DOMANDE E PROBLEMI RISOLTI PER SISTEMI – CLASSE TERZA MECCANICA – PROF. ZANCHI CARLO ITIS GIORGI - ROMA 1 Come si può definire la corrente elettrica facendo un paragone con un circuito idrico? La Corrente Elettrica (A) può essere capita considerandola come una corrente d’acqua: può cadere dall’alto e quindi possedere una energia potenziale, oppure può essere sospinta da una pompa. 2 Come si può definire la tensione elettrica facendo un paragone con un circuito circuito idrico? La Tensione Elettrica (V) posseduta da un generatore di corrente elettrica (batteria, alternatore) è di fatto una pompa elettrica elett che sospinge gli elettroni nel circuito elettrico. 3 Cosa provoca una resistenza in un circuito elettrico? La Resistenza Elettrica (Ω) Ω) ostacola il normale deflusso della corrente elettrica diminuendo la quantità quantit di carica in circolazione. lazione. La conseguenza è il riscaldamento della resistenza stessa. Inoltre la resistenza aumenta all’aumentare della temperatura in cui è immerso il circuito elettrico. 4 Calcolare il calore prodotto da una stufa elettrica, della potenza di 1 Kw, tenuta accesa 1 ora e mezza. Calcolare poi Intensità di corrente elettrica e resistenza sapendo che la tensione è pari a 220 V. Q(Joule) = Pe x tempo = 1000 x 5400 = 5.400.000 Joule = 5,4 MJ Pe = V x I ; I = Pe /V = 1000/220 = 4,54 A V = R x I ; R = V/I = 220/4,54= 48,4 Ω. 5 2 Calcolare la resistenza a 20°C di un conduttore in rame (ρcu = 0,02 Ω mm /m),, lungo 700m e con una sezione di 2 0,75mm , calcolare poi la resistenza dello stesso conduttore a 60°C. R = ρ l/S = 0,02 x 700/0,75 = 18,67 Ω 2 ρ 60 = ρ20 (1 + α Δt) t) = 0,02 (1 + 1/273 x 40) = 0,023 Ω mm /m R60° = 21,4 Ω 6 Un Amperometro ha i seguenti dati: RS = 10 Ω, RA = 50 Ω, IA = 2A.. Calcolare la corrente I misurata dall’Amperometro tramite i principi di Kirchhoff. I = IA + IS 7 IS RS - IA RA = 0 → IS = IA RA / RS = 10 A → Calcolare la superficie delle Armature di un Condensatore della capacità di 5 Farad, sapendo che l’isolante è di carta (ε ( r -12 = 3) e la distanza tra le armature è 1 mm (ε ( o = 8,85x10 F/m). -12 C = εr εo S/d → S = C d/ εr εo = 5 x 0,001/3 0,001/ x 8,85x10 8 I = 12A 6 2 = 188,3 x 10 m . Diodo, Led, Fotoresistenza : simboli e definizioni Il diodo è un componente elettronico a due terminali la cui funzione è quella di permettere il flusso di corrente elettrica in una direzione e di bloccarla nell’altra. nell’ Il diodo a giunzione p--n utilizza cristalli di silicio drogati con atomi di Boro e di Fosforo. Il led è un diodo formato da un sottile strato di materiale semiconduttore drogato. Quando viene sottoposto a tensione diretta nel diodo si produce energia luminosa di qualunque colore La fotoresistenza è un componente elettronico la cui resistenza è inversamente proporzionale alla quantità di luce che lo colpisce. Quindi più aumenta la luce e più aumenta la corrente che l’attraversa. Si usa negli interruttori crepuscolari. 9 Calcolare la forza elettro motrice indotta su di un avvolgimento elettrico lungo 100mm, immerso in un campo 2 magnetico di induzione B =0,5Wb/m che si muove alla velocità di 10m/s (numero delle spire n = 25 x 2). E = B x l x v x n = 0,5 x 0,1 x 10 x (25 x 2) = 25 volt. 10 Calcolare la forza che agisce su di un avvolgimento elettrico percorso dalla corrente di 5A 5A e lungo 200mm, il quale è 2 immerso in un campo magnetico di induzione B = 1 Wb/m (numero delle spire n =20). F = B x I x l x n = 1 x 5 x 0,2 x 20 = 20 N. 11 Una tensione alternata sinusoidale in un minuto compie 1000 cicli. Calcolare il suo periodo “T”, la sua frequenza “f” e la sua pulsazione “ω”. ω = 2 π n/60 = 2 x 3,14 x 1000/60 = 104,72 rad/s f = 1/T = n/60 = 1000/60 = 16,66 Hz T = 1/f = 0,06 s 12 Il Transistor NPN : simbolo e definizione Il transistor a giunzione bipolare è un componente elettronico che funziona come amplificatore o come interruttore ed è formato da semiconduttori drogati. In particolare nel tipo NPN in figura la corrente “alta” tra collettore ed emettitore passa soltanto se c’è una corrente “bassa” tra base e emettitore. 13 Disegnare lo schema elettrico del ponte di Graetz e spiegarne l’utilizzo Il ponte di Graetz serve a trasformare la corrente c alternata in corrente continua. E’ formato da 4 diodi collegati come nel disegno, al fine di far arrivare la corrente all’utilizzatore sempre nello stesso verso. verso Il condensatore in parallelo serve da filtro. 2 14 Un solenoide, posto nel vuoto, è formato da 100 spire, è lungo 100mm ed ha una sezione di 5cm ; calcolare il flusso magnetico generato al suo interno sapendo che è percorso da una corrente di 5 A. H = N I/l = 100 x 5/0,1 = 5000 A/m -6 -6 2 B = μ H = 1,257 x 10 x 5000 = 6285 x 10 Wb/m -6 -6 Φ = B S = 6285 x 10 x 0,0005 = 3,1425 x 10 . 15 Disegnare lo schema elettrico del “salvavita” e spiegarne il funzionamento. Il salvavita o interruttore differenziale fferenziale è formato da un toro dove sono avvolte 3 bobine: B1, B2, B3. B1 e B2 sono collegate a Fase e Neutro da un lato e all’utilizzatore dall’altro; mentre B3 è collegata all’elettrocalamita. Nel funzionamento “normale” i flussi generati da B1 e B2 si annullano perché uguali e contrari.. In caso di scarica le correnti in B1 e B2 e quindi i flussi sono diversi. Il flusso residuo nel toro genera in B3 per la legge di Faraday una F.e.m. indotta che fa scattare l’ elettrocalamita e quindi i due interruttori di linea. 16 Spiegare la differenza tra un alternatore ed una dinamo. La dinamo è un generatore di corrente continua; è formato da una o più spire (rotore) immerse in un campo magnetico (statore). Se le spire vengono messe in movimento da un albero, per la legge di Faraday (E = -Δφ/Δt), ai capi delle spire nasce una forza elettromotrice indotta (una tensione). L’alternatore è un generatore di corrente alternata; rispetto alla dinamo si inverte la situazione: sullo statore ci sono n spire, mentre sul rotore ci sono uno uno o più magneti. Ha il vantaggio rispetto alla dinamo di non avere parti striscianti. 17 disegnare un relè e spiegarne il funzionamento. Il relè è formato da una elettrocalamita (1) che, quando è percorsa da corrente elettrica, attrae a se l’ancora (2) che a sua volta ruota l’eccentrico (4); questo ruotando apre o chiude l’interruttore (6) che accende o spegne una o più lampade o altre apparecchiature elettriche. 18 trasformare il numero decimale “1000” prima in numero binario e poi in numero esadecimale. 1000 500 250 125 62 31 15 7 3 1 :2 :2 :2 :2 :2 :2 :2 :2 :2 :2 500 250 125 62 31 15 7 3 1 0 resto resto resto resto resto resto resto resto resto resto num. Binario 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 ↑ 8 E(=14) 3 num. Esadec. ↑ totale→ 19 Data l’equazione logica: X = (P1 + P2) · P3 NEG. 0 0 0 8 0 32 64 128 256 512 1000 , disegnare sia lo schema elettrico che lo schema logico. 20 Rifasamento : calcolare il condensatore necessario per “ rifasare” un impianto da 41° a 36,8° (dati: V=400volt; f=50Hz; Intensità della corrente elettrica a 41°=75A). Calcolo della componente induttiva dell’intensità: IL= I sen 41° = 75 sen 41° = 49,2A Calcolo della componente resistiva dell’intensità: IR= I cos 41° = 75 cos 41° = 56,6 A Per abbassare il valore della differenza di fase da 41° a 36,8° occorre inserire in parallelo al carico un condensatore che dia una IC tale che: ( IC - IL )/ IR = tan 36,8°. Sostituendo i valori noti si ha IC = 6,9 A. Sapendo poi che dalla legge di Ohm V = ZI = 1/wC x IC segue: C = 1/wV x IC = 6,9/314 x 400 = 55 μF.