Libri di testo adottati: Elettrotecnica generale HOEPLI di

Libri di testo adottati: Elettrotecnica generale HOEPLI di Gaetano Conte.
Obiettivi generali.
L’insegnamento di Elettrotecnica, formativo del profilo professionale e propedeutico, deve
fornire agli allievi essenziali strumenti di interpretazione e valutazione dei fenomeni
elettrici, elettromagnetici ed elettromeccanici e buona capacità di analisi di circuiti,
apparecchi e macchine.
Per la classe terza al termine del corso l’allievo deve:
• conoscere le reti resistive in corrente continua;
• conoscere i principali metodi di risoluzione delle reti elettriche resistive in corrente
continua;
• saper risolvere e saper analizzare reti elettriche in corrente continua;
• saper eseguire il bilancio energetico di una rete elettrica in corrente continua;
• conoscere le reti capacitive in corrente continua;
• conoscere e saper applicare le principali leggi dell’elettrostatica;
• saper risolvere e sapere analizzare una rete capacitiva;
• conoscere le grandezze magnetiche e i loro legami;
• saper risolvere e saper analizzare un circuito magnetico;
• conoscere e saper applicare le principali leggi dell’elettromagnetismo;
• conoscere le reti elettriche in corrente alternata monofase;
• conoscere e saper utilizzare i principali metodi di risoluzione delle reti elettriche in
corrente alternata monofase;
• saper eseguire il bilancio energetico di una rete elettrica in corrente alternata monofase;
• saper analizzare e saper risolvere reti elettriche in corrente alternata monofase;
• conoscere e saper eseguire i principali metodi di misura in corrente alternata monofase;
• conoscere e saper eseguire le principali prove da effettuare sulle reti in corrente
continua e in corrente alternata monofase;
• saper redigere relazioni tecniche relative alle prove di laboratorio eseguite.
Scheda di progettazione generale
UFC
1.
1. Grandezze elettriche fondamentali
2.
e loro legami
3.
1.
2. Analisi delle reti elettriche a regime
2.
stazionario in corrente continua
1.
2.
3.
1.
4. Elettromagnetismo, circuiti
2.
magnetici
3.
4.
5. Analisi delle reti elettriche lineari in 5.
6.
corrente alternata monofase
7.
3. Reti elettriche capacitive
Area di progetto
UNITÀ DIDATTICHE
Grandezze elettriche;
la potenza elettrica;
misure elettriche e laboratorio.
Metodi di risoluzione delle reti elettriche;
misure elettriche e laboratorio.
Reti capacitive a regime costante;
fenomeni transitori nei circuiti capacitivi;
misure elettriche e laboratorio.
Grandezze magnetiche e loro legami, circuiti magnetici;
interazione tra circuiti elettrici e campi magnetici;
misure elettriche e laboratorio
Concetti introduttivi ;
circuiti in corrente alternata monofase;
potenza nei circuiti in corrente alternata monofase;
misure elettriche e laboratorio.
Energia rinnovabile e costruzione di modellini da laboratorio.
UFC 1 Grandezze elettriche fondamentali e loro legami.
1. Grandezze elettriche
Struttura della materia.
La legge di Coulomb.
Tensione elettrica.
Forza elettromotrice.
Corrente elettrica.
Convenzione sulla corrente e sui potenziali.
Convenzione di segno degli utilizzatori e dei generatori.
Legge di Ohm e sua rappresentazione grafica.
Resistività dei materiali, influenza della temperatura, calcolo della resistenza.
Generalizzazione della legge di ohm.
Principi di Kirchhoff.
Raggruppamento in serie e in parallelo di più resistenze.
Trasformazione stella-triangolo e viceversa.
Reti serie-parallelo.
2. La potenza elettrica.
Energia, lavoro e potenza.
Potenza elettrica.
Legge di Joule.
Bilancio energetico nei circuiti, rendimento.
3. Misure elettriche e laboratorio
Sistema internazionale delle unità di misura.
Concetto di misura.
Errori di misura.
Errore nella misura indiretta di una grandezza.
Principali cause di errore.
Strumenti analogici e digitali.
Caratteristiche degli strumenti di misura.
Misura della corrente, amperometri.
Misura della tensione, voltometri.
Strumenti magneto-elettrici.
Strumenti elettromagnetici.
Metodo volt-ampermetrico
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Conoscenze (sapere)
conoscere le varie grandezze elettriche e scrivere correttamente
i loro valori, utilizzando le unità di misura appropriate;
conoscere i concetti di tensione, f.e.m., corrente, potenza ed energia elettrica;
conoscere i legami tra le varie grandezze elettriche;
conoscere la legge di Ohm e la legge di Ohm generalizzata;
conoscere le strutture fondamentali delle reti elettriche:nodi, rami, maglie;
conoscere i principi di Kirchhoff
Competenze (saper fare)
• calcolare la potenza dissipata su un resistore e la quantità di energia elettrica
impegnata su di esso
• saper analizzare, classificare e determinare le caratteristiche
di un bipolo elettrico secondo i vari modelli proposti;
• riconoscere elementi connessi in serie, in parallelo a stella e a triangolo;
• saper ridurre al bipolo equivalente un insieme di bipoli variamente collegati fra loro
(limitatamente al caso dei resistori);
• saper risolvere un circuito elettrico con una o più fonti di alimentazione
• saper misurare alcune grandezze elettriche (tensione, corrente, potenza, resistenza),
scegliendo in modo appropriato gli strumenti di misura;
• saper valutare i risultati di una misura e gli errori commessi;
• saper redigere relazioni tecniche relative alle prove eseguite.
• saper valutare i risultati di una misura e gli errori commessi.
Capacità (saper essere) per tutte le UFC:
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Capacità di orientamento di fronte a problemi nuovi.
Interpretare nella loro globalità le problematiche dell’area tecnologica.
Capacità di comprendere documenti tecnici vari.
Capacità di esprimere giudizi sia qualitativi sia quantitativi.
Utilizzare gli strumenti matematici per risolvere reti elettriche.
UFC 2: Analisi delle reti elettriche a regime stazionario in corrente continua.
4. Metodi di risoluzione delle reti elettriche.
Reti elettriche come reti di bipoli.
Partitori di tensione e di corrente.
Analisi delle reti mediante i principi di kirchhoff.
Bilancio delle potenze in una rete elettrica.
Teorema di Millman.
Metodo di sovrapposizione degli effetti.
Teorema di Thevenin.
Teorema di Norton.
Principio di dualità.
Bipoli anomali.
Risoluzione del punto di lavoro per reti lineari e non lineari con il metodo
grafico.
5. Misure elettriche e laboratorio.
Wattmetro.
Galvanometro
Ponte di Wheastone.
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Conoscenze (sapere)
conoscere i principi di Kirchhoff e di sovrapposizione degli effetti
conoscere le procedure di risoluzione di reti a una e a più maglie, i metodi di
semplificazione delle reti, i teoremi di Thevenin e di Norton, il teorema di Millman
conoscere la funzione di un partitore di tensione e di un derivatore di corrente
conoscere i principali metodi di risoluzione di una rete elettrica lineare;
Competenze (saper fare)
saper risolvere un circuito elettrico con più maglie
semplificare una rete in una equivalente
saper risolvere completamente una rete, ricavando le grandezze elettriche di tutti i lati,
usando il metodo di risoluzione indicato;
saper risolvere completamente una rete scegliendo autonomamente il metodo di
risoluzione più appropriato;
• saper risolvere parzialmente una rete, calcolando le grandezze elettriche richieste dalle
specifiche del problema;
• saper risolvere semplici reti non lineari funzionanti in corrente continua;
• saper analizzare il comportamento dei bipoli costituenti la rete e saper eseguire il
bilancio energetico della stessa;
• essere in grado di verificare sperimentalmente i metodi di risoluzione studiati.
• saper valutare i risultati di una misura e gli errori commessi;
• saper redigere relazioni tecniche relative alle prove eseguite.
• saper utilizzare una struttura a ponte per la misura di una resistenza.
UFC 3 Reti elettriche capacitive.
6. Reti capacitive a regime costante.
Campo elettrico.
Fenomeno dell’induzione elettrostatica.
Polarizzazione nei dielettrici.
Condensatori
elettrici.
Capacità di un condensatore piano.
La rigidità dielettrica.
Energia elettrostatica.
Condensatori in serie.
Condensatori pluristrato.
Condensatori in parallelo.
Analogie tra le reti elettriche capacitive e quelle resistive;
Partitori di tensione capacitivi.
Partitori di carica.
Teorema di Mllman e principi di Kirchhoff per le reti capacitive a regime costante.
Risoluzione di semplici reti resistive e capacitive a regime costante.
7. Fenomeni transitori nei circuiti capacitivi.
Transitorio di carica di un condensatore.
Transitorio di scarica di un condensatore.
8. Misure elettriche.
Oscilloscopio.
Misure con l’oscilloscopio
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Conoscenze (sapere)
conoscere il bipolo condensatore elettrico e il suo comportamento circuitale;
conoscere le leggi relative alle reti capacitive a regime costante;
conoscere le procedure di risoluzione di reti con condensatori a una e a più maglie e i
metodi di semplificazione delle reti stesse a regime costante;
conoscere i concetti di rigidità dielettrica e di energia elettrostatica;
conoscere i fenomeni che avvengono in una rete capacitiva durante il periodo transitorio
di carica e di scarica di un condensatore.
Competenze (saper fare)
Saper risolvere completamente una rete capacitiva scegliendo autonomamente il
metodo di risoluzione più appropriato;
• saper risolvere parzialmente una rete con condensatori, calcolando le grandezze
•
elettriche richieste dalle specifiche del problema;
• essere in grado di verificare sperimentalmente l’evoluzione delle grandezze elettriche
durante il periodo transitorio.
• saper valutare i risultati di una misura e gli errori commessi;
• saper redigere relazioni tecniche relative alle prove eseguite.
UFC 4: Elettromagnetismo, circuiti magnetici.
9. Grandezze magnetiche e loro legami, circuiti magnetici.
Fenomeni magnetici.
Campi magnetici prodotti da corrente elettrica.
Campo magnetico prodotto da un conduttore rettilineo.
Campo magnetico prodotto da un solenoide.
Induzione magnetica.
Flusso magnetico.
Circuiti magnetici.
Forza magneto-motrice e riluttanza.
Legge della circuitazione magnetica.
Legge di Hopkinson.
Energia del campo magnetico.
Analogia tra circuito elettrico e magnetico.
Circuiti magnetici.
Risoluzione di circuiti magnetici a singola maglia e multimaglia.
Curve di magnetizzazione del ferro.
Isteresi magnetica e perdite.
10.Interazione tra circuiti elettrici e campi magnetici
Fenomeno dell’induzione elettromagnetica.
Legge di Faraday-Neumann-Lenz.
Perdite nel ferro.
Fenomeni di autoinduzione e induttanza.
Risoluzione con i metodi studiati in corrente continua di reti in corrente alternata.
Transitorio di apertura e chiusura di un circuito induttivo.
Fenomeni di mutua induzione.
Principio di funzionamento del trasformatore.
F.em. indotta nei conduttori in movimento in un campo magnetico.
Forze elettromagnetiche
Forze elettrodinamiche.
Principio di funzionamento dei motori e dei generatori elettrici.
11.Misure elettriche e laboratorio.
Principio di funzionamento e caratteristiche degli strumenti magnetoelettrici.
Principio di funzionamento e caratteristiche degli strumenti elettromagnetici.
Principio di funzionamento e caratteristiche degli strumenti elettrodinamici.
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Conoscenze (sapere)
conoscere i fenomeni magnetici fondamentali
conoscere le grandezze magnetiche e i loro legami;
conoscere il comportamento e le proprietà magnetiche dei materiali
conoscere i componenti fondamentali dei circuiti magnetici
conoscere le leggi e le procedure utilizzate per la risoluzione dei circuiti magnetici
conoscere le principali leggi dell’elettromagnetismo
• conoscere il bipolo induttore e il suo comportamento circuitale;
• conoscere i fenomeni che avvengono durante il periodo transitorio di magnetizzazione e
smagnetizzazione di un induttore
• conoscere il principio di funzionamento e le principali caratteristiche di alcuni strumenti
di misura, in relazione ai fenomeni elettromagnetici su cui si basano.
• Conoscere le forze elettromagnetiche ed elettrodinamiche
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Competenze (saper fare)
Riconoscere e determinare le caratteristiche magntetiche di un materiale dall’analisi
della curva di isteresi
saper risolvere un circuito magnetico a singola maglia;
saper risolvere un circuito magnetico multimaglia;
saper associare leggi dell’elettromagnetismo ai relativi fenomeni;
saper applicare la legge di Faraday-Neumann-Felici-Lenz;
essere in grado di verificare sperimentalmente il ciclo d’isteresi magnetica.
saper valutare i risultati di una misura e gli errori commessi;
saper redigere relazioni tecniche relative alle prove eseguite.
Saper associare l’interazione tra circuiti elettrici e campi magnetici ai realativi fenomeni
UFC 5 Analisi delle reti elettriche lineari in corrente alternata monofase.
12.Concetti introduttivi.
Grandezze periodiche e alternate.
Grandezze sinusoidali.
Periodo, frequenza, pulsazione.
Valore medio, massimo, efficace.
Fattore di cresta e di forma.
Significato energetico del valore efficace.
Corrispondenza tra sinusoidi, vettori rotanti e numeri complessi.
Correnti alternate e loro rappresentazione.
Fase e relazione di fase fra più grandezze isofrequenziali.
13.Circuiti in corrente alternata monofase.
Impedenza e ammettenza.
Circuiti puramente ohmico, induttivo, capacitivo.
Circuiti R-L.
Circuiti R-C.
Circuiti C-L.
Circuiti R-L-C e risonanza.
14.Analisi delle reti in corrente alternata monofase, potenza.
Impedenze in serie e in parallelo.
Trasformazione triangolo-stella e viceversa.
Analogie fra corrente continua e corrente alternata.
Tempi: Aprile-Maggio
15.Potenza nei circuiti in corrente alternata monofase.
Potenza istantanea.
Potenza attiva, reattiva e apparente
Fattore di potenza.
Biliancio energetico.
Teorema di Boucherot. Rifasamento di reti monofase
Conoscenze (sapere)
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conoscere le caratteristiche delle grandezze periodiche, alternate e sinusoidali;
conoscere il comportamento elettrico dei bipoli fondamentali;
conoscere il fenomeno della risonanza;
conoscere il comportamento di una rete R-L-C
conoscere il significato di potenza attiva, reattiva e apparente;
Conoscere il bilancio energetico
Conoscere i principali metodi di misura in corrente alternata monofase.
Competenze (saper fare)
• Saper calcolare le caratteristiche delle grandezze periodiche per forme d’onda
sinusoidali;
• saper associare a una grandezza sinusoidale un vettore e un numero complesso;
• saper calcolare le varie grandezze sinusoidali mediante il calcolo simbolico, esprimendo
i numeri complessi sia in forma algebrica sia polare;
• saper risolvere reti di media complessità in corrente alternata monofase, applicando i
vari metodi di risoluzione delle reti lineari;
• saper calcolare il fattore di potenza di un carico elettrico
• saper disegnare il diagramma vettoriale di un circuito;
• saper risolvere reti in corrente alternata monofase con il metodo grafico-analitico
• saper risolvere reti in corrente alternata monofase mediante il metodo del bilancio
energetico
• saper effettuare, in laboratorio, misure di impedenza e di potenza in corrente alternata
monofase.
UFC 6. Misure elettriche e laboratorio.
16.Esperienze di laboratorio.
1) Verifica sperimentale della legge di Ohm e rilievo della caratteristica V-A.
2) Misura di resistenza con il metodo volt-amperometrico con voltmetro a valle e
determinazione degli errori di misura.
3) Misura di resistenza con il metodo volt-amperometrico con voltmetro a monte e
determinazione degli errori di misura.
4) Misura di resistenza mediante il ponte di Wheastone e determinazione degli errori di
misura.
5) Misure di potenza in corrente continua con il metodo volt-amperometrico.
6) Misura diretta della potenza in corrente continua con il wattmetro.
7) Rilievo sperimentale del transitorio di carica e scarica di un condensatore
8) Rilievo sperimentali di grandezze sinusoidali mediante oscilloscopio.
9) Misura delle potenze in reti monofasi.
10) Misura di impedenza con il metodo industriale.
Conoscenze (sapere)
• conoscere il principio di funzionamento e le principali caratteristiche di alcuni strumenti
di misura;
• conoscere strumenti e metodi di misura di grandezze elettriche;
• conoscere il principio di funzionamento e le caratteristiche degli strumenti
magnetoelettrici, elettromagnetici, elettrodinamici.
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Competenze (saper fare)
Saper utilizzare strumenti e metodi di misura di grandezze elettriche;
saper eseguire delle misure elettriche e saper redigere relazioni tecniche relative alle
prove eseguite.
saper misurare alcune grandezze elettriche (tensione, corrente, potenza, resistenza),
scegliendo in modo appropriato gli strumenti di misura;
saper valutare i risultati di una misura e gli errori commessi;
saper redigere relazioni tecniche relative alle prove eseguite.