dal prof. M. Ceraolo.
L’esame consiste in una prova scritta e in una prova orale.
La prova scritta, relativa al solo modulo di Reti, Componenti e Sistemi Elettrici, è obbligatoria solo per gli studenti che
non abbiano superato le verifiche intermedie che verranno effettuate durante l’anno. E’ disponibile per gli studenti,
presso la portineria del Dipartimento di Sistemi Elettrici e automazione, una collezione dei temi delle verifiche
intermedie e delle prove scritte finali svolte negli anni precedenti.
La valutazione dello studente avverrà sulla base dell’analisi degli elaborati prodotti nelle verifiche e prove scritte, del
grado di competenza dimostrato alla prova orale e della capacità di esprimersi in linguaggio tecnico appropriato.