Circuiti Elettrici Lineari Concetti Fondamentali
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1 Facoltà di Ingegneria Università degli studi di Pavia Corso di Laurea Triennale in Ingegneria Elettronica e Informatica Circuiti Elettrici Lineari Concetti Fondamentali Circuiti Elettrici Lineari a.a. 2017/18 Prof. Luca Perregrini Concetti fondamentali, pag. 1
2 Sommario Unità di misura Carica elettrica Corrente elettrica Tensione Potenza ed energia Elementi circuitali Circuiti Elettrici Lineari a.a. 2017/18 Prof. Luca Perregrini Concetti fondamentali, pag. 2
3 Unità di misura Necessità di un linguaggio comune Circuiti Elettrici Lineari a.a. 2017/18 Prof. Luca Perregrini Concetti fondamentali, pag. 3
4 Unità di misura Necessità di un linguaggio comune Definizione di uno standard: Sistema Internazionale (SI) definito dalla 11 a Conferenza Generale dei Pesi e delle Misure a Parigi nel 1960 Circuiti Elettrici Lineari a.a. 2017/18 Prof. Luca Perregrini Concetti fondamentali, pag. 4
5 Sistema Internazionale (SI) Grandezza Unità fondamentale Simbolo Lunghezza metro m Massa chilogrammo kg Tempo secondo s Corrente elettrica ampere A Temperatura assoluta kelvin K Intensità luminosa candela cd Fattore Prefisso Simbolo exa E peta P tera T 10 9 giga G 10 6 mega M 10 3 chilo k 10 2 etto h 10 deca da 10 1 deci d 10 2 centi c 10 3 milli m 10 6 micro µ 10 9 nano n pico p femto f atto a Circuiti Elettrici Lineari a.a. 2017/18 Prof. Luca Perregrini Concetti fondamentali, pag. 5
6 Sistema Internazionale (SI) Circuiti Elettrici Lineari a.a. 2017/18 Prof. Luca Perregrini Concetti fondamentali, pag. 6
7 Unità di misura Altri casi curiosi/drammatici: Circuiti Elettrici Lineari a.a. 2017/18 Prof. Luca Perregrini Concetti fondamentali, pag. 7
8 Unità di misura Qualunque risultato non accompagnato dall unità di misura può essere soggetto ad un errore di interpretazione Fanno ovviamente eccezione i numeri puri Lo 0 è l unico numero che non ha bisogno di unità di misura Circuiti Elettrici Lineari a.a. 2017/18 Prof. Luca Perregrini Concetti fondamentali, pag. 8
9 Carica elettrica La carica è una proprietà delle particelle che costituiscono la materia Legge di conservazione della carica La carica elettrica non si può creare né distruggere, ma solo trasferire La carica elettrica totale di un sistema isolato non può variare Si misura in coulomb (C) in onore di Charles-Augustin de Coulomb ( ) Circuiti Elettrici Lineari a.a. 2017/18 Prof. Luca Perregrini Concetti fondamentali, pag. 9
10 Carica elettrica Esistono sia particelle con carica positiva (protoni) che particelle con carica negativa (elettroni): carica dell elettrone: e = C carica del protone: e = C La quantizzazione della carica elettrica è stata dimostrata da Millikan nel Circuiti Elettrici Lineari a.a. 2017/18 Prof. Luca Perregrini Concetti fondamentali, pag. 10
11 Campo elettrico La presenza di cariche elettriche determina una perturbazione dello spazio circostante, denominata campo elettrico Circuiti Elettrici Lineari a.a. 2017/18 Prof. Luca Perregrini Concetti fondamentali, pag. 11
12 Campo elettrico Il campo elettrico esercita una forza sulle particelle cariche mettendole in movimento Circuiti Elettrici Lineari a.a. 2017/18 Prof. Luca Perregrini Concetti fondamentali, pag. 12
13 Corrente elettrica La corrente elettrica è dovuta al movimento ordinato delle cariche elettriche in presenza della forza esercitata da un campo elettrico i campo elettrico batteria Circuiti Elettrici Lineari a.a. 2017/18 Prof. Luca Perregrini Concetti fondamentali, pag. 13
14 Corrente elettrica La corrente elettrica è la velocità di variazione nel tempo della carica elettrica i = dq dt q = t t 0 i dt La corrente i si misura in ampere (A) in onore di André-Marie Ampère ( ) Circuiti Elettrici Lineari a.a. 2017/18 Prof. Luca Perregrini Concetti fondamentali, pag. 14
15 Corrente elettrica i = dq dt Se i non varia nel tempo corrente stazionaria o continua Se i varia nel tempo sinusoidalmente corrente alternata La corrente può anche variare arbitrariamente nel tempo Circuiti Elettrici Lineari a.a. 2017/18 Prof. Luca Perregrini Concetti fondamentali, pag. 15
16 Corrente elettrica Il verso di scorrimento della corrente è convenzionalmente preso come la direzione di movimento delle cariche positive 5 A 5 A Tale convenzione si deve a Benjamin Franklin ( ) Circuiti Elettrici Lineari a.a. 2017/18 Prof. Luca Perregrini Concetti fondamentali, pag. 16
17 Tensione La forza elettromotrice che compie il lavoro necessario a spostare le cariche (e quindi a creare una corrente) viene detta tensione o differenza di potenziale La tensione v ab fra due punti a e b di un circuito è l energia necessaria per spostare una carica unitaria da a a b Circuiti Elettrici Lineari a.a. 2017/18 Prof. Luca Perregrini Concetti fondamentali, pag. 17
18 Tensione v ab = dw dq w q energia in Joule (J) carica in Coulomb (C) La tensione v si misura in volt (V) in onore di Alessandro Volta ( ) 1 V = 1 J/C = 1 N m/c Circuiti Elettrici Lineari a.a. 2017/18 Prof. Luca Perregrini Concetti fondamentali, pag. 18
19 Tensione a v ab v ab = v ba b Circuiti Elettrici Lineari a.a. 2017/18 Prof. Luca Perregrini Concetti fondamentali, pag. 19
20 Tensione a a 9 V 9 V b b Fra i punti a e b vi è una caduta di tensione di 9 V oppure Fra i punti b ed a vi è un aumento di tensione di 9 V Circuiti Elettrici Lineari a.a. 2017/18 Prof. Luca Perregrini Concetti fondamentali, pag. 20
21 Potenza ed Energia L energia è la capacità di un corpo o di un sistema di compiere lavoro Principio di conservazione dell energia L energia non si può creare né distruggere, ma solo trasformare L energia totale di un sistema isolato non può variare Si misura in joule (J) in onore di James Prescott Joule ( ) Circuiti Elettrici Lineari a.a. 2017/18 Prof. Luca Perregrini Concetti fondamentali, pag. 21
22 Potenza ed Energia La potenza è la rapidità di assorbimento o emissione di energia nel tempo p = dw dt w t energia in Joule (J) tempo in secondi (s) Si misura in watt (W) in onore di James Watt ( ) Circuiti Elettrici Lineari a.a. 2017/18 Prof. Luca Perregrini Concetti fondamentali, pag. 22
23 Potenza ed Energia p = dw dt = dw dq dq dt = v i p = v i è la potenza istantanea assorbita o erogata da un elemento Segno della potenza? Circuiti Elettrici Lineari a.a. 2017/18 Prof. Luca Perregrini Concetti fondamentali, pag. 23
24 Convenzione degli utilizzatori i i v p = v i v p = v i p > 0 p < 0 potenza assorbita dall elemento potenza erogata dall elemento Circuiti Elettrici Lineari a.a. 2017/18 Prof. Luca Perregrini Concetti fondamentali, pag. 24
25 Convenzione degli utilizzatori Esempi: 3 A 3 A 3 A 3 A 4 V 4 V 4 V 4 V p = v i = 12 W L elemento assorbe 12 W p = v i = 12 W L elemento eroga 12 W Circuiti Elettrici Lineari a.a. 2017/18 Prof. Luca Perregrini Concetti fondamentali, pag. 25
26 Conservazione della potenza Dal principio di conservazione dell energia La somma algebrica delle potenze in ogni istante di tempo deve essere nulla: p = 0 (tutte le potenze sono calcolate secondo la convenzione degli utilizzatori) Circuiti Elettrici Lineari a.a. 2017/18 Prof. Luca Perregrini Concetti fondamentali, pag. 26
27 Energia elettrica L energia elettrica assorbita o erogata da un elemento dall istante t 0 all istante t è w = t t 0 p dt = t t 0 v i dt Le aziende produttrici di energia elettrica misurano l energia in wattore (Wh): 1 Wh = 1 W 1 h = 1 W 3600 s = 3600 J Circuiti Elettrici Lineari a.a. 2017/18 Prof. Luca Perregrini Concetti fondamentali, pag. 27
28 Elementi circuitali Elementi passivi assorbono energia (es. resistenze, condensatori, induttori) Elementi attivi erogano energia (es. generatori, batterie) Circuiti Elettrici Lineari a.a. 2017/18 Prof. Luca Perregrini Concetti fondamentali, pag. 28
29 Generatori ideali indipendenti Elementi attivi in grado di mantenere una tensione o una corrente specificata, indipendentemente dalle altre variabili del circuito v V i Generatori ideali di tensione Generatore ideale di corrente Circuiti Elettrici Lineari a.a. 2017/18 Prof. Luca Perregrini Concetti fondamentali, pag. 29
30 Generatori ideali dipendenti Elementi attivi la cui tensione o corrente è controllata da un altra tensione o corrente v i Generatore dipendente di tensione Generatore dipendente di corrente Circuiti Elettrici Lineari a.a. 2017/18 Prof. Luca Perregrini Concetti fondamentali, pag. 30
31 Generatori ideali dipendenti controllato in tensione controllato in corrente generatore di tensione v = a v c a è adimensionale v c i v = r i c c r ha le dimensioni di V/A generatore di corrente i = g v c g ha le dimensioni ai A/V v i c c i = b i c b è adimensionale Circuiti Elettrici Lineari a.a. 2017/18 Prof. Luca Perregrini Concetti fondamentali, pag. 31
32 Altri simboli adottati per i generatori v v i Circuiti Elettrici Lineari a.a. 2017/18 Prof. Luca Perregrini Concetti fondamentali, pag. 32
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