L’insegnamento verte sui fondamenti della teoria dei circuiti, con l’obiettivo di fornire gli strumenti di modellizzazione e calcolo indispensabili per comprendere le applicazioni dell’elettrotecnica nel settore dell'ingegneria industriale e di processo (di cui l’ingegneria chimica è parte rilevante), con particolare riferimento ai sistemi per la distribuzione e l'utilizzazione dell'energia elettrica.

A seguito del superamento dell’esame, nella misura quantificata dal voto di profitto ottenuto, lo studente:

• conosce le leggi, i principali teoremi e metodi della teoria dei circuiti lineari (D1); E' in grado di applicare tale conoscenza utilizzando le tecniche di analisi più opportune per risolvere circuiti lineari (soluzione di circuiti resistivi, risposta transitoria e a regime di circuiti dinamici del primo ordine, soluzione di circuiti dinamici funzionanti in regime sinusoidale operando nel dominio dei fasori) (D2).
• comprende i principi di base della risposta in frequenza nei circuiti (D1);
• comprende i termini di base della non-linearità nei circuiti (D1);
• conosce i concetti teorici alla base della distribuzione e utilizzazione industriale dell’energia elettrica, con particolare riferimento alla caratterizzazione della potenza in regime sinusoidale, ai sistemi trifase, alla struttura del sistema elettrico (D1); E' in grado di applicare tale conoscenza per ottenere soluzione a specifici problemi riguardanti l’utilizzazione industriale dell’energia elettrica (D2).

Descrittore di Dublino D1: Conocenza e capacità di comprensione.

Descrittore di Dublino D2: Capacità di applicare conoscenza e comprensione.

Grandezze elettriche e circuiti elettrici. Corrente, tensione, potenza e energia elettrica. Nozione di circuito elettrico, bipolo, multipolo, nodo, superficie chiusa, percorso chiuso. Leggi di Kirchhoff delle correnti e delle tensioni. Teorema di Tellegen (conservazione della potenza). Relazione costitutiva di un bipolo e di un multipolo.

Circuiti resistivi lineari. Relazione costitutiva e proprietà del resistore lineare, del cortocircuito e circuito aperto, dei generatori ideali e non ideali. Equivalenza esterna di bipoli. Bipoli in connessione serie e parallelo, triangolo e stella. Circuiti semplici: a una maglia, con due nodi. Partitori di tensione e di corrente. Trasformazione di generatori non ideali. Teorema del massimo trasferimento di potenza. Trasformatore ideale: relazione costitutiva e proprietà.

Linearità e sovrapposizione. Teorema di sovrapposizione degli effetti, teoremi di Thévenin e Norton.

Analisi nodale. Tensioni nodali, scrittura del sistema di equazioni risolutive

Circuiti resistivi non lineari. Relazione costitutiva di un resistore non lineare. Proprietà: resistore passivo/attivo, simmetrico/non simmetrico. Connessione serie e parallelo di resistori non lineari. Alcuni esempi dalle applicazioni (diodo a giunzione e ideale, cella fotovoltaica).

Circuiti dinamici lineari del primo ordine. Fenomeni capacitivi e induttivi. Relazioni costitutive e proprietà del condensatore e dell’induttore. Circuiti RC e RL: risposta transitoria e a regime. Cenni ai circuiti dinamici di ordine superiore al primo.

Regime sinusoidale. Sinusoidi e fasori. Valore efficace. Impedenza e ammettenza. Analisi dei circuiti nel dominio dei fasori. Sovrapposizione di regimi con frequenze diverse. Funzioni di rete: risposta in frequenza. Circuiti risonanti serie e parallelo. Filtri elementari.

Potenza in regime sinusoidale. Potenza istantanea, potenza attiva, potenza reattiva, potenza apparente, potenza complessa, fattore di potenza. Conservazione della potenza complessa. Massimo trasferimento di potenza attiva. Rifasamento di carichi.

Sistemi trifase. Circuiti trifase con carico equilibrato e squilibrato, circuiti trifase con neutro. Potenze nei sistemi trifase. Rifasamento nei sistemi trifase. Trasformatore ideale trifase. Elementi di distribuzione e utilizzazione industriale dell’energia elettrica. Cenni di sicurezza elettrica. 

Matematica:

Necessari: algebra dei numeri complessi, calcolo differenziale per funzioni di variabile reale, elementi di calcolo matriciale. Consigliati: equazioni differenziali lineari a coefficienti costanti.

Fisica:

Necessari: concetti di potenza, lavoro, energia. Consigliati: elettrostatica e magnetostatica.

Le prove d'esame sono svolte esclusivamente in forma scritta (non sono previste prove orali).

Con riferimento ai risultati di apprendimento sopra descritti, la prova scritta richiede

• la soluzione (analitica e/o numerica) di problemi sui contenuti del corso per i quali si richiede di applicare la conoscenza acquisita (D2). Tali problemi sono di natura analoga a quelli proposti e svolti durante le esercitazioni e possono riguardare in particolare: la soluzione di circuiti resistivi; la risposta transitoria e a regime di circuiti dinamici del primo ordine; la soluzione di circuiti dinamici funzionanti in regime sinusoidale operando nel dominio dei fasori; la soluzione di specifici problemi riguardanti l’utilizzazione industriale dell’energia elettrica.
• la risposta a domande di carattere teorico (a risposta aperta e/o multipla) per tutti i contenuti del corso per i quali si richiede conoscenza e capacità di comprensione (D1).

E' possibile sostenere la prova scritta negli appelli previsti nelle sessioni d'esame definite nel calendario accademico. Se la valutazione è insufficiente, lo studente è rimandato ad un appello successivo.

NOTA SULL'ISCRIZIONE: Per la partecipazione agli appelli d'esame è necessaria l'iscrizione dello studente, tassativamente entro la scadenza indicata per ogni appello.

Anche la prima edizione dell'anno 2003 risulta adatta al corso.

All editions of the book are equally suited to the course