Materie di Ingegneria Elettronica




Teoria delle Reti Elettriche ed Elettrotecnica

Questa è la prima materia propriamente d'indirizzo presente nel curriculum di ingegneria elettronica. Base fondamentale per inquadrare ciò che andremo a studiare e sulla quale lavoreremo una volta concluso il ciclo di studi. "Teoria delle Reti Elettriche" fornisce tutti gli strumenti per risolvere circuiti e reti di componenti lineari sia in regime statico che periodico, mentre "Elettrotecnica" insieme a "Fisica Generale 2" forniscono tutti gli strumenti utili per comprendere il mondo dei campi elettrici e magnetici (e quindi il campo elettromagnetico).
Pur essendo due materie distinte (anche se strettamente connesse) il professor Bellina, durante il suo corso, le mescola continuamente trattando prima gli argomenti di elettrotecnica e successivamente introducendo i relativi componenti studiati nella teoria delle reti elettriche. Le materie, di conseguenza, diventano un tutt'uno.

Conoscenze pregresse:
-Algebra lineare (vettori e matrici);
-Analisi matematica 1 (integrali, derivate ed equazioni differenziali);
-Analisi matematica 2 (flussi, rotori, divergenze e campo complesso);
-Fisica 1 (impostazione e risoluzione di problemi)
Indice degli argomenti:
-Domini duali e orientazioni
-Cariche elettriche e campo di corrente
-Densità di corrente e corrente superficiale
-Intensità di corrente
-Operatore divergenza
-Tubi di flusso e campi solenoidali
-Legge di continuità della carica elettrica
-Forze elettriche, forze elettriche specifiche e campo coulombiano
-Lavoro elettrico, forze conservative e non conservative
-Tensione elettrica
-Operatori gradiente e rotore e campi irrotazionali
-Potenziale elettrico e superfici equipotenziali
-Il Voltmetro
-Potenza elettrica per unità di volumee in un tratto di tubo di flusso
-Legge di Ohm e di Joule
-Resistenza e conduttanza elettrica
-Legge costitutiva del campo di corrente
-Resistenza dei tubi di flusso di forma generica
-Resistore filiforme, cilindrico, sferico e dispersore di terra
-Comportamento sulle superfici di discontinuità
-Equazione di Poissone e Laplace per il campo di corrente e condizioni al contorno
-Lavoro elettrico del campo coulombiano
-Forze generatrici
-Legge costitutiva del campo di corrente in presenza di forze generatrici
-Forza elettromotrice, generatore a vuoto e a carico
-Misure di tensione nei generatori
-Bilanci di potenza
-Tipologie di forze generatrici e pila Daniel
-Teoria delle reti
-Generalità e regimi di funzionamento
-Bipoli, n-poli ed m-bipoli
-Lavoro elettrico e potenza
-Convenzioni del generatore e dell'utilizzatore
-Wattmetro
-Maglie ed insiemi di taglio
-Principi di Kirchhoff per le reti di n-poli
-Generalità e classifcazione dei bipoli. Resistori, generatori, bipoli affini
-Resistori non lineari, resistenza e conduttanza differenziale, punto di lavoro
-Bipoli in serie e parallelo
-Formule di Millmann, partitori di tensione e di corrente
-Analisi delle reti di bipoli in regime stazionario
-Cenni alla teoria dei grafi e matrici di incidenza
-Albero e coalbero di una rete, insiemi di taglio e maglie fondamentali
-Metodo dei potenziali ai nodi
-Conversione stella - poligono e triangolo - stella
-Metodo delle correnti di maglia
-Teoremi di Tellegen e di sostituzione
-Bilancio delle potenze
-Principio della sovrapposizione degli effetti
-Resistenza eq. di una rete passiva
-Teoremi di Thevenin e di Norton
-Rendimento, adattamento del carico e massimo trasferimento di potenza
-Circuito a ponte e potenziometrico
-Doppi bipoli affni, inerti e passivi, matrici di resistenza, di conduttanza e ibride (g ed h)
-Sintesi a T e pigreco di doppi bipoli
-Generatori dipendenti
-Campo Elettrostatico
-Espressioni di campo e potenziale in un mezzo uniforme
-Corpi conduttori in regime elettrostatico, legge di Faraday
-Vettore spostamento elettrico, teorema di Gauss
-Legge costitutiva per i materiali dielettrici
-Campo elettrostatico sulla superficie dei conduttori
-Principio di metallizzazione
-Comportamento sulle superfici di discontinuità
-Equazioni di Poisson e di Laplace e condizioni al contorno
-Campo nello spazio circostante i conduttori percorsi da corrente
-Componenti irrotazionali e laplaciane dei vettori, teorema di Helmoltz-Clebsh
-Dielettrici resistivi, rilassamento della distribuzione volumica di carica
-Campo elettrostatico piano, cilindrico, sferico e generato da una linea bifilare
-Condensatore, capacità, calcolo della capacità per geometrie notevoli (piana, cilindrica, sferica e della linea bifilare)
-Effetti d'estremità
-Capacità parziali di un insieme di conduttori
-Condensatori con dielettrico non omogeneo
-Energia elettrostatica e densità di energia in termini di vettori e di capacità
-Forze nei condensatori
-Comportamento circuitale dei condensatori
-Integrale di corrente
-Bipolo condensatore, schema equivalente di capacità parziali
-Energia capacitiva e condizioni iniziali
-Risposta ad ingressi notevoli in tensione e in corrente
-Condensatore collegato ad un generatore affine: carica e scarica, costante di tempo
-Maglie capacitive
-Condensatori in serie e parallelo, circuiti equivalenti, partitore capacitivo
-Momento elettrico di una distribuzione di cariche, dipoli elettrici e loro proprietà, dipoli elettrici ideali, proprietà asintotica
-Studio della polarizzazione mediante la teoria dei dipoli elettrici. Vettore polarizzazione e legge costitutiva
-Campo Magnetico, esperimento introduttivo
-Integrale di tensione, vettore induzione magnetica
-Legge di Lenz e flusso concatenato con un circuito, proprietà dell'induzione magnetica
-Convenzioni
-Potenziale vettore magnetico
-Legge di Faraday-Neumann, forza elettrica specifica mozionale, campo elettrico indotto, campo elettrico generico
-Seconda equazione di Maxwell
-Tensiometro magnetico
-Vettore campo magnetico e legge di Ampere
-Legge costitutiva per i materiali lineari
-Densità di corrente di spostamento e totale
-Prima equazione di Maxwell
-Calcolo del campo magnetostatico cilindrico, toroidale e generato da un filo rettilineo
-Permeametro e proprietà magnetiche della materia: materiali dia-, para- e ferromagnetici
-Comportamento sulle superfici di discontinuità
-Equazioni vettoriali di Poisson e Laplace e condizioni al contorno
-Espressioni dei campi in un mezzo uniforme
-Coefficienti di auto e mutua induzione, auto e mutue inertanze
-Integrale di Neumann
-Calcolo coefficienti per solenoide cilindrico, toroidale, linea bifilare
-Lavoro di magnetizzazione, densità di lavoro, energia magnetica in termini di campi e di coefficienti d'auto e mutua induzione
-Coefficienti d'autoinduzione per mezzo dell'energia, caso del cavo coassiale
-Simmetria delle matrici
-Dispersione ed accoppiamento
-Comportamento circuitale degli induttori
-Bipoli ed N-bipoli induttivi
-Energia induttiva e condizioni iniziali
-Risposta ad ingressi notevoli in tensione e corrente
-Induttore collegato ad un generatore affine: carica e scarica, costante di tempo
-Insiemi di taglio induttivi
-Mutui induttori accoppiati in serie e parallelo, circuiti equivalenti, auto e mutue inertanze
-Analisi delle reti in regime sinusoidale
-Grandezze periodiche anche non sinusoidali: definizioni, valore massimo, medio ed efficace, fattore di forma
-Grandezze sinusoidali: rappresentazione nel dominio del tempo, simbolica e fasoriale
-Operazioni sulle sinusoidi e sui fasori
-Rappresentazione simbolica di tensioni e correnti
-Principi di Kirchhoff, comportamento dei generatori, resistori, condensatori ed induttori
-Impedenza, reattanza, ammettenza, suscettanza
-Sintesi serie e parallelo di impedenze ed ammettenze
-Potenza in regime periodico: istantanea, attiva, apparente, reattiva e complessa
-Potenza in termini di impedenza ed ammettenza
-Strumenti di misura in regime sinusoidale
-Metodi dei potenziali nodali e delle correnti di maglia. Teoremi delle reti in regime sinusoidale: di Tellegen, di Boucherot, di Thevenin e Norton
-Bipoli in serie e parallelo, formule di Millmann
-Principio della sovrapposizione degli effetti
-Studio in frequenza di alcuni bipoli passivi, risonanza RLC serie e parallelo
-Doppi bipoli induttivi in regime sinusoidale, trasformatore ideale e reale in regime sinusoidale, circuiti equivalenti, adattamento di impedenza
-Campo magnetico - completamento
-Momento magnetico di una distribuzione di correnti, momento di dipolo magnetico, proprietà asintotica (senza dimostrazione)
-Dipoli magnetici ideali, studio della magnetizzazione mediante la teoria dei dipoli magnetici
-Vettore magnetizzazione e legge costitutiva
-Distribuzioni equivalenti di correnti superficiali e volumiche
-Analisi delle reti in regime periodico non sinusoidale
-Rappresentazione di correnti e tensione mediante serie di Fourier
-Bipoli in regime periodico non sinusoidale
-Generatori periodici non sinusoidali
-Cenno ai componenti non lineari
-Potenze istantanea, attiva ed apparente
-Analisi delle reti in regime variabile quasi-stazionario
-Richiami sulle reti di bipoli in regime variabile
-Analisi in corrispondenza degli istanti critici
-Analisi qualitativa del comportamento circuitale
-Analisi dell'evoluzione temporale mediante equazioni differenziali
-Soluzione dell'equazione omogenea, equazione caratteristica, evoluzione libera
-Soluzione particolare in presenza di ingressi stazionario, a rampa e sinusoidale
-Risposta allo stato zero ed all'ingresso nullo
-Risposta di una rete all'ingresso a gradino ed impulsivo. Integrale di convoluzione
-Espressione della risposta mediante l'integrale di convoluzione
-Applicazione della trasformazione di Laplace: definizione e proprietà, principi di Kirchhoff, impedenza operatoriale, circuiti equivalenti per induttori e condensatori, sovrapposizione degli effetti nello spazio delle funzioni trasformate, funzione di trasferimento
-Sistemi Trifasi: sistemi simmetrici diretti ed inversi
-Carichi a stella ed a triangolo, generatori a stella ed a triangolo, cenno ai carichi non simmetrici
-Rete monofase equivalente
-Potenza nei sistemi trifasi e rifasamento
-Circuiti magnetici
-Potenziale scalare magnetico, tensione magnetica
-Tubi di flusso d'induzione, riluttanza, permeanza
-Legge di Hopkinson
-Analogia con le reti elettriche, generatori di forza magnetomotrice e di flusso
-Nuclei ferromagnetici e circuiti magnetici con magneti permanenti
-Espressione dei coefficienti d'auto e mutua induzione mediante auto e mutue permeanze
-Nuclei ferromagnetici in regime sinusoidale
-Modello semplificato: correnti parassite nei lamierini magnetici e perdite nei lamierini magnetici
-Induttori con nuclei ferromagnetici
-Riluttanza complessa
-Diffusione del campo magnetico attraverso una lastra piana conduttrice
-Equazione di Helmoltz
-Effetto pelle in una lastra piana conduttrice

Materiale per lo studio della materia

Come si può notare dall'indice in prima pagina gli argomenti sono molti e molto vasti. Questo limita qualunque tentativo di completare un buon raccoglitore di appunti scritti bene ed è questo proprio il problema.
In attesa di una buon pdf contenente tutti gli appunti presi durante le lezioni del Prof. Bellina, pubblico una serie di materiale riguardante parti del corso ben specifiche.

Dispense scritte dal prof. Bellina Fabrizio che trattano gli argomenti di Elettrotecnica e Teoria delle Reti Elettriche (presente anche sul suo sito qua e qua)
-Dispensa-ET-elettr_24_11_2012.pdf [2,32 MB]
-Dispensa-TRE-ele.pdf [437 KB]

Piccole dispense scritte dal prof. Bellina Fabrizio su vari argomenti:
-doppi_bipoli.pdf [7,24 MB]
-reti_regime_variabile_quasi_stazionario.zip [15,2 MB]
-potenza_regime_periodico_non_sin.zip [11,7 MB]

Argomenti singoli, trattati bene, presi da varie dispense di studenti:
-equazione_diffusione_effetto_pelle.pdf [5,73 MB] (Credo siano del buon Andrea Cernoia)

Dispensa trovata on-line (si ringrazia il buon Giovanni Zamolo) che spiega molto bene i concetti del magnetismo e fornisce del materiale alternativo a quello del professore.
-Magnetismo.zip [692 KB]

Materiale per lo svolgimento degli esercizi

-esercizi_regime_variabile.zip [40,8 MB]
-eserciziario.zip [6,02 MB]

Vecchi temi d'esame

-testi_esami.zip [30,5 MB]