Diapositiva 1 - Università di Pavia

Dipartimento di Ingegneria Elettrica
www.unipv.it/electric/cad
Concetti
fondamentali
Corso di
Corso di
Teoria dei
dei Circuiti
Circuiti
Università degli Studi di Pavia
Facoltà di Ingegneria
GRANDEZZE FONDAMENTALI
Dipartimento di Ingegneria Elettrica
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¾Le cariche elettriche si possono riporre o estrarre
da un materiale (ad esempio per strofinamento),
ma la carica elettrica totale si conserva
¾Dal punto di vista elementare, la materia è un
aggregato di cariche elettriche che presentano
elettrizzazione positiva o negativa
La carica elettrica (q)
„
Concetti fondamentali
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¾Per muovere una carica da un punto ad un altro
occorre spendere energia e viceversa
¾La carica elettrica elementare è quella
dell’elettrone (che è una carica negativa), mentre
la carica convenzionale è quella positiva
|q| = 1.6 10-19 C
GRANDEZZE FONDAMENTALI
La carica elettrica (q)
„
Concetti fondamentali
GRANDEZZE FONDAMENTALI
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Energia elettrica: si può convertire bene
si può trasmettere bene
non si può accumulare bene
L’energia si può convertire da una forma all’altra
L’energia totale di un sistema si conserva
L’energia si presenta in diverse forme
(termica, meccanica, elettrica)
L’energia elettrica (e)
„
Concetti fondamentali
GRANDEZZE ELETTRICHE DERIVATE
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Corrente di
conduzione
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Le cariche si muovono
dentro mezzi conduttori
sotto l’azione di una
forza esterna
La corrente elettrica può essere di conduzione
(conduttori), oppure di spostamento (dielettrici):
occorrono cariche elettriche in moto.
L’intensità di corrente (i)
„
Concetti fondamentali
-q
+q
S
Δq
I=
Δt
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Δq = +2q - (-q) = 3q
Carica totale che
attraversa S in Δt
dq
istantanea i =
dt
Corrente media
n
+q
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„
GRANDEZZE ELETTRICHE DERIVATE
L’intensità di corrente (i)
Concetti fondamentali
conduttore
metallico
-
- - -
corrente i
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moto elettroni
Convenzionalmente, è preso come verso
positivo della corrente quello opposto al moto
delle cariche elettriche negative
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„
GRANDEZZE ELETTRICHE DERIVATE
L’intensità di corrente (i)
Concetti fondamentali
GRANDEZZE ELETTRICHE DERIVATE
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de
v=
dq
al limite
lavoro per unità di carica
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La tensione vab fra due punti a e b è l’energia
necessaria per spostare una carica unitaria da
b verso a
La tensione (v)
„
Concetti fondamentali
GRANDEZZE ELETTRICHE DERIVATE
variazione istantanea di energia
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fe: fattore estensivo, legato alla differenza di
una quantità tra due punti
fi: fattore intensivo, legato al movimento
attraverso un punto di una quantità che si
conserva
La potenza, in qualunque forma si trovi, si può
fattorizzare come p = fi·fe
de
p=
dt
La potenza elettrica (p)
„
Concetti fondamentali
GRANDEZZE ELETTRICHE DERIVATE
ΔT (differenza di
temperatura)
Δh (dislivello, prevalenza)
Q (calore)
G (portata)
TERMODINAMICA
IDRAULICA
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v (velocità)
F (forza)
MECCANICA
POTENZA ELETTRICA: p = i · v
fe
fi
Esempi:
La potenza elettrica (p)
„
Concetti fondamentali
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i=1A
Quando F = 2 10 -7 N
i
1m
i
1m
UNITÀ DI MISURA FONDAMENTALE
La corrente elettrica
„
Concetti fondamentali
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F
F
dq
da i =
dt
[C] = [A][s]
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de
da v =
dq
da p = v·i
[V] = [J]/[C]
[V] = [W]/[A] =
([W][s])/([A][s]) =
= [J]/[C]
La tensione elettrica: (V) volt
„
UNITÀ DI MISURA DERIVATE
La carica elettrica: (C) coulomb
Concetti fondamentali
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SISTEMI ELETTRICI
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CAMPI
fenomeni locali cioè azioni meccaniche sulle
strutture che portano cariche in quiete o in moto
- osservando da un punto di vista locale
CIRCUITI
blocchi che effettuano conversione, trasmissione
e utilizzazione di energia o informazione
- osservando da un punto di vista globale
Si possono descrivere ( modelli )
„
Concetti fondamentali
P
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Esso scambia
potenza elettrica p
attraverso una porta
caratterizzata da
due morsetti
E’ il più semplice sistema elettrico
visto globalmente ( scambi di potenza )
sistema a due morsetti
IL BIPOLO
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„
Concetti fondamentali
IL BIPOLO
P
Ai morsetti è possibile
definire e misurare p , v , i
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¾ definire il segno positivo per p , v , i
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¾ fissare uno dei due morsetti ( + = riferimento )
Occorre perciò definire una convenzione di
riferimento e cioè
p , v , i , sono grandezze scalari dotate di segno
„
Concetti fondamentali
V
i
P
+
V
i
Convenzione
degli
utilizzatori
P
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Nel considerare un bipolo bisogna sempre fare
riferimento ad una convenzione
+
Convenzione
dei
generatori
CONVENZIONI PER I BIPOLI
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Concetti fondamentali
Utilizzatore
Generatore
Generatori
p>0
Utilizzatori
Convenzione
Segno
potenza
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Utilizzatore
Generatore
p<0
COMPORTAMENTO ENERGETICO DEI BIPOLI
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„
Concetti fondamentali
A
+
A
VA
+
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i
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Esso non deve perturbare gli scambi di potenza
( vA =0; pA = i·vA =0)
+
Esso va inserito in
serie (cascata)
perché deve sentire la
corrente attraverso
MISURARE LA CORRENTE
Si fa con l’amperometro
(bipolo utilizzatore con la
convenzione degli
utilizzatori)
„
Concetti fondamentali
V
V
i
V
V
+
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Esso non deve perturbare gli scambi di potenza
( iV =0; pV = v·iV =0)
+
+
Esso va inserito in
parallelo (derivazione)
perché deve sentire la
tensione tra
MISURARE LA TENSIONE
Si fa con il voltmetro
(bipolo utilizzatore con
la convenzione degli
utilizzatori)
„
Concetti fondamentali
VV
e=
∫0
p dt
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La misura dell’energia si fa con il contatore
elettromeccanico a induzione
T
+
+
+
+
+
Wh
+
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W
+
Esso va inserito così
MISURARE LA POTENZA
Si fa con il wattmetro
(doppio bipolo utilizzatore
con la convenzione degli
utilizzatori)
„
Concetti fondamentali
+
-
analogico
(a indice)
emtech
+
-
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digitale
(a cifre)
Strumenti indicano un valore, ad esempio il
+
voltmetro
V
Regime stazionario
per diversi TIPI DI REGIME
DIVERSI TIPI DI STRUMENTI
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„
Concetti fondamentali
+
V
-
t
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Oscilloscopio a raggi
catodici ( CRO )
(= voltmetro registratore)
Strumenti registratori
( registrano una funzione, ad es. v(t))
Regime variabile
per diversi TIPI DI REGIME
DIVERSI TIPI DI STRUMENTI
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„
Concetti fondamentali
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¾classe ( massimo errore percentuale
relativo alla portata )
¾portata ( massima indicazione )
¾regime ( c.c., c.a., variabile )
CARATTERISTICHE DI UNO STRUMENTO
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„
Concetti fondamentali