PROGRAMMA DISCIPLINARE SVOLTO a. s / 2016 DOCENTE STRADA COSIMO. CLASSE _3EB_ DISCIPLINA ELETTROTECNICA_ed_ELETTRONICA

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1 PROGRAMMA DISCIPLINARE SVOLTO a. s / 2016 DOCENTE STRADA COSIMO CLASSE _3EB_ DISCIPLINA ELETTROTECNICA_ed_ELETTRONICA MACROARGOMENTI che sono stati trattate nel corso del corrente anno scolastico (in riferimento a quanto deliberato nell area disciplinare). N.B. il programma è pubblico ad uso degli studenti e delle famiglie. Circuiti in corrente continua Cenni sulla struttura della materia; Legge di Coulomb. Costante dielettrica. Proprietà del campo elettrico e linee di forza. Potenziale, tensione e corrente elettrica. La potenza elettrica. Bipoli. Convezione degli utilizzatori e dei generatori. La resistenza. Legge di Ohm. Forma d onda e caratteristica V-I di un resistore lineare e non lineare. Resistività, conducibilità e determinazione del valore di resistenza dal materiale e dalla geometria del resistore. Dipendenza della resistenza dalla temperatura. Legge di Joule. Nodo e maglia in un circuito. Primo e secondo principio di Kirchhoff. Circuiti equivalenti ai morsetti. Resistenze in serie ed in parallelo. Risoluzione delle reti elettriche lineari in corrente continua Analisi di un circuito con il metodo delle leggi di Kirchhoff. Principio di sovrapposizione degli effetti. Analisi di un circuito con il metodo delle correnti di maglia. Teorema di Thevenin e di Norton. Analisi di un circuito con il metodo dei potenziali di nodo. Teorema di Milmann. Potenze nei circuiti in continua Definizione di macchina, di potenza assorbita, di potenza resa, di potenza persa e di rendimento. Modelli circuitali di un generatore reale in DC. Rendimento massimo e condizione per averlo in un circuito in DC. Elettrostatica Prodotto scalare tra due vettori. Flusso elettrico. Teorema di Gauss. Proprietà di un corpo conduttore e sue applicazioni. Condensatore ideale. Capacità di un condensatore piano. Condensatori in serie ed in parallelo. Energia immagazzinata in un condensatore. Carica e scarica di un condensatore in un circuito RC. Elettromagnetismo Prodotto vettoriale tra due vettori; Campo magnetico e campo di induzione magnetico; Forza di Lorenz; Legge di Biot e Savart; Campo H e B al centro di una spira e sull asse di un solenoide; Legge di Laplace; Rotazione di una spira di corrente immersa in una regione di campo magnetico; Azione elettrodinamica tra due fili di corrente; Legge di circuitazione del campo H; Flusso magnetico; Legge di Faraday e legge di Lenz; Deformazione delle linee di flusso tra due mezzi a permeabilità magnetica diversa; Flusso autoconcatenato ed induttanza; Induttanza del solenoide; Energia immagazzinata in un induttore; Induttori in serie ed in parallelo; Carica e scarica di un induttore in un circuito RL. Circuiti magnetici Classificazione dei materiali in base alle loro proprietà magnetiche. Le proprietà dei materiali diamagnetici, paramagnetici e ferromagnetici. Ciclo di isteresi. Materiali ferromagnetici dolci e duri. Legge di Hopkinson. Analogia magneto elettrica. Prima e seconda legge di Kirchhoff per i circuiti magnetici. Pagina 1 di 10

2 Circuiti in corrente alternata monofase Grandezze periodiche, alternate ed alternate sinusoidali. Fattore di forma e fattore di cresta di una grandezza periodica. Periodo, frequenza, pulsazione, valore medio e valore efficace di una grandezza alternata sinusoidale. Fasori, impedenza, ammettenza e calcolo simbolico. Resistenza, reattanza, conduttanza e suscettanza di un bipolo in alternata sinusoidale. Impedenza ed ammettenza di un resistore, condensatore ed induttore ideale. Diagrammi vettoriali. Analogia tra circuiti DC ed AC. Principio di sovrapposizione degli effetti, teorema di Thevenin, Norton e di Milmann, metodo delle correnti di maglia e dei potenziali di nodo per circuiti in AC. Potenza istantanea, attiva, reattiva, apparente e complessa in circuito in AC. Teorema di BOUCHEROT. Il problema del rifasamento. Modelli circuitali di un generatore reale in AC. Rendimento massimo e condizione per averlo in un circuito in AC. Effetto di prossimità ed effetto pelle. CENNI SULLA STRUTTURA DELLA MATERIA Modello di Bor dell atomo. Principio di indeterminazione di Heisemberg. Orbitali e numeri quantici. Principio di esclusione di Pauli. Banda di valenza, banda proibita e banda di conduzione nei materiali a struttura cristallina. Caratteristiche elettriche dei materiali isolanti, semiconduttori e conduttori. IL DIODO Caratteristiche dei semiconduttori intrinseci e drogati di tipo n e di tipo p.legge dell azione di massa. Giunzione pn. Polarizzazione diretta ed inversa di una giunzione pn. Effetto Zener ed effetto scarica a valanga. Caratteristica tensione corrente di un diodo. Modelli circuitali di un diodo. Cenni sul diodo Schottky, varicap, zener, tunnel, led e fotodiodo. Esempi di applicazioni dei diodi: raddrizzatore ad una semionda ed a doppia semionda, ponte di Graetz, rilevatori di inviluppo, circuiti limitatori, porte logiche a diodi, duplicatore di tensione. Lo stabilizzatore di tensione. IL TRANSISTOR BJT Struttura, principio di funzionamento e simbolo del BJT. BJT a base comune ed ad emettitore comune. Caratteristica d'ingresso e d'uscita del BJT ad emettitore comune. BJT ad emettitore comune in interdizione, in saturazione ed in zona attiva. Metodo grafico ed analitico per la determinazione del punto di lavoro a riposo di un BJT. Circuito di polarizzazione fissa. Stabilizzazione del punto di lavoro a riposo con la temperatura. Circuito di autopolarizzazione di un BJT in CE. BJT come amplificatore per piccoli segnali in basse frequenze. Circuito completo di uno stadio di amplificazione ad emettitore comune. Modello a parametri ibridi del BJT. Amplificazioni di corrente e di tensione, resistenze di ingresso e di uscita di uno stadio di amplificazione in CE. Bergamo, lì 05 / 06 /2016 Il Docente (STRADA COSIMO) Gli studenti _DELLA TORRE CRISTIAN RAVASIO ANDREA Pagina 2 di 10

3 PER LO STUDIO ESTIVO Ripetere i capitoli : Circuiti in corrente continua, Risoluzione delle reti elettriche lineari in corrente continua, Potenze nei circuiti in continua, Elettrostatica, Elettromagnetismo e Circuiti in corrente alternata monofase. Inoltre fare i seguenti esercizi: Legge di Ohm e Principi di Kirchhoff: esercizi risolti La corrente che attraversa la resistenza R è I=6A e va dal morsetto A al morsetto B. Sono noti inoltre i potenziali dei punti A e B che valgono rispettivamente V A =24V e V B =6V. Si calcoli il valore della resistenza R e quello della resistenza R 1 da mettere in parallelo ad R affinché, ferma restando la d.d.p. V AB la corrente totale assorbita dal carico totale sia I T =10A. [Risp:R=3Ω, R 1 =4,5Ω ] In questo tratto di circuito Sono note le correnti I 1 =2A e I 2 =1,4A le resistenze R 1 =6Ω R 4 =2,5Ω ed R 2 =4Ω. Trovare: 1] V AC, V CB, V AB 2] R 3 =? 3] la resistenza equivalente vista tra i morsetti A-B. [Risp.:V AC =17V, V CB =5,6V, V AB =22,6V, R 3 =9,33Ω, R AB =11,3Ω] Esercizio no.3 E=27V R 1 =12kΩ R 2 =20kΩ V AO =5V Trovare V BO e dire poi che potenziale deve assumere il punto A rispetto alla massa per avere V BO =0? [Risp.:V BO =-7V, V AB =16,2V ] Pagina 3 di 10

4 Esercizio no.4 Utilizzando le leggi di Kirchhoff, trovare le 3 correnti I 1, I 2, I 3 note: E 1 =4V E 2 =11V E 3 =12V R 1 =1Ω R 2 =2Ω R 3 =3Ω I 1 =? I 2 =? [Risp.:I 1 =7A, I 2 =4A, I 3 =3A ] PSE (Principio di Sovrapposizione degli Effetti): esercizi risolti Utilizzando il p.s.e.trovare la corrente I 3 E 1 =11V E 2 =7V R 1 =2Ω R 2 =1Ω R 3 =1Ω Utilizzando il p.s.e.trovare la corrente I 3 E 1 =10V E 2 =7V E 3 =7V R 1 =2Ω R 2 =1Ω R 3 =1Ω [Risp.: I 3 =5A ] [Risp.: I 3 =9A ] Pagina 4 di 10

5 Esercizio no.3 Utilizzando il p.s.e.trovare la corrente I 3 R 1 =R 2 =1Ω R 2 =R 4 =2Ω E 1 =6V E 2 =3V [Risp.:I 3 =2,5A ] Teorema di Millman: esercizi risolti Utilizzando il teorema di Millman, trovare le 3 correnti I 3, I 4 note: E 1 =100V E 2 =75V R 1 =10 kω R 2 =100 kω R 3 =25 kω R 4 =20 kω I 4 =? [Risp.:I 3 =1,85 ma, I 4 =1,23 ma ] Nel circuito indicato, trovare le correnti I 1 ed I 2 col teorema di Millman. E 1 =1V E 2 =2V R 1 =1Ω R 2 =3Ω I 0 =3A Esercizio no.3 [Risp.:I 1 =3/2A, I 2 =3/2A ] Pagina 5 di 10

6 Nel circuito indicato, trovare la corrente I col teorema di Millman : E 1 =2V R 0 =2Ω R 1 =1Ω R=3Ω I 0 =3A Teorema di Thevenin e di Norton: esercizi risolti Applicando il teorema di Thevenin tra A-B calcolare la corrente I 3 nella resistenza R 3 E=2V R 1 =200Ω R 2 =4,2kΩ R 3 =800Ω [Risp.: I 3 =1,91 ma ] Applicando il teorema di Norton tra A-B calcolare la corrente I 3 nella resistenza R 3 E 1 =11V E 2 =7V R 1 =2Ω R 2 =1Ω R 3 =1Ω Esercizio no.3 [Risp.: I 3 =5A ] Pagina 6 di 10

7 Applicando il teorema di Thevenin ai capi di R 3 calcolare la corrente I 3 nella resistenza R 3 R 1 =50Ω R 2 =150Ω R 3 =12,5Ω E 1 =10V E 2 =20V [Risp.:I 3 =50 ma ] Nel circuito di figura, calcola la corrente I usando il teorema di Norton ai capi di R sapendo che: I A =4A I B =6A R 1 =8Ω R 2 =12Ω R 3 =2Ω R=10Ω Verifica il risultato col teorema di Millman. [Risp.:I=2,875A] Condensatori: esercizi risolti Nel sistema di condensatori rappresentato con: C 1 =12µF Pagina 7 di 10

8 C 2 =1µF C 3 =2µF C 4 =3µF C 5 =4µF C 6 =5µF C 7 =18µF V AB =120V 1] Calcolare la capacità equivalente fra i morsetti A e B. 2] La carica accumulata su ogni condensatore. 3] La tensione elettrica ai capi di ogni condensatore. R.[C AB =10µF ; q 1 =480µC ; q 7 =720µC ; q 2 =80µC ; q 3 =160µC ; q 4 =240µC ; q 5 =320µC ; q 6 =400µC ; V 1 =V 7 =40V ; V 2 =V 3 =V 4 =V 5 =V 6 =80V ] Nel circuito illustrato, considerando V AB =150V: trova la tensione ai capi del condensatore C. R.[V C =100V] Reti elettriche in alternata monofase: esercizi risolti Nel circuito illustrato determinare la corrente i che scorre nella resistenza R 1. E 1 =100sin(10 4 t) R=5kΩ R 1 =12kΩ R 2 =8kΩ L=1H [Risp.: i=3,52sin(10 4 t+0.35) ] La corrente i 1 assorbita dal ramo ohmico-capacitivo del circuito illustrato è in anticipo di 64 rispetto alla tensione applicata v=40sin(100t) mentre la caduta di tensione ai capi del condensatore vale v c =30sin(100t-0.35). Trovare tutte le correnti disegnando il diagramma Pagina 8 di 10

9 vettoriale completo. R 1 =1,8kΩ R 2 =2kΩ [Risp.: i 1 =8,6sin(100t+1.12); i 2 =20sin(100t) ; i=25sin(100t+0.31) ] a Esercizio no.3 Pagina 9 di 10

10 Potenza elettrica in alternata: esercizi risolti E 1 =3 I o =6 R 1 =3Ω R 2 =6Ω L=3mH C=500μF Trovare la potenza reattiva condensatore C. [Risp.:Q=3,51VAR] I 1 =2 E 2 =,-2.sen(50t-,π-/6.) R 1 =4Ω R 2 =2Ω L = 2mH C = 300μF Trovare potenza attiva assorbita da R 2. [Risp.:P 2 =1,7W] Pagina 10 di 10