Ingegneria dell'Energia Elettrica

Il campo elettrico stazionario. Le equazioni di Maxwell in regime statico o quasi-statico. Il campo elettrico: forze di Coulomb, potenziale e campo elettrico, energia elettrostatica. Capacità. I dielettrici: polarizzazione e rigidità dielettrica. Caratteristiche dei materiali isolanti. Legge di Gauss. Equazioni di Poisson e di Laplace. Esempi di campi elettrici in configurazioni canoniche. Leggi di rifrazione del campo elettrico in presenza di una superficie di separazione piana. Metodo delle immagini elettriche per superfici di separazione piane o cilindriche. Il condensatore. Energia associata al campo elettrico. Collegamento di condensatori. Cilindri coassiali. Conduttore cilindrico carico uniformemente. Linea bifilare. Conduttore sul terreno. Capacità parziali di una linea multiconduttore sul terreno. Capacità parziali del cavo tripolare. Effetto della fune di guardia nelle linee aeree. Campo di corrente. Resistività dei materiali. Legge di Ohm. Campo di corrente in un mezzo omogeneo: sfera, sorgente filiforme di dimensioni finite. Resistività in funzione della temperatura. Principio di continuità della corrente. Resistenza di isolamento. Collegamento di resistori. Potenza. Leggi di Kirchhoff. Elettrodi nel terreno: sfera, semisfera, sbarra cilindrica. Dispersori di terra, tensione di passo. Il campo magnetico stazionario. Campo magnetico. Legge di Biot-Savart. Forza di Laplace. Legge di circuitazione per il campo magnetico. L’induzione magnetica nei materiali non ferromagnetici. La divergenza di B e il flusso del vettore induzione. Il metodo delle immagini. Forza magnetomotrice. Forza elettromotrice in presenza di induzione magnetica. Seconda equazione di Maxwell. Energia associata al campo magnetico. Fenomeni di induzione magnetica. Spira rotante in un campo di induzione magnetica. Energia magnetica associata a circuiti filiformi. Polarizzazione magnetica. Dia-, para- e ferro-magnetismo. Ciclo di isteresi. Materiali magnetici dolci, duri, amorfi. Magneti permanenti. Circuiti magnetici. Analogie e differenze rispetto ai circuiti elettrici. Reti magnetiche. Induttanze proprie e mutue di circuiti filiformi accoppiati. Relazioni tra L e M. Energia magnetica in funzione di L, M. Induttanza di una bobina su un nucleo. Induttanza di una linea bifilare: induttanza interna ed esterna. Analisi dei circuiti a costanti concentrate. Regime continuo. Legge di Ohm generalizzata. Convenzione dei generatori e degli utilizzatori. Equazioni per le tensioni di maglia. Caratteristica esterna dei bipoli attivi generatore di forza elettromotrice e di corrente. Adattamento del carico. Resistenza equivalente (o d’ingresso) di una rete passiva. Trasformazione di bipoli attivi. Trasformazione di reti passive a tre terminali. Teorema di Tellegen, potenze virtuali. T. di sovrapposizione degli effetti. Teorema di compensazione. T. di reciprocità. Teoremi di Thévenin e di Norton. Grafo, albero e coalbero di una rete elettrica. Analisi di una rete mediante le leggi di Kirchhoff. Il metodo dei potenziali nodali. Il metodo delle correnti di maglia. I generatori controllati. Regime periodico sinusoidale. Grandezze in regime periodico sinusoidale, definizioni. Metodo simbolico: operazioni algebriche, integrale, derivata di f. sinusoidali. Potenze in regime periodico sinusoidale: istantanea, attiva, reattiva, apparente. Operatori di impedenza e di ammettenza. Potenza complessa. Potenze nei componenti ideali resistivi, capacitivi, induttivi. Bipoli resistivo-capacitivo e resistivo induttivo serie e parallelo. Circuito R-L-C serie e parallelo. Risonanza. Leggi di Kirchhoff e teorema di Kennelly-Steinmetz. Teorema di Boucherot. Circuiti con lati mutuamente accoppiati. Metodo delle maglie senza lati mutuamente accoppiati, senza o con generatori di corrente non trasformabili. Metodo delle maglie con lati mutuamente accoppiati. Metodo dei potenziali nodali senza o con generatori di f.e.m. non trasformabili. Rifasamento. Doppi bipoli, matrice di trasferimento e relazione di reciprocità. Collegamento in cascata di doppi bipoli. Determinazione delle costanti ausiliarie di un doppio bipolo. Prove a vuoto e in corto circuito, circuiti equivalenti ai morsetti esterni. Trasformatore ideale e circuito equivalente. Doppio bipolo chiuso su impedenza. Impedenza immagine, iterativa, caratteristica. Sistemi trifase. Generazione di una terna simmetrica di f.e.m., proprietà e definizioni in un sistema trifase. Carico equilibrato a stella o a triangolo. Circuito equivalente monofase. Carichi squilibrati a stella (con o senza neutro) o a triangolo. Potenza nei sistemi trifase. Rifasamento. Inserzione Aron. Cenni sul regime periodico non sinusoidale. Metodi di analisi. Definizione di potenza attiva e potenza apparente. Filtri del I ordine. Analisi dei circuiti a parametri distribuiti. Limiti della formulazione a costanti concentrate. Ipotesi alla base delle equazioni dei telegrafisti. Soluzione delle equazioni. Lunghezza d’onda. Onde stazionarie. Linea chiusa su impedenza, impedenza d’ingresso. Condizione di adattamento. Propagazione unidirezionale. Condizione di non distorsione. Linea a vuoto o in corto circuito. Circuito equivalente secondo Thévenin o Norton di una linea. Potenze in un circuito a costanti distribuite. Circuito equivalente di una linea. Linea non dissipativa. Linea elettricamente corta. Caduta di tensione nell’ipotesi di linea elettricamente corta.

E' richiesta la conoscenza approfondita dei principi e delle equazioni descrittive del campo elettromagnetico, acquisita superando un corso di Fisica di livello universitario.

M. D’Amore, Elettrotecnica (2 volumi), ed. Siderea

La frequenza è fortemente raccomandata.

L'esame consta di una prova scritta e una prova orale: lo scritto richiede la soluzione numerica di 3 esercizi, l'orale prevede tre domande di teoria. Si è ammessi all'orale con votazione maggiore o eguale a 18. Allo scritto un esercizio è sui campi elettromagnetici (elettrostatica, elettrocinetica stazionaria o magnetostatica), due esercizi vertono sui circuiti in regime periodico sinusoidale. Sia allo scritto che all'orale, il peso dei singoli esercizi o delle domande è lo stesso (10 punti ad esercizio o domanda).

Lezioni ed esercitazioni sono svolte in aula con modalità tradizionale, alla lavagna.