Università di Napoli “Federico II” Corso di Laurea Triennale in Fisica Laboratorio di Fisica 2 Mod.B (mat. dispari) Prof. Corrado de Lisio.

Presentazione sul tema: "Università di Napoli “Federico II” Corso di Laurea Triennale in Fisica Laboratorio di Fisica 2 Mod.B (mat. dispari) Prof. Corrado de Lisio."— Transcript della presentazione:

1 Università di Napoli “Federico II” Corso di Laurea Triennale in Fisica Laboratorio di Fisica 2 Mod.B (mat. dispari) Prof. Corrado de Lisio

2 Informazioni generali Prof. Corrado de Lisio Prof. Corrado de Lisio Dip. di Fisica (M.S.A.) Dip. di Fisica (M.S.A.) Edificio H - Stanza 2H19 / Lab. 1H21 Edificio H - Stanza 2H19 / Lab. 1H21 Tel. 081-676123 Tel. 081-676123 E-mail: delisio@na.infn.it E-mail: delisio@na.infn.itcdelisio@unina.it Web: people.na.infn.it/delisio Web: people.na.infn.it/delisiowww.docenti.unina.it

3 Organizzazione del corso Modulo B Modulo B 10 lezioni frontali da 2 ore 10 lezioni frontali da 2 ore 10 sedute di laboratorio da 3 ore per svolgere 5 esercitazioni (ed eventualmente, per recuperi) 10 sedute di laboratorio da 3 ore per svolgere 5 esercitazioni (ed eventualmente, per recuperi) Dispense Dispense Obbligo di frequenza ai laboratori Obbligo di frequenza ai laboratori Obbligo di consegna delle relazioni Obbligo di consegna delle relazioni Regole per l’esame Regole per l’esame Libri di testo Libri di testo V. Canale – P. Iengo, Il laboratorio di Fisica II (EdiSES) V. Canale – P. Iengo, Il laboratorio di Fisica II (EdiSES) M. Severi – Introduzione alla Sperimentazione Fisica, (Zanichelli) M. Severi – Introduzione alla Sperimentazione Fisica, (Zanichelli) Testi di Fisica Generale 2 Testi di Fisica Generale 2

4 Strumentazione e misure elettriche Alcune definizioni Alcune definizioni Carica elettrica Carica elettrica Q1Q1Q1Q1 Q2Q2Q2Q2 r

5 Strumentazione e misure elettriche Alcune definizioni Alcune definizioni Carica elettrica Carica elettrica Corrente elettrica Corrente elettrica

6 Strumentazione e misure elettriche Alcune definizioni Alcune definizioni Carica elettrica Carica elettrica Corrente elettrica Corrente elettrica Potenziale elettrico Potenziale elettrico A B Q

7 Strumentazione e misure elettriche Alcune definizioni Alcune definizioni Carica elettrica Carica elettrica Corrente elettrica Corrente elettrica Potenziale elettrico Potenziale elettrico Potenza elettrica Potenza elettrica

8 Circuiti elettrici o reti elettriche Definizione: insieme di componenti elettricamente connessi tra loro mediante conduttori (terminali) ed in grado di trasferire, immagazzinare o convertire l’energia elettrica Definizione: insieme di componenti elettricamente connessi tra loro mediante conduttori (terminali) ed in grado di trasferire, immagazzinare o convertire l’energia elettrica Classificazione dei componenti in base al numero di terminali: Classificazione dei componenti in base al numero di terminali: Bipolari Bipolari Tripolari Tripolari …… …… Elementi bipolari Elementi bipolari Caratteristica corrente-tensione (I-V ): detta I la corrente elettrica che scorre nei terminali e V la d.d.p. tra essi, in generale si ha: Caratteristica corrente-tensione (I-V ): detta I la corrente elettrica che scorre nei terminali e V la d.d.p. tra essi, in generale si ha: Componenti lineari se: I (t ) = O [V (t )] Componenti lineari se: I (t ) = O [V (t )] dove O è un operatore lineare Componenti lineari: resistori, capacitori, generatori di corrente, … Componenti lineari: resistori, capacitori, generatori di corrente, … Componenti non lineari: diodi, transistor, … Componenti non lineari: diodi, transistor, … Componente bipolare I V

9 Circuiti elettrici Componenti attivi Componenti attivi Forniscono energia al circuito affinché possa “funzionare” Forniscono energia al circuito affinché possa “funzionare” (generatori di d.d.p., generatori di corrente, triodi, transistor…) Componenti passivi Componenti passivi Dissipano (resistori) o immagazzinano (capacitori, induttori) energia elettrica sotto altre forme Dissipano (resistori) o immagazzinano (capacitori, induttori) energia elettrica sotto altre forme Componenti a costanti concentrate Componenti a costanti concentrate Dimensioni irrilevanti Dimensioni irrilevanti Componenti a costanti distribuite Componenti a costanti distribuite Dimensioni che influiscono sul comportamento dell’elemento Dimensioni che influiscono sul comportamento dell’elemento Linee di trasmissione Linee di trasmissione

10 Circuiti elettrici Componenti bipolari, lineari, passivi a costanti concentrate Componenti bipolari, lineari, passivi a costanti concentrate Resistenza elettrica Resistenza elettrica In alcuni conduttori si ha: V  I (1° legge di Ohm) In alcuni conduttori si ha: V  I (1° legge di Ohm) Si definisce “resistenza elettrica” la grandezza Si definisce “resistenza elettrica” la grandezza La caratteristica I-V (lineare) consiste nella divisione per una costante La caratteristica I-V (lineare) consiste nella divisione per una costante I conduttori per i quali vale la 1° legge di Ohm si dicono “ohmici” I conduttori per i quali vale la 1° legge di Ohm si dicono “ohmici” 2° legge di Ohm 2° legge di Ohm S L

11 Circuiti elettrici Componenti bipolari, lineari, passivi a costanti concentrate Componenti bipolari, lineari, passivi a costanti concentrate Resistenza elettrica Resistenza elettrica Resistore a filo Resistore a filo È costituito da un filo metallico avvolto su un supporto ceramico cilindrico È costituito da un filo metallico avvolto su un supporto ceramico cilindrico I due estremi del filo sono fissati a cappucci metallici (terminali) I due estremi del filo sono fissati a cappucci metallici (terminali) Sono molto versatili: si possono ottenere una gran varietà sia di valori di resistenza che di potenza massima dissipabile Sono molto versatili: si possono ottenere una gran varietà sia di valori di resistenza che di potenza massima dissipabile Possono raggiungere buone tolleranze e grande stabilità Possono raggiungere buone tolleranze e grande stabilità Vista la loro struttura non possono essere impiegate in circuiti con segnali ad altra frequenza, perché presentano una elevata induttanza parassita che produrrebbe forze elettromotrici indotte. Vista la loro struttura non possono essere impiegate in circuiti con segnali ad altra frequenza, perché presentano una elevata induttanza parassita che produrrebbe forze elettromotrici indotte.

12 Circuiti elettrici Componenti bipolari, lineari, passivi a costanti concentrate Componenti bipolari, lineari, passivi a costanti concentrate Resistenza elettrica Resistenza elettrica Resistore ad impasto Resistore ad impasto È costituito da una miscela di carbone (o grafite), talco e argilla legati insieme da resine È costituito da una miscela di carbone (o grafite), talco e argilla legati insieme da resine Le quantità di questi componenti ne determineranno la resistenza Le quantità di questi componenti ne determineranno la resistenza È pressato a caldo in forma cilindrica, i terminali sono inseriti nel'impasto compresso È pressato a caldo in forma cilindrica, i terminali sono inseriti nel'impasto compresso È rivestito con l'isolante (bachelite o ceramica) È rivestito con l'isolante (bachelite o ceramica) Ha il vantaggio di avere un'induttanza parassita praticamente nulla Ha il vantaggio di avere un'induttanza parassita praticamente nulla

13 Resistore a film Circuiti elettrici Componenti bipolari, lineari, passivi a costanti concentrate Componenti bipolari, lineari, passivi a costanti concentrate Resistenza elettrica Resistenza elettrica Resistore a film Resistore a film È costituito da una sottile pellicola di materiale resistivo avvolta su un supporto cilindrico isolante È costituito da una sottile pellicola di materiale resistivo avvolta su un supporto cilindrico isolante Sulla pellicola viene praticato un solco che attraversa a elica tutto il cilindro, creando l'elica metallica in cui circolerà la corrente Sulla pellicola viene praticato un solco che attraversa a elica tutto il cilindro, creando l'elica metallica in cui circolerà la corrente I terminali vengono fissati a pressione agli estremi del cilindro che viene rivestito da un involucro isolante. I terminali vengono fissati a pressione agli estremi del cilindro che viene rivestito da un involucro isolante. Presentano precisione e stabilità elevate ed un buon comportamento alle alte frequenze Presentano precisione e stabilità elevate ed un buon comportamento alle alte frequenze

14 Circuiti elettrici Resistori di vario tipo Resistori di vario tipo Alcuni tipici resistori standard Potenziometro Trimmers Celle fotoconduttive (photoresist) Termoresistenze(thermistors)

15 Circuiti elettrici Componenti bipolari, lineari, passivi a costanti concentrate Componenti bipolari, lineari, passivi a costanti concentrate Capacità elettrica Capacità elettrica Per un condensatore: Q   V Per un condensatore: Q   V Si definisce “capacità elettrica” la grandezza Si definisce “capacità elettrica” la grandezza Derivando rispetto al tempo: Derivando rispetto al tempo: La caratteristica I-V consiste nella derivazione rispetto al tempo e nella moltiplicazione per una costante La caratteristica I-V consiste nella derivazione rispetto al tempo e nella moltiplicazione per una costante Dimensioni di RC : [V][Q] -1 [T]  [Q][V] -1 = [T] Dimensioni di RC : [V][Q] -1 [T]  [Q][V] -1 = [T]

16 Circuiti elettrici Componenti bipolari, lineari, passivi a costanti concentrate Componenti bipolari, lineari, passivi a costanti concentrate Capacità elettrica Capacità elettrica Q =  S -Q-Q-Q-Q E d

17 Circuiti elettrici Componenti bipolari, lineari, passivi a costanti concentrate Componenti bipolari, lineari, passivi a costanti concentrate Capacità elettrica Capacità elettrica

18 Circuiti elettrici Componenti bipolari, lineari, passivi a costanti concentrate Componenti bipolari, lineari, passivi a costanti concentrate Induttanza o coefficiente di autoinduzione Induttanza o coefficiente di autoinduzione In un circuito, per la legge di Faraday, la f.e.m. autoindotta è: In un circuito, per la legge di Faraday, la f.e.m. autoindotta è: Si definisce “induttanza” la grandezza Si definisce “induttanza” la grandezza Integrando rispetto al tempo: Integrando rispetto al tempo: La caratteristica I-V consiste nella integrazione rispetto al tempo e nella moltiplicazione per una costante La caratteristica I-V consiste nella integrazione rispetto al tempo e nella moltiplicazione per una costante Dimensioni di L/R : [V][Q] -1 [T] 2 / ([V][Q] -1 [T]) = [T] Dimensioni di L/R : [V][Q] -1 [T] 2 / ([V][Q] -1 [T]) = [T]

19 Circuiti elettrici Componenti bipolari, lineari, passivi a costanti concentrate Componenti bipolari, lineari, passivi a costanti concentrate Resistore (ideale) Resistore (ideale) Capacitore (ideale) Capacitore (ideale) Induttore (ideale) Induttore (ideale) Resistenza fissa Resistenza variabile (reostato) Potenziometro: R AC, R BC  [0, R AB ] R AC, R BC  [0, R AB ] R AC + R BC = R AB R AC + R BC = R ABA C B Capacità fissa Capacità variabile Induttanza fissa Induttanza variabile

20 Circuiti elettrici Componenti bipolari, lineari, passivi a costanti concentrate Componenti bipolari, lineari, passivi a costanti concentrate Resistore reale Resistore reale Induttore reale Induttore reale Capacitore reale Capacitore reale R L C L  induttanza dell’ avvolgimento avvolgimento C  capacità parassita (contatti) (contatti) R L C R  resistenza del filo C  capacità parassita R1R1R1R1 L C R2R2R2R2 R 1  resistenza di contatti e saldature R 2  perdite di isolamento tra le armature L  induttanza parassita di fili e contatti

21 Circuiti elettrici Rete lineare: Rete lineare: Insieme di componenti lineari connessi (elettricamente) in maniera qualsiasi Insieme di componenti lineari connessi (elettricamente) in maniera qualsiasi Nodo: punto di unione di 3 o più componenti Nodo: punto di unione di 3 o più componenti Ramo: porzione di rete compresa tra due nodi contigui Ramo: porzione di rete compresa tra due nodi contigui Maglia: porzione di rete chiusa Maglia: porzione di rete chiusa Maglie indipendenti: 2 o più maglie tali che in ciascuna di esse c’è almeno un ramo che non appartiene alle altre maglie Maglie indipendenti: 2 o più maglie tali che in ciascuna di esse c’è almeno un ramo che non appartiene alle altre maglie In un circuito con r rami ed n nodi, il numero di maglie indipendenti è: In un circuito con r rami ed n nodi, il numero di maglie indipendenti è: m = r  n + 1 Nodo Ramo Maglia

22 Reti elettriche in regime stazionario Regime stazionario  corrente continua  CC  DC Regime stazionario  corrente continua  CC  DC Le correnti in tutti rami e le d.d.p. ai capi di tutti i componenti sono costanti nel tempo Le correnti in tutti rami e le d.d.p. ai capi di tutti i componenti sono costanti nel tempo 1° Legge di Kirchhoff (DC) o legge dei nodi 1° Legge di Kirchhoff (DC) o legge dei nodi I > 0 se entrante nel nodo I > 0 se entrante nel nodo I < 0 se uscente dal nodo I < 0 se uscente dal nodo È una conseguenza dell’equazione di continuità della carica elettrica È una conseguenza dell’equazione di continuità della carica elettrica 2° Legge di Kirchhoff (DC) o legge delle maglie 2° Legge di Kirchhoff (DC) o legge delle maglie  V > 0 se V diminuisce  V > 0 se V diminuisce  V < 0 se V aumenta  V < 0 se V aumenta Discende dalla conservazione dell’energia Discende dalla conservazione dell’energia I2I2I2I2 I1I1I1I1 I6I6I6I6 I5I5I5I5 I3I3I3I3 I4I4I4I4 V1V1V1V1 V2V2V2V2 V3V3V3V3 V4V4V4V4 V5V5V5V5 V6V6V6V6

23 Reti elettriche in regime stazionario Applicazioni delle leggi di Kirchhoff Applicazioni delle leggi di Kirchhoff Resistenze in “serie” (partitore di tensione) Resistenze in “serie” (partitore di tensione) Nei 3 resistori scorre la stessa corrente I : Nei 3 resistori scorre la stessa corrente I : V 1 = IR 1 V 1 = IR 1 V 2 = IR 2 V 2 = IR 2 V 3 = IR 3 V 3 = IR 3 V 1 +V 2 +V 3 + (V B – V A ) = 0 V 1 +V 2 +V 3 + (V B – V A ) = 0 V A – V B = V 1 +V 2 +V 3 = I (R 1 + R 2 + R 3 ) = I R eq = I R eq R eq = R 1 + R 2 + R 3  R eq =  R i R eq = R 1 + R 2 + R 3  R eq =  R i Resistenze in “parallelo” (partitore di corrente) Resistenze in “parallelo” (partitore di corrente) Ai capi dei 3 resistori c’è la stessa d.d.p. V : Ai capi dei 3 resistori c’è la stessa d.d.p. V : I 1 = V/R 1 I 1 = V/R 1 I 2 = V/R 2 I 2 = V/R 2 I 3 = V/R 3 I 3 = V/R 3 I 0 = I 1 +I 2 +I 3 = V (1/R 1 + 1/R 2 + 1/R 3 ) I 0 = I 1 +I 2 +I 3 = V (1/R 1 + 1/R 2 + 1/R 3 ) = V/R eq = V/R eq 1/R eq = 1/R 1 + 1/R 2 + 1/R 3  1/R eq =  1/R i 1/R eq = 1/R 1 + 1/R 2 + 1/R 3  1/R eq =  1/R i A B V A - V B R1R1R1R1 R2R2R2R2 R3R3R3R3 V1V1V1V1 V2V2V2V2 V3V3V3V3 R1R1R1R1 R2R2R2R2 R3R3R3R3 I1I1I1I1 I2I2I2I2 I3I3I3I3 I0I0I0I0 R eq

24 Reti elettriche in regime stazionario Generatori di tensione (o d.d.p. o f.e.m.) Generatori di tensione (o d.d.p. o f.e.m.) Ideale Ideale I = V R /R = V/R I = V R /R = V/R V R = IR = V V R = IR = V W = VI = V 2 /R W = VI = V 2 /R Generatori di corrente Generatori di corrente Ideale Ideale V = I R R = IR V = I R R = IR I R = V/R = I I R = V/R = I W = VI = I 2 R W = VI = I 2 R R VRVRVRVR I V R I V IRIRIRIR

25 V R = V - I  Reti elettriche in regime stazionario Generatori di tensione Generatori di tensione Reale: ideale + resistenza in serie Reale: ideale + resistenza in serie IR + I  = V  I = V/ (R+  ) IR + I  = V  I = V/ (R+  ) V R = IR = VR / (R+  ) = V / (1+  /R) V R = IR = VR / (R+  ) = V / (1+  /R) Generatori di corrente Generatori di corrente Reale: ideale + resistenza in parallelo Reale: ideale + resistenza in parallelo I = I R + I  I = I R + I   I  = R I R  I  = R I R I = I R (1+R/  ) I = I R (1+R/  ) I R = I - I  = I – V R /  I R = I - I  = I – V R /  R VRVRVRVR I V R I IRIRIRIR   IIII I R = I/ (1+R/  )

26 Reti elettriche in regime stazionario Trasferimento di potenza Trasferimento di potenza Potenza totale erogata Potenza totale erogata Potenza disponibile all’esterno Potenza disponibile all’esterno Potenza dissipata all’interno Potenza dissipata all’interno Naturalmente: Naturalmente: R VRVRVRVR I V  W tot W int W ext

27 Reti elettriche in regime stazionario Efficienza del generatore Efficienza del generatore  è massimo per R/   , ma W ext  0  è massimo per R/   , ma W ext  0 Quando W ext è massimo,  = ½ (per R =  ) Quando W ext è massimo,  = ½ (per R =  ) Per   0 (caso ideale), W int  0, W ext = W tot =V 2 /R,   1 Per   0 (caso ideale), W int  0, W ext = W tot =V 2 /R,   1 R V 