Corso di Principi di ingegneria elettrica II

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1 Anno Accad. 2010/2011, II anno: Corso di Laurea in Ingegneria Elettrica Nuovo Ordinamento Corso di Principi di ingegneria elettrica II (prof. G. Rubinacci) Diario delle Lezioni (sono incluse anche le lezioni ed esercitazioni del modulo LABORATORIO DI CAMPI ELETTRICI E MAGNETICI) Materiale didattico di riferimento: Circuiti M. De Magistris e G. Miano, Circuiti, [DMM] Ulteriore materiale didattico è disponibile sul sito all indirizzo del corso Eventuali ulteriori riferimenti potranno essere dati durante lo svolgimento del corso 1. Materiale didattico di riferimento: Campi Appunti disponibili sul sito all indirizzo del corso [GR] Appunti del prof. Luciano De Menna disponibili sul sito [LDM] Eventuali ulteriori riferimenti potranno essere dati durante lo svolgimento del corso 1 Lezione n. 1 (16/03/11) 2h Circuiti dinamici.. Circuiti RLC del secondo ordine [DMM 7.1.2]. Continuità grandezze di stato [DMM 7.2.3] Lezione n. 2 (18/03/11) 2h Equazioni di stato e circuito resistivo associato [DMM 7.2.1] Proprietà energetiche, stabilità e soluzione di regime [DMM 7.1.3] Circuiti RLC ed LC. Esercizi Lezione n. 3 (21/03/11) 2h Equazioni di stato e circuito resistivo associato [DMM 7.2.1] Circuiti RC ed RL del secondo ordine [DMM 7.1.2, 7.2.2]. Esercizi 1 Si ritiene utile dare indicazione di alcuni testi per ulteriori approfondimenti e per gli esercizi [1] L.O. CHUA, C. DESOER, E. KUH, Circuiti lineari e non lineari, ed. Jackson, Milano, 1991 [2] L. DE MENNA Elettrotecnica ed. Pironti, Napoli 1998 [3] S. BOBBIO, Esercizi di Elettrotecnica, ed. CUEN, Napoli, 1995 [4] S. BOBBIO, L. DE MENNA, G. MIANO, L. VEROLINO Esercizi di Elettrotecnica, ed. CUEN, Napoli, 1998 [5] G. FABRICATORE, Esercizi di Elettrotecnica, ed. Liguori, Napoli, 1977 [6] S. BOBBIO - E. GATTI, Elettromagnetismo e Ottica, seconda edizione, Boringhieri. [7] G. SOMEDA, Elementi di elettrotecnica, Patron, Bologna, 1979 [8] F. BAROZZI - F. GASPARINI, Fondamenti di Elettrotecnica: Elettromagnetismo, Collezione di Elettrotecnica ed Elettronica, UTET, 1989 Diario delle Lezioni 1

2 Lezione n. 4 (23/03/11) 2h Introduzione al corso. Definizione di E e B [Intr. Parte I ]. Sorgenti elementari [Intr. Parte I 1.3] Equazioni di Maxwell in forma integrale nel vuoto [Intr. Parte II 2.1, 2.2, 2.5] Conservazione della carica [Intr. Parte II 2.3] Elettrostatica delle distribuzioni di carica Le equazioni del campo [Elettrostatica 8] Lezione n. 5 (25/03/11) 2 h Richiami sui sistemi di coordinate curvilinee: Il sistema di coordinate sferico e cilindrico Elettrostatica delle distribuzioni di carica Distribuzioni di carica a simmetria sferica, [Elettrostatica 8], Lezione n. 6 (28/03/11) 2h Distribuzioni di carica a simmetria cilindrica e piana [Elettrostatica 8], Le sorgenti elementari del campo elettromagnetico. Sorgenti puntiformi e filiformi. [Intr. Parte I ] Condizioni di raccordo per il campo elettrico [Intr. Parte II, 2.6.2] Lezione n. 7 (30/03/11) 2h Tensione e differenza di potenziale. L operatore gradiente. [Elettrostatica 8] Esempi di calcolo del potenziale in condizioni di simmetria sferica. Elettrostatica dei conduttori. Capacità di un conduttore isolato [Elettrostatica 9] Lezione n. 8 (1/04/11) 2h Elettrostatica dei conduttori. Capacità di un conduttore isolato Il caso di più conduttori. Capacità parziali. Schematizzazioni circuitali. [Elettrostatica 9]. Gli operatori divergenza e rotore. Le equazioni dell elettrostatica in forma locale nel vuoto [Intr. Parte II 2.6] Lezione n. 9 (4/04/11) 2h Equazione di Laplace. Cenni sulle proprietà delle funzioni armoniche. Unicità della soluzione con condizioni al contorno di Dirichlet. (Dal testo di Fisica II). Il condensatore piano [Elettrostatica 9]. Lezione n. 10 (6/04/11) 2h Esempi di calcolo di capacità e capacità parziali: il condensatore cilindrico; il condensatore sferico; il caso delle due sfere [Elettrostatica 9]. Lezione n. 11 (8/04/11) 2h Esempi di calcolo di capacità e capacità parziali: la linea bifilare [Elettrostatica 9]. Cenni sul principio delle immagini (Dal testo di Fisica II) Cenni sui dielettrici [Elettrostatica 10 Intr. parte II 2.6.2]. Diario delle Lezioni 2

3 Lezione n. 12 (11/04/11) 2h Cenni sui dielettrici Condensatori a due dielettrici [Elettrostatica 10]. I materiali conduttori [Intr. parte II 2.6., integrazioni sul modello della conduzione dei metalli dal testo di Fisica II] Il modello della conduzione stazionaria Le equazioni del campo. Le condizioni di raccordo. [Cond. Stazionaria 11]. Lezione n. 13 (13/04/11) 2.5h Laboratorio di Campi Elettrici e Magnetici: Esercitazione di laboratorio sul condensatore ed i materiali dielettrici Lezione n. 14 (15/04/11) 2h Laboratorio di Campi Elettrici e Magnetici: Introduzione all uso del PDE tool di Matlab in aula informatica. Calcolo della capacità di configurazioni semplici di conduttori [trasparenze disponibili sul sito] Lezione n. 15 (18/04/11) 2h Il modello della conduzione stazionaria Generatore di forza elettromotrice. Resistori monodimensionali: il conduttore filiforme Il circuito semplice. [Cond. Stazionaria 11]. Lezione n. 16 (19/04/11) 2h Potenza assorbita da un conduttore massiccio. Resistenza di un conduttore massiccio. Il dispersore sferico. Resistenza di terra. Diagramma del potenziale in prossimità di un dispersore sferico. [Cond. Stazionaria 11]. Lezione n. 17 (20/04/11) 2h Esercizio sul dimensionamento dei conduttori con il criterio termico (Appunti sul sito) Introduzione al modello della magnetostatica. Le equazioni del campo: densità di corrente superficiale e condizioni di raccordo. [Magnetismo 12, Intr. parte II ] Il campo in assenza di sorgenti ed il problema dell unicità.. Magnetostatica delle distribuzioni di corrente. Distribuzioni di correnti a simmetria cilindrica.[magnetismo 12] Lezione n.18 (2/05/11) 2h Magnetostatica delle distribuzioni di corrente. Distribuzioni di correnti a simmetria piana. La spira circolare, il solenoide toroidale, il solenoide rettilineo indefinito. [Magnetismo 12]. Lezione n. 19 (3/05/11) 2h Laboratorio di Campi Elettrici e Magnetici: Esercitazione con uso del PDE tool di Matlab in aula informatica. Calcolo della resistenza di configurazioni semplici di conduttori non filiformi [trasparenze disponibili sul sito] Diario delle Lezioni 3

4 Lezione n.20 (4/05/11) 2.5h Laboratorio di Campi Elettrici e Magnetici: Conduzione stazionaria; rilevazione diagrammi di potenziale in conduttori. Misura della corrente. Lezione n. 21 (9/05/11) 2h Cenni sul potenziale vettore magnetico. Unicità e gauge di Coulomb. Legge di Biot Savart per il calcolo del potenziale vettore magnetico e del campo d induzione magnetica. Applicazione della legge di Biot Savart:.il campo d induzione magnetica al centro di una spira circolare [dal testo di Fisica II]. Flusso concatenato con una linea chiusa. Coefficienti di auto e mutua induzione. Calcolo dei coefficienti utilizzando il potenziale vettore. [dal testo di Fisica II e Magnetismo 12]. Accoppiamento magnetico tra due circuiti.. [Magnetismo 12].. Lezione n. 22 (10/05/11) 2h Energia magnetica espressa in termini di potenziale vettore e di campo. [dal testo di Fisica II]. Coefficienti di auto e mutua induzione. Energia magnetica e coefficienti di auto e mutua induzione. [Magnetismo 12]. Autoinduttanza di un avvolgimento toroidale. Lezione n. 23 (11/05/11) 2h Esercizi: autoinduttanza per unità di lunghezza di un solenoide Autoinduttanze e mutua induttanza di due avvolgimenti toroidali. Induttanza per unità di lunghezza di un cavo coassiale. Induttanza per unità di lunghezza di una linea bifilare. [Magnetismo 12]. Lezione n. 24 (16/05/11) 2h Ancora sull induttanza per unità di lunghezza di un cavo coassiale.[magnetismo 12]. Cenni sui materiali magnetici: magnetizzazione, relazioni costitutive Materiali diamagnetici, paramagnetici, ferromagnetici, [Intr. parte II 2.6.3] Lezione n. 25 (17/05/11) 2h Laboratorio di Campi Elettrici e Magnetici: Esercitazione con il PDE tool di Matlab in aula informatica. Calcolo del campo d induzione magnetica e dei coefficienti di auto e mutua induzione [trasparenze disponibili sul sito] Lezione n. 26 (18/05/11) 3h Laboratorio di Campi Elettrici e Magnetici: Esercitazione di laboratorio sulla magnetostatica nel vuoto; coefficienti di auto e mutua induzione Lezione n. 27 (23/05/11) 2h Ciclo d isteresi. Circuito per la misura del ciclo d isteresi. Energia magnetica e ciclo d isteresi [Magnetismo -13] Diario delle Lezioni 4

5 Lezione n. 28 (24/05/11) 2h Circuiti magnetici. Tensione magnetica, forza magnetomotrice, legge di Hopkinson. [Magnetismo -13]. Analogia tra circuiti elettrici e circuiti magnetici. Esercizi: calcolo dei coefficienti di auto e mutua induzione in presenza di un circuito magnetico. [Magnetismo 14]. Circuito magnetico semplice non lineare. [Magnetismo 14]. Lezione n. 29 (25/05/11) 2h Circuito magnetico semplice non lineare. [Magnetismo 14]. Circuito magnetico con magnete permanente [Magnetismo 14]. Lezione n. 30 (30/05/11) 2h Circuiti elettrici e teorema di Poynting. L approssimazione del bipolo. [Circuiti elettrici e teorema di Poynting] Lezione n. 31 (31/05/11) 2h Forze associate alla presenza del campo magnetico. Forza tra due fili rettilinei percorsi da corrente. Forza esercitata da un elettromagnete [Cenni sul campo magnetico quasistazionario 15] Lezione n. 32 (1/06/11) 2h Forze e coppie associate alla presenza del campo magnetico. Coppia tra due spire percorse da correnti [Cenni sul campo magnetico quasi-stazionario 15].. La legge dell induzione con alcuni cenni alle correnti indotte in un conduttore massiccio. Perdite per correnti parassite [Cenni sul campo magnetico quasi-stazionario 17]. Lezione n. 33 (6/06/11) 2h Laboratorio di Campi Elettrici e Magnetici: Esercitazione con il PDE tool di Matlab in aula informatica. Calcolo del campo d induzione magnetica e dei coefficienti di auto e mutua induzione in presenza di ferro. Lezione n. 34 (7/06/11) 2h La legge dell induzione nei circuiti in movimento. Cenni sulla conversione elettromeccanica [Cenni sul campo magnetico quasi-stazionario 16] Lezione n. 35 (8/06/11) 2.5h Laboratorio di Campi Elettrici e Magnetici: Esercitazione in laboratorio. Ciclo d isteresi coefficienti di auto e mutua induzione in presenza di nuclei in ferro. La legge dell induzione Diario delle Lezioni 5