APPUNTI DI ELETTROTECNICA

Presentazione sul tema: "APPUNTI DI ELETTROTECNICA"— Transcript della presentazione:

1 APPUNTI DI ELETTROTECNICA
CORSO PER RADIOAMATORI ARI PORTO TORRES

2 L’ELETTRICITA’ ELETTRONI ATOMI
La parola elettricità deriva dal greco elektron e significa ambra. La carica elettrica è una proprietà posseduta dalle particelle che compongono l'atomo: i protoni che-insieme ai neutroni-si trovano nel nucleo e gli elettroni che sono in movimento intorno a esso. Ci sono 2 tipi di carica elettrica: quella negativa degli elettroni e quella positiva dei protoni. Cariche dello stesso segno si respingono e cariche di segno opposto si attraggono. L'elettrizzazione è una conseguenza dello spostamento da un corpo a un altro di un certo numero di elettroni. Nei corpi solidi i nuclei atomici sono vincolati in condizioni di equilibrio e gli elettroni si muovono. Il principio di conservazione della carica elettrica afferma che la carica elettrica di un sistema chiuso- somma algebrica delle cariche positive e negative-si mantiene costante nel tempo.

3 CONDUTTORI E ISOLANTI Si chiamano conduttori quei materiali (metalli, acqua e corpo umano) all'interno dei quali gli elettroni si muovono liberamente. Si chiamano isolanti quei materiali (plastica, pietra pomice, lana di vetro, ecc...) i cui elettroni sono fortemente legati ai nuclei degli atomi. Lo strumento in grado di rilevare la carica elettrica di un corpo è l'elettroscopio che è formato da una bacchetta metallica terminante a un'estremità con una sferetta e all'altra con due foglioline metalliche; il tutto è racchiuso in una custodia di vetro. Portando a contatto della sferetta un corpo conduttore elettrizzato, la carica elettrica-grazie alla bacchetta metallica-si trasmette alle foglioline che se sono leggere divergono a causa della forza repulsiva.

4 La Corrente elettrica La corrente elettrica è un qualsiasi flusso ordinato di carica elettrica, tipicamente attraverso un filo metallico o qualche altro materiale conduttore. La corrente convenzionale venne definita inizialmente, nella storia dell'elettricità, come il flusso di carica positiva, anche se sappiamo, nel caso della conduzione metallica, che la corrente è causata dal flusso di elettroni con carica negativa nella direzione opposta. Il simbolo normalmente usato per la quantità di corrente (la quantità di carica che scorre nell'unità di tempo) è I, e l'unità di misura nel SI della corrente elettrica è l'ampere A. La corrente elettrica viene anche chiamata intensità di corrente

5 ANALOGIA IDRAULICA DELLA CORRENTE

6 TENSIONE E FORZA ELETTROMOTRICE
In fisica è definita come la differenza tra il potenziale elettrico di due punti dello spazio. Si tratta della differenza tra l'energia potenziale elettrica posseduta da una carica nei due punti a causa della presenza di un campo elettrico, divisa per il valore della carica stessa. In condizioni stazionarie è pari al lavoro compiuto per spostare una carica unitaria attraverso il campo da un punto all'altro, cambiato di segno. La differenza di potenziale elettrico si misura con un voltmetro, in genere integrato in un "tester" elettrico. Nell'ambito del sistema internazionale di unità di misura, l'unità di misura della differenza di potenziale elettrico è il volt (V).

7 ANALOGIA IDRAULICA TENSIONE
Per spiegare il significato di tensione usiamo un semplice esempio: due serbatoi di acqua sono collegati con un tubo. Se il livello A nel primo serbatoio è identico al livello B del secondo, non si ottiene alcun movimento, mentre una differente altezza (in figura) provoca il passaggio di acqua dal serbatoio col livello più alto a quello col livello più basso. Quindi per ottenere il movimento si ha bisogno di una differenza di altezza. Negli impianti elettrici al posto del tubo abbiamo il cavo elettrico e al posto dell'acqua abbiamo la corrente elettrica. La differenza non è più di altezza, ma di potenziale elettrico. Questa differenza di potenziale (d.d.p.) prende il nome di tensione. Se aumentiamo la differenza di altezza, l'acqua scorre con più velocità. Allo stesso modo se aumentiamo la tensione aumenta l'intensità di corrente. La differenza di altezza si misura in metri, mentre la differenza di potenziale (tensione) si misura in volt (V) e la indichiamo con la lettera V.

8 LA RESISTENZA La resistenza elettrica è una grandezza fisica che misura la tendenza di un corpo ad opporsi al passaggio di una corrente elettrica, quando sottoposto ad una tensione elettrica. Questa opposizione dipende dal materiale con cui è realizzato, dalle sue dimensioni e dalla sua temperatura. Uno degli effetti del passaggio di corrente in un conduttore è il suo riscaldamento (effetto Joule). La resistenza si misura in ohm simbolo omega. La resistenza dipende dalla sezione e lunghezza del conduttore si calcola, con la formula r= ro x l/s Ro e’ la resistenza specifica per il rame 0,017 R – resistenza elettrica del conduttore; ρ – resistenza specifica o resistività del materiale; l – lunghezza del conduttore; A – area della sezione del conduttore;

9 RESISTENZE SERIE E PARALLELO
Nella combinazione serie di due o più resistenze, il valore della resistenza totale, o  resistenza equivalente, è data dalla somma dei valori delle singole  resistenze; Nella combinazione in parallelo,  la regola generale ci dice che la resistenza equivalente corrisponde al  reciproco della somma dei reciproci dei valori delle singole  resistenze. Vi sono dei casi particolari che aiutano a calcolare la  resistenza equivalente senza calcoli complicati. Nel caso di due  resistenze in parallelo di uguale valore, per esempio, la resistenza  equivalente è esattamente la metà del valore di una singola resistenza.  Un'altro metodo per calcolare la resistenza equivalente di due  resistenze in parallelo è dato dal dividere il prodotto dei due valori  per la loro somma.       Rtot=(R1xR2) / (R1+R2) Formula da applicare nel caso in cui nel nostro circuito ci fossero due resistenze in parallelo.

10 RESISTENZE SERIE E PARALLELO
Quando le resistenze in parallelo sono piu’ di 2 si ricorre al minimo comune multiplo come nel disegno a fianco, ricordiamoci che la resistenza in parallelo diminuisce e il valore totale sara’ sempre piu’ piccolo della resistenza di valore piu’ basso presente nella maglia di resistenze in Parallelo.

11 La legge di OHM Il fisico tedesco Ohm ( ) agli inizi del 1800 dimostrò che in un filo conduttore percorso da corrente elettrica esiste una relazione tra la d.d.p. ai suoi capi, la resistenza del filo e l'intensità di corrente che percorre il conduttore. Egli formulò due importanti leggi che prendono il suo nome. un un filo conduttore l'intensità di corrente ( I ) è direttamente proporzionale al voltaggio ( V ) ed inversamente proporzionale alla resistenza ( R ). Con parole più semplici possiamo dire che, in un circuito: la corrente aumenta all'aumentare della tensione della pila o al diminuire della resistenza del circuito stesso. la corrente diminuisce se diminuisce la tensione della pila o aumenta la resistenza del circuito. Questi concetti sono riassunti nella prima legge di Ohm, che ha la seguente formula: I = V / R Dalla formula I= V / R si possono ricavare le formule inverse che, in un circuito, ci permettono di calcolare il voltaggio ( conoscendo l'intensità e la resistenza ) o la resistenza ( conoscendo il voltaggio e l'intensità ):                        V= R X I                                                            R= V / I

12 1° principio di Kirchhoff (ai nodi)
Il nodo e’ un punto dove confluiscono tre o piu’ conduttori. La somma Algebrica delle correnti entranti in un nodo è uguale alla somma delle correnti uscenti cioè: la somma algebrica delle correnti che interessano un nodo è uguale a zero. In questo caso scriveremo : I1+I2+I3=I4+I5

13 2° principio di Kirchoff (alle maglie)
In questo caso abbiamo per semplicità un'unica corrente I che percorre una maglia chiusa. Lungo il percorso sono dislocate le f.e.m (i generatori) E1,E2,E3 e le resistenze R1, R2, R3,R4 che causano le c.d.t. V1,V2,V3,V4. Dopo aver considerato arbitrariamente come senso positivo per le tensioni il senso orario, avremo dunque:                      2° principio di Kirchoff (alle maglie)   MAGLIA: qualunque parte del circuito che partendo da un nodo, vi ritorna percorrendo più rami. La somma algebrica delle forze elettromotrici (f.e.m.:i generatori) e delle cadute di tensione (c.d.t: le differenze di potenziale ai capi di ogni singola resistenza) che si incontrano in una maglia è uguale a zero.

14 2° Principio di Kirchoff
                   SECONDO PRINCIPIO O LEGGE DELLE MAGLIE La somma algebrica della f.e.m. attiva in una maglia è eguale alla somma algebrica della caduta di tensione che si verifica sui bipoli passivi appartenenti alla maglia medesima. La somma algebrica della tensione in una maglia è sempre nulla. MAGLIA 1 : E1 = ( R1 + R2 ) I1 + R4 I4 MAGLIA 2 : - E3 = R4 I4 - R3 I3 MAGLIA TOTALE = E1 - E3 = ( R1 + R2 ) I1 - R3 I3

15 2° Principio di Kirchhoff
                   SECONDO PRINCIPIO O LEGGE DELLE MAGLIE La somma algebrica della f.e.m. attiva in una maglia è eguale alla somma algebrica della caduta di tensione che si verifica sui bipoli passivi appartenenti alla maglia medesima. La somma algebrica della tensione in una maglia è sempre nulla. MAGLIA 1 : E1 = ( R1 + R2 ) I1 + R4 I4 MAGLIA 2 : - E3 = R4 I4 - R3 I3 MAGLIA TOTALE = E1 - E3 = ( R1 + R2 ) I1 - R3 I3

16 IL CONDENSATORE Il condensatore è un componente elettrico che immagazzina l'energia in un campo elettrostatico, che crea una differenza di potenziale. Nella teoria dei circuiti il condensatore è un componente ideale che può mantenere la carica e l'energia accumulata all'infinito. Nei circuiti in regime sinusoidale permanente la corrente che attraversa un condensatore ideale risulta in anticipo di un quarto di periodo rispetto alla tensione che è applicata ai suoi morsetti

17 IL CONDENSATORE FARADAY
Unità di capacità Non tutti i condensatori sono uguali. Ogni condensatore è costruito per avere una quantità specifica di capacitanza. La capacità di un condensatore indica la quantità di carica che è in grado di memorizzare, più capacità significa più capacità di immagazzinare una carica. L'unità standard di capacità viene chiamata Farad , abbreviato F . ​ Si scopre che un farad è un sacco di capacità, anche 0.001F (1 milifarad - 1MF) è un grande condensatore. Di solito si vedranno condensatori che si aggirano nellla gamma dei pico (10^-12 ) e dei microfarad (10^-6 ).

18 IL CONDENSATORE FARADAY
Il dielettrico può essere fatto di tutti i tipi di materiali isolanti: carta, vetro, gomma, ceramica, plastica, o tutto ciò che può ostacolare il flusso di corrente. Le piastre sono fatte di un materiale conduttore: alluminio, tantalio, argento, o di altri metalli. Sono collegati ciascuno ad un filo terminale, che è quello che poi si collega al resto del circuito. ​ La capacità di un condensatore (quanti farad ha) dipende da come è costruito. Più capacità richiede un condensatore grande. Piastre con superficie maggiore in sovrapposizione forniscono maggiore capacità, mentre più distanza tra le piastre significa meno capacità. Il materiale del dielettrico ha anche un effetto su quanti farad un condensatore ha. La capacità totale di un condensatore può essere calcolata con l'equazione: Dove εr è il dielettrico permittività elettrica (un valore costante determinato dal materiale dielettrico), A è la quantità di area delle piastre che si sovrappongono, e d è la distanza tra le piastre. Carica (Q) immagazzinata in un condensatore è il prodotto della sua capacità (C) e la tensione (V) applicata ad esso.

19 Come funziona un condensatore
Quando la corrente fluisce in un condensatore, le cariche sono "bloccate" sulle piastre perché non possono andare oltre il dielettrico isolante. Gli elettroni (particelle con carica negativa) vengono risucchiati in una delle piastre, diventando così di carica negativa. La grande massa di cariche negative su una piastra spinge via le altre cariche sull`altra piastra, rendendola carica positivamente. Le cariche positive e negative su ciascuno di queste piastre si attraggono, perché è quello che fanno cariche le opposte. Ma, con il dielettrico tra di loro, per quanto vogliono unirsi, le cariche saranno sempre bloccate sulla piastra (fino a quando non avranno un altro posto dove andare). Le cariche stazionarie su queste piastre creano un campo elettrico, che influenzano energia potenziale elettrica e tensione. Quando un gruppo di cariche si trovano su un condensatore di questo tipo, il condensatore può immagazzinare energia elettrica, come una batteria può immagazzinare energia chimica.

20 CONDENSATORI SERIE E PARALLELO
CONDENSATORI IN SERIE E IN PARALLELO Proprio come i resistori , condensatori multipli possono essere combinati in serie o in parallelo per creare una capacità equivalente. I condensatori, tuttavia, si sommano in un modo che è completamente l'opposto dei resistori. Condensatori in parallelo Quando i condensatori sono posti in parallelo tra loro, la capacità totale è semplicemente la somma di tutte le capacità. Questo è analogo al modo in cui i resistori si aggiungono quando sono serie. Se avete solo due condensatori in serie, è possibile utilizzare il metodo del "prodotto sulla somma" per calcolare la capacità totale:

21 CORRENTE ALTERNATA 1 La corrente continua è prodotta dai generatori (pile o accumulatori) e circuiti elettrici in cui tensione e correnti hanno valori quasi costanti nel tempo, praticamente una corrente che scorre costante nello stesso senso. La corrente alternata è caratterizzata dal fatto che il flusso di elettroni non viaggia sempre nello stesso senso, quindi ha una tensione variabile nel tempo, il cui verso si inverte di continuo, 50 volte il secondo; quindi tensione e corrente hanno una frequenza di 50 hertz. Hertz e’ L’unita di Misura della frequenza che prende il nome dallo scienziato che ha scoperto l’onda sinusoidale Il tipo di andamento nel tempo di tensione e corrente è detto sinusoidale.

22 PARAMETRI CARATTERISTICI 1
FREQUENZA: NUMERO DI PERIODI O CICLI COMPLETI DESCRITTI NELL’UNITA DI TEMPO SI MISURA IN HERTZ KHZ HZ MHZ GHZ PERIODO E’ IL TEMPO NECESSARIO AFFINCHE’ LA CORRENTE ALTERNATA COMPLETI IL SUO CICLO IL PERIODO DI CALCOLA 1:F formula inversa la frequenza e’ uguale f= 1:T AMPIEZZA E’ IL MASSIMO VALORE DI PICCO O DI CRESTA VM (MASSIMA ESCURSIONE NEGATIVA O POSITIVA) VALORE PICCO PICCO VPP E’ DATO DA VPP=2VM

23 PARAMETRI CARATTERISTICI FASE
FASE:LA SINUSOIDE POTREBBE VIAGGIARE SULLA STESSA CIRCONFERENZA CON LA VELOCITA’ MA IN POSIZIONE DIVERSA,LA SINUOIDE SLITTATA O MEGLIO SFASATE. LA FIGURA 1.33 FA VEDERE DUE SINUSOIDI IN FASE , MA CON AMPIEZZA DIVERSA. LA FIGURA 1.34 FA VEDERE LE DUE ONDE SFASATE, LO SFASAMENTO SI MISURA IN GRADI ED E’ INDICATO DALLA LETTERA GRECA 𝜙 FI. LA DIFFERENZA DI FASE PUO’ AVERE UN VALORE COMPRESO TRA ZERO E 360°. SFASAMENTO DI 90° ¼ DI FASE SI DICE CHE LE DUE ONDE SONO IN QUADRATURA DI FASE SFASAMENTO DI 180° ½ CICLO SI DICE CHE LE DUE ONDE SONO IN OPPOSIZIONE DI FASE

24 CORRENTE ANTERNATA PERIODO FREQUENZA PULSAZIONE

25 CORRENTE ANTERNATA EFFETTO PELLE
Quando in un conduttore scorre una corrente alternata, la distribuzione della corrente non è uniforme sulla sezione trasversale del conduttore stesso. La densità di corrente è maggiore alla superficie esterna (pelle) e diminuisce verso l’interno del conduttore (effetto pelle). Utilizzando un conduttore rigido sfruttiamo solo la parte esterna del conduttore con tutte le perdite del caso. Per aggirare il problema vengono utilizzati i cavi multifilari in questo caso si crea un effetto pelle in ogni singolo conduttore fruttando quindi tutta la sezione del conduttore.

26 CORRENTE ANTERNATA VALORE EFF.
Prendiamo una tensione che genera un onda sinusoidale come quella in figura, i cui valori massimo e minimo toccano rispettivamente +12v e -12v, se la andiamo a misurare con un voltmetro, scopriamo che tale tensione ha un valore di 7,7v cosa successo? Semplice, la tensione che noi misuriamo, che poi è quella a cui dobbiamo fare riferimento, è la tensione efficace, che risulta essere 0,707 volte quella di picco, quindi: VALORE efficace = V picco x 0,707 Quando si parla di tensione alternata, si fa sempre riferimento alla tensione efficace, quindi pure la tensione a 220v presente nelle nostre case è un valore efficace, questo significa che se andassimo a vedere l'onda sinusoidale della tensione a 220v presente nelle nostre case, scopriremmo che essa tocca nel picco più alto il valore +311V circa e nel picco più basso il valore di -311V circa, e il suo valore efficace è 311x0,707=220v. Ripeto che noi facciano sempre riferimento al valore efficace, che poi è quello misurato dai nostri voltmetri. Grafico del valore della tensione effettiva 1) tensione di picco 2) tensione picco picco 3) valore efficace 4) periodo

27 ONDE E ONDE ELETTROMAGNETICHE
SONO I FENOMENI DI TIPO ONDULATORIO CHE SI INQUADRANO NEL CAMPO DELLE CORRENTI ALTERNATE SU UNO SPETTRO ENORME DI FREQUENZE IL CONCETTO DI ONDA E’ DEFINIBILE COME UNA PERTURBAZIONE CHE SI PROPAGA NELLO SPAZIO SIA ESSO VUOTO O OCCUPATO DA MATERIA L’ONDA SINUSOIDALE CHE SI MUOVE ALL’INTERNO DI UN CONDUTTORE CONFERMA UN FENOMENO CHIAMATO PROPAGAZIONE DELL’ONDA ELETTROMAGNETICA RITORNANDO AL PERIODO DELL’ONDA SPIEGATO IN PRECEDENZA NEL CASO DI ONDA ELETTROMAGNETICA CORRISPONDE ALLA LUNGHEZZA D’ONDA LA LETTERA GRECA LAMDA λ

28 PROPAGAZIONE DELL’ONDA ELETTROMAGNETICA
PARLANDO DELL’ONDA, ESSA SI PROPAGA LUNGO IL CONDUTTORE, ESISTONO DEI CONDUTTORI PARTICOLARI (TIPO I COASSIALI CHE VERRANNO SPIEGATI IN SEGUITO) DOVE PER LE SUE PECULIARITA’ DI FORMA E DIMENSIONI, IN RELAZIONE ALLA FREQUENZA APPLICATA , ALLA LUNGHEZZA D’ONDA E FREQUENZA UNA PARTE DELL’ENERGIA VIENE CEDUTA NELLO SPAZIO SOTTO FORMA DELLE COSIDETTE ONDE ELETTROMAGNETICHE. PER TROVARE LA VELOCITA’DI PROPAGAZIONE DELL’ONDA ALL’INTERNO DI UN CONDUTTORE V= LAMDA λ: T TALE VELOCITA’ E’ ESPESSA IN METRI AL SECONDO PURCHE’ LAMDA SIA ESPRESSA IN METRI E FREQUENZA IN HERTZ UNA VOLTA CHE QUESTA COMPONENTE MAGNETICA LASCIA IL CONDUTTORE SI NELLO SPAZIO LIBERO SI PROPAGA ALLA VELOCITA’ DELLA LUCE KM/SEC UTILIZZANDO LA SEGUENTE FORMULA CALCOLIAMO LA LUNGHEZZA D’ONDA DELLA FREQUENZA λ= 300:F dove 300 sta per la velocita’ della luce. C STA PER 300 VELOCITA’ DELLA LUCE. DAL DIAGRAMMA SI VEDE CHE L’ONDA E’COMPOSTA DA UNA COMPONENTE MAGNETICA E UNA COMPONENTE ELETTRICA E SONO PERPENDICOLARI VETTORIALEMTE PARLANDO. IL FATTORE DI VELOCITA’ DI PROPAGAZIONE E’ LEGATO AL CAVO, MENTRE NEL VUOTO O ETERE, LA VELOCITA’ DELL’ONDA E’ PARI A QUELLA DELLA LUCE, IL SEGNALE RADIO ARRIVA IN MENO DI UN SECONDO AI NOSTRI ANTIPODI.

29 ONDE SONORE Un’onda sonora è un alternarsi di variazioni di pressione (condensazione, rarefazione) in un medium (es. aria) Lo si capisce bene osservando il comportamento di un altoparlante questo si muove in avanti e all’indietro alternativamente Il suono viaggia alla velocità del suono: 340 m/s, 1200 Km/h, IL CAMPO DI FREQUENZE E’ COMPRESO FRA 16 E HZ, SOPRA O SOTTO QUESTI LIMITI NON SONO UDIBILI DALL’UOMO

30 PANORAMA FREQUENZE LA FREQUENZA DELLE OSCILLAZIONI O VIBRAZIONI CHE INTERESSANO PRETTAMENTE IL CAMPO DELL’ELETTROTECNICA E RADIOTECNICA VENGONO SUDDIVISE A SECONDA DEL LORO COMPORTAMENTO O PER COMODITA’ DI IDENTIFICAZIONE. UNA PRIMA GROSSOLANA SUDDIVISIONE PUO’ ESSERE LA SEGUENTE: FINO A 150 KHZ FREQUENZE ACUSTICHE SUONI INFRASUONI ULTRASUONI DA 10 KHZ A 300 GHZ MHZ RADIOFREQUENZE

31 PANORAMA FREQUENZE

32 PANORAMA FREQUENZE 1 decahertz (simbolo daHz) = 101 Hz = 10 Hz
1 ettohertz (simbolo hHz) = 102 Hz = 100 Hz 1 kilohertz (simbolo kHz) = 103 Hz = 1 000 Hz 1 megahertz (simbolo MHz) = 106 Hz = 1 000 000 Hz 1 gigahertz (simbolo GHz) = 109 Hz = 1 000 000 000 Hz 1 terahertz (simbolo THz) = 1012 Hz = 1 000 000 000 000 Hz 1 petahertz (simbolo PHz) = 1015 Hz = 1 000 000 000 000 000 Hz 1 exahertz (simbolo EHz) = 1018 Hz = 1 000 000 000 000 000 000 Hz 1 zettahertz (simbolo ZHz) = 1021 Hz = 1 000 000 000 000 000 000 000 Hz 1 yottahertz (simbolo YHz) = 1024 Hz = 1 000 000 000 000 000 000 000 000 Hz

33 ONDE ARMONICHE Quando noi consideriamo una forma d'onda sinusoidale consideriamo un caso piuttosto raro, cioè il caso di un generatore perfettamente sinusoidale. Se consideriamo, invece, un suono o una voce notiamo che vi sono sinusoidi di diversa frequenza. Supponiamo che in un circuito vi siano due forme d'onda perfettamente sinusoidali una a frequenza di f1 = 100 Hz ed un'altra avente la frequenza di f2 = 300 Hz. Nel circuiti si generano automaticamente altre forme d'onda, una uguale alla somma delle due frequenze, cioè f1 + f2 = = 400 Hz ed una uguale alla differenza delle due frequenze, cioè f2 - f1 = = 200 Hz Questo fenomeno si chiama battimento tra le due frequenze sinusoidali fondamentali. Se la forma d'onda non è perfettamente sinusoidale vi sono le frequenze armoniche, cioè l'insieme delle frequenze multiple della frequenza base di un'onda. Quindi, per esempio, un'onda che non sia perfettamente sinusoidale che abbia la frequenza di 100 Hz sarà composta, di fatto, da una frequenza fondamentale, cioè una sinusoide da 100 Hz, e da numerosissime frequenze armoniche, pari al doppio, al triplo al quadruplo, ecc. della frequenza fondamentale e quindi: 200, 300, 400, 500 Hz, e così via, con ampiezze variabili. Un caso particolare di frequenze armoniche è quello dell'onda quadra. Infatti un'onda quadra avente ciclo utile del 50% è composta da una fondamentale, sinusoidale, della stessa frequenza, e delle sole armoniche dispari, con ampiezza pari alla frazione del loro numero: quindi, la terza armonica con ampiezza di un terzo, la quinta armonica con ampiezza di un quinto, e così via.

34 RESISTENZA A REGIME SINUSOIDALE
La corrente che scorre in una resistenza in corrente alternata e’ perfettamente in fase con la corrente In un circuito puramente resistivo, sottoposto a tensione alternata sinusoidale, la corrente circola perfettamente in concomitanza con la tensione applicata, ovvero la corrente circola in fase con la tensione. Come già anticipato, vettorialmente parlando, si può descrivere la tensione come un vettore in rotazione; il seno dell'angolo formato da questo vettore con l'asse x descrive l'andamento sinusoidale, che ha ampiezza massima VM. Conseguentemente anche la corrente è un vettore, dato dal rapporto tra il vettore tensione e la resistenza su cui è applicato il valore tensione. In pratica in un circuito puramente resistivo, i due vettori sono perfettamente sovrapposti, in quanto sono in fase.

35 REATTANZE Vista la reattanza in presenza di una bobina o di un condensatore, ampliamo gli orizzonti e facciamo un passo indietro, vedendo come viene definita. É la parte immaginaria dell’impedenza, nell’analisi di un circuito elettrico a corrente alternata come per esempio un circuito RLC in serie. ), produce una differenza di fase tra la corrente e la tensione del circuito ed è causata dalla presenza di induttori e/o condensatori nel circuito. Prendendo spunto da quanto spiegato finora e dalla stessa definizione appena fornita, si può intuire che quando un circuito è puramente induttivo, l’impedenza coincide con la reattanza induttiva, quando è puramente capacitivo, l’impedenza si riduce alla pura reattanza capacitiva. Se nell’analisi di un circuito ci troviamo di fronte a un condensatore e un induttore in serie, la reattanza totale è la somma algebrica delle loro reattanze. Reattanza: unità di misura La reattanza è misurata in ohm, stessa unità di misura che viene usata per la Resistenza ma attenzione a non confondere i loro meccanismi di funzionamento e i ruoli che giocano nei circuiti in diverse circostanze. Z=R+JX J PARTE IMMAGINARIA Z= XL + XC e’ la somma tra reattanza induttiva e capacitiva

36 REATTANZA CAPACITIVA Abbiamo visto che un condensatore a cui è applicata una tensione continua si comporta, a transitorio esaurito, come un circuito aperto. Quando un condensatore è sottoposto a regime sinusoidale non si comporta più come un circuito aperto, bensì viene ad assorbire corrente, presentando quella che si definisce reattanza capacitiva. La reattanza capacitiva ha un comportamento simile per certi aspetti alla resistenza elettrica, si esprime in Ohm e in valore assoluto è determinabile dalla relazione: Xc = 1 / 2π f C = 1 / ωC Dalla relazione si capisce che la reattanza capacitiva è inversamente proporzionale alla frequenza e alla capacità. In altre parole più la frequenza è bassa e più la reattanza cresce e cio è concorde con quanto si è detto prima: in regime continuo la frequenza vale 0 e la reattanza si presenta infinita (circuito aperto). Inoltre maggiore è la capacità del condensatore e più questo presenta reattanza bassa. Quando un circuito puramente capacitivo è sottoposto a regime alternato sinusoidale, la corrente non circola in concomitanza con la tensione applicata, ma si trova anticipata rispetto ad essa di 90°. Si dice che la corrente circola in quadratura di anticipo rispetto alla tensione. In altre parole il vettore corrente si trova in anticipo di 90° rispetto al vettore tensione. Si dice anche che la corrente risulta swattata rispetto alla tensione e l'origine di questa denominazione sarà chiara a fine capitolo.

37 REATTANZA INDUTTIVA Abbiamo visto che un induttore a cui è applicata una tensione continua si comporta, a transitorio esaurito, come un cortocircuito. Quando un induttore è sottoposto a regime sinusoidale non si comporta più come un cortocircuito, bensì viene a limitare la corrente assorbita, presentando quella che si definisce reattanza induttiva. La reattanza induttiva ha un comportamento simile per certi aspetti alla resistenza elettrica, si esprime in Ohm e in valore assoluto è determinabile dalla relazione: Xl = 2π f L = ωL Dalla relazione si capisce che la reattanza induttiva è direttamente proporzionale alla frequenza e all'induttanza. In altre parole più la frequenza è bassa e più la reattanza diminuisce e cioè concorde con quanto si è detto prima: in regime continuo la frequenza vale 0 e la reattanza si presenta nulla (cortocircuito). Quando un circuito puramente induttivo è sottoposto a regime alternato sinusoidale, la corrente non circola in concomitanza con la tensione applicata, ma si trova ritardata rispetto ad essa di 90°. Si dice che la corrente circola in quadratura di ritardo rispetto alla tensione. In altre parole il vettore corrente si trova in ritardo di 90° rispetto al vettore tensione. Ecco perchè la reattanza in pratica non è più assimilabile ad una resistenza, ma diviene anch'essa un vettore. In particolare la reattanza induttiva può essere scritta, secondo la : Xl = jωL In taluni casi si ricorre a definire, analogamente a quello che succedeva con R e la conduttanza, l'inverso della reattanza induttiva che si esprime in Siemens o Mho ed è chiamata suscettanza induttiva e si indica con G.

38 CONDUTTANZA AMMETTENZA,SUSCETTANZA
La conduttanza è l'espressione quantitativa dell'attitudine di un conduttore ad essere percorso da corrente elettrica. La conduttanza viene solitamente indicata con la lettera G. La sua unità di misura nel sistema internazionale è il siemens AMMETTENZA in elettrotecnica, l’inverso dell’impedenza; sua unità di misura è il siemens. SI calcola 1/z 1 diviso impedenza, puo’ essere capacitiva e induttiva . SUSCETTANZA Nei circuiti elettrici in corrente alternata si definisce suscettanza (indicata con la lettera B) la componente immaginaria dell'ammettenza. La suscettanza si misura in siemens (o più raramente in mho).

39 REATTANZA INDUTTIVA Abbiamo visto che un induttore a cui è applicata una tensione continua si comporta, a transitorio esaurito, come un cortocircuito. Quando un induttore è sottoposto a regime sinusoidale non si comporta più come un cortocircuito, bensì viene a limitare la corrente assorbita, presentando quella che si definisce reattanza induttiva. La reattanza induttiva ha un comportamento simile per certi aspetti alla resistenza elettrica, si esprime in Ohm e in valore assoluto è determinabile dalla relazione: Xl = 2π f L = ωL Dalla relazione si capisce che la reattanza induttiva è direttamente proporzionale alla frequenza e all'induttanza. In altre parole più la frequenza è bassa e più la reattanza diminuisce e cioè concorde con quanto si è detto prima: in regime continuo la frequenza vale 0 e la reattanza si presenta nulla (cortocircuito). Quando un circuito puramente induttivo è sottoposto a regime alternato sinusoidale, la corrente non circola in concomitanza con la tensione applicata, ma si trova ritardata rispetto ad essa di 90°. Si dice che la corrente circola in quadratura di ritardo rispetto alla tensione. In altre parole il vettore corrente si trova in ritardo di 90° rispetto al vettore tensione. Ecco perchè la reattanza in pratica non è più assimilabile ad una resistenza, ma diviene anch'essa un vettore. In particolare la reattanza induttiva può essere scritta, secondo la : Xl = jωL In taluni casi si ricorre a definire, analogamente a quello che succedeva con R e la conduttanza, l'inverso della reattanza induttiva che si esprime in Siemens o Mho ed è chiamata suscettanza induttiva e si indica con G.

40 REATTANZA INDUTTIVA Abbiamo visto che un induttore a cui è applicata una tensione continua si comporta, a transitorio esaurito, come un cortocircuito. Quando un induttore è sottoposto a regime sinusoidale non si comporta più come un cortocircuito, bensì viene a limitare la corrente assorbita, presentando quella che si definisce reattanza induttiva. La reattanza induttiva ha un comportamento simile per certi aspetti alla resistenza elettrica, si esprime in Ohm e in valore assoluto è determinabile dalla relazione: Xl = 2π f L = ωL Dalla relazione si capisce che la reattanza induttiva è direttamente proporzionale alla frequenza e all'induttanza. In altre parole più la frequenza è bassa e più la reattanza diminuisce e cioè concorde con quanto si è detto prima: in regime continuo la frequenza vale 0 e la reattanza si presenta nulla (cortocircuito). Quando un circuito puramente induttivo è sottoposto a regime alternato sinusoidale, la corrente non circola in concomitanza con la tensione applicata, ma si trova ritardata rispetto ad essa di 90°. Si dice che la corrente circola in quadratura di ritardo rispetto alla tensione. In altre parole il vettore corrente si trova in ritardo di 90° rispetto al vettore tensione. Ecco perchè la reattanza in pratica non è più assimilabile ad una resistenza, ma diviene anch'essa un vettore. In particolare la reattanza induttiva può essere scritta, secondo la : Xl = jωL In taluni casi si ricorre a definire, analogamente a quello che succedeva con R e la conduttanza, l'inverso della reattanza induttiva che si esprime in Siemens o Mho ed è chiamata suscettanza induttiva e si indica con G.

41 MAGNETISMO ED ELETTROMAGNETISMO
Un campo magnetico viene generato da magneti naturali o da magneti artificiali. Questi presentano un polo nord e un polo sud inseparabili. Infatti se dividiamo un magnete, la coppia di poli compare su entrambe le parti. Poli opposti si attraggono e poli uguali si respingono. Questi corpi possiedono la proprietà di attirare determinate sostanze. Questa caratteristica viene definita magnetismo. Le linee di forza del campo magnetico convenzionalmente si ritengono uscenti dal polo nord ed entranti nel polo sud. ELETTROMAGNETISMO Un campo magnetico con le conseguenti linee di forza, può essere generato anche per via elettrica: quando una corrente elettrica I percorre un conduttore, crea nello spazio circostante un campo magnetico (in figura sono rappresentate in blu le linee di forza di forma circolare intorno al conduttore). Si ha il vantaggio, rispetto ai magneti, di poter influire sul campo magnetico agendo sull'intensità e sul verso della corrente.

42 SOLENOIDE Se vogliamo che le linee di forza, distribuite come visto lungo un conduttore percorso da corrente, si combinino creando un effetto di maggior rilievo, è possibile formare con il conduttore una spira (immagine a destra). In questo modo le linee di forza si incontrano all'interno della spira tutte con lo stesso verso e, di conseguenza, si forma un unico campo magnetico. Proseguendo in questo processo per permettere a più linee di forza di combinarsi, possono essere affiancate diverse spire, avvolgendo più volte il conduttore su se stesso. Si ottiene quello che viene chiamato solenoiede o bobina. Un solenoide percorso da corrente si comporta come un magnete, con il polo nord da una parte e il polo sud dall'altra. Si ha anche il vantaggio di poter invertire la posizione dei poli, invertendo il verso della corrente.

43 CIRCUITI MAGNETICI Un circuito elettrico è un insieme opportunamente coordinato di materiali elettrici, avente lo scopo di stabilire un determinato andamento (o percorso) della corrente elettrica I, generata da una adeguata f.e.m. U ( forza elettro-motrice) analogamente un circuito magnetico è un insieme opportunamente coordinato di materiali magnetici, avente lo scopo di stabilire un determinato andamento (o percorso) del Flusso magnetico indotto Φ generato da una adeguata f.m.m. NI (forza magneto-motrice)   Nei problemi relativi ai circuiti elettrici si richiede di determinare la differenza di potenziale e le correnti nei diversi rami e elementi della rete elettrica dovute alla presenza di generatori di tensione e di corrente. Analogamente i problemi relativi ai circuiti magnetici riguardano la determinazione dei flussi magnetici e intensità di campi magnetici nelle diverse parti dei circuiti causate dalle correnti che circolano negli bobine avvolte intorno ai nuclei magnetici (AMPERSPIRE)

44 TRASFORMATORI IL trasformatore è una macchina elettrica statica (perché si muovono solo gli elettroni e non contiene parti in movimento[1]) e in quanto macchina è reversibile, poiché serve per variare (trasformare) i parametri elettrici (tensione e intensità di corrente) da una rete primaria ad una secondaria, mantenendo costante la potenza elettrica apparente. Il trasformatore trasferisce energia elettrica da un circuito elettrico a un altro, accoppiati induttivamente, senza che siano a contatto tra loro: gli avvolgimenti del trasformatore. Un'applicazione tipica è nelle cabine elettriche di trasformazione della rete elettrica e negli alimentatori elettrici per elettrodomestici.

45 TRASFORMATORI IL TRASFORMATORE SFRUTTA LA MUTUA INDUZIONE , IN PARTICOLARE UN SELONOIDE POSTO NELLE VICINANZE DI UN ALTRO SOLENOIDE ALIMENTATO CON PRODUZIONE DI FLUSSO MAGNETICO, LO STESSO FLUSSO SI CONCATENA CON IL SOLENOIDE SECONDARIO E AI SUOI CAPI SI MISURA UNA FORZA ELETTROMOTRICE ALTERNATA CHE SI OPPONE A QUELLA DEL PRIMARIO SECONDO QUELLO CHE DICE LA LEGE DI LENZ. Il TUTTO E’ GOVERNATO DA UN RAPPORTO SPIRE TENSIONE IL RAPPORTO DI TRASFORMAZIONE E’ DATO DALLA DIVISIONE DEL NUMERO DELLE SPIRE DEL PRIMARIO CON QUELLE DEL SECONDARIO NP/NS.

46 REATTANZA INDUTTIVA E CAPACITIVA
La reattanza è l'effetto resistivo prodotto da induttori e capacitori (componenti reattivi) incorrente alternata e si suddivide in:•reattanza INDUTTIVA (induttori);•reattanza CAPACITIVA (condensatori).La reattanza induttiva è direttamente proporzionale alla frequenza: in bassa frequenza una bobina è assimilabile a un interruttore chiuso (corto circuito) mentre in alta frequenza si comporta come un interruttore aperto. Infatti, XL reattanza induttiva, si calcola come, XL= 2 • π • f • L [Ω].La reattanza capacitiva è inversamente proporzionale alla frequenza: in bassa frequenza il condensatore si comporta come un interruttore aperto mentre in alta frequenza sicomporta come un interruttore chiuso (corto circuito).Infatti, Xc reattanza capacitiva, si calcola come, XC= 1/(2 • π • f • C) [Ω]

47 CIRCUITI IN RISONANZA Il fenomeno che si verifica nei circuiti elettrici quando vi sono elementi reattivi di tipo induttivo e di tipo capacitivo. Il più semplice circuito risonante è costituito da un resistore R, un induttore L e un condensatore C collegati in serie; la condizione di risonanza si ha quando la frequenza della tensione . 1° FORMULA In queste condizioni le reattanze induttiva e capacitiva del circuito assumono valori uguali, cosicché la reattanza complessiva risulta nulla e l'impedenza assume il minimo valore possibile, riducendosi alla sola costante la tensione V di alimentazione del circuito). Sull'induttore e sul condensatore si stabiliscono due tensioni VLr e VCr uguali e in opposizione di fase e quindi a risultante nulla e può accadere che tali tensioni, data l'elevata intensità di corrente, siano superiori alla tensione V di alimentazione. Il fenomeno si verifica anche nei circuiti costituiti dal collegamento in parallelo di due bipoli con reattanze di tipo diverso: se RL e L sono la resistenza e l'induttanza del primo bipolo, RC e C la resistenza e la capacità del secondo, si ha la condizione di risonanza quando la frequenza ha valore tale da rendere uguali le suscettanze equivalenti dei due bipoli: ciò avviene alla frequenza di risonanza. Resistenza R; la corrente raggiunge allora la massima intensità, data dal valore (se nei circuiti risonanti in parallelo l'ammettenza assume, in condizioni di risonanza, il valore minimo possibile, quindi, se la tensione di alimentazione è costante al variare della frequenza, si ha la minima intensità di corrente. La risonanza in parallelo è detta spesso antirisonanza.

48 CIRCUITI LC Il circuito oscillante è un particolare circuito elettrico, fondamentale per lo studio del funzionamento della radio. È un componente chiave in molti dispositivi elettronici ed è utilizzato per generare segnali a una particolare frequenza o per rilevarne uno filtrando un segnale complesso in ricezione. Costituisce anche un filtro passa-banda, arresta-banda, passa-basso o passa- alto a seconda della sua costituzione. La domanda di sintonia, ad esempio, è un esempio di filtro passa-banda. Il circuito LC può immagazzinare energia elettrica in base alla sua frequenza di risonanza. Il condensatore immagazzina energia elettrica e l’induttore la trasforma in energia elettromagnetica. Se un condensatore carico è collegato a un induttore, per differenza di potenziale l’energia fluisce attraverso l’induttore e il campo magnetico aumenta in intensità (a discapito di quello elettrico). Per la legge di Lenz, però, nasce una forza elettromotrice che si oppone alla diminuzione di flusso di energia che si verifica nella bobina. La corrente elettrica circola nuovamente e carica il condensatore con corrente di segno opposto a quello precedente, fino a che la corrente si annulla. L’energia del campo magnetico si tramuta completamente, quindi, in elettrica. La differenza di potenziale fa poi nuovamente scaricare il condensatore sulla bobina; questo fenomeno si ripete all’infinito. In un circuito reale sintonizzato le oscillazioni sono migliaia o milioni al secondo.

49 CIRCUITI RLC SERIE R, non e’ necessariamente una resistenza, puo’ essere anche che sia il risultato delle parti resistive dei due componenti L C. Le tensioni parziali come e’ noto variano variano ai capi di L e C, la vl cresce con la frequenza la vc diminuisce esattamente come le rispettive reattanze. Ne consegue che alla frequenza di risonanza si elidono xl=xc e ne consegue che l’unica opposizione al passaggio della corrente e’ la R Questa e’ una caratteristica fondamentale della risonanza serie denominata anche risonanza di corrente, si ha un valore di Imax in corrispondenza della frequenza di risonanza Fo, cio’ sta a significare che si ha una impedenza bassissima come si nota dal grafico.

50 CIRCUITI RLC PARALLELO
La risonanza in Parallelo, e’detta anche antirisonanza, come si nota l’andamento della corrente e’ praticamente opposto all’rlc serie, in pratica l’impedenza ha dei valori elevati (contrariamente alla risonanza rlc serie) e di conseguenza una corrente molto bassa prossima a zero, infatti si chiama anche risonanza di Tensione. Una cosa molto importante e’ il coefficiente Q, che indica la bonta’ dell’impedenza, piu’ alto e’ e migliore e’ la qualita’ del componente. In Pratica ai capi di L e C si creano delle tensioni che possone essere molto piu’ elevate di quella prodotta dal generatore il rapporto Si definisce rapporto di sovratensione Q o fattore di Merito

51 SELETTIVITA’ O LARGHEZZA DI BANDA
Riferendoci ai circuiti precedenti e alle curve di risonanza l’andamento delle stesse curve e’ fortemente influenzato dalla R, piu’ e’ grande (per i circuiti risonanza serie) e piu’ e’ piccola per i circuiti, meno e’ sentito l’effetto di compensazione delle reattanze quindi e’ meno sensibile il cosiddetto picco di risonanza come si vede nel Grafico a fianco. Quando il Q e’ basso la curva e’ piu appiattita, significa meno selettivita’, con un Q alto a 100 abbiamo una curva piu’ stretta. Un circuito con i limiti di Banda khz la sua larghezza di banda B= f2 – f1 = = 140 khz di larghezza di banda, la frequenza centrale e’ fo=f2 – B/2= F1+ B/2 = 7000 khz il Q e’ semplicemente calcolato con Q= fo/B = 7000/140= 50