Insegnamento ELETTROMAGNETISMO E CIRCUITI ELETTRICI

Nome del corso di laurea Ingegneria informatica ed elettronica
Codice insegnamento A003141
Curriculum Comune a tutti i curricula
CFU 12
Regolamento Coorte 2023
Erogato Erogato nel 2024/25
Erogato altro regolamento
Anno 2
Periodo Annuale
Tipo insegnamento Obbligatorio (Required)
Tipo attività Attività formativa integrata
Suddivisione

CIRCUITI ELETTRICI

Codice A003129
CFU 6
Docente responsabile Renzo Perfetti
Docenti
  • Renzo Perfetti
Ore
  • 54 Ore - Renzo Perfetti
Attività Affine/integrativa
Ambito Attività formative affini o integrative
Settore ING-IND/31
Tipo insegnamento Obbligatorio (Required)
Lingua insegnamento ITALIANO
Contenuti Introduzione all'analisi dei circuiti elettrici ed elettronici
Testi di riferimento R. Perfetti, Circuiti Elettrici, Zanichelli
Obiettivi formativi Conoscenza degli aspetti fondamentali della teoria dei circuiti lineari. Capacità di intuire e descrivere qualitativamente il funzionamento di circuiti semplici. Capacità di utilizzare le principali metodologie per l’analisi dei circuiti.
Prerequisiti Analisi matematica I, Fisica I
Metodi didattici Lezioni frontali
Modalità di verifica dell'apprendimento Prova scritta della durata di due ore che consiste nella risoluzione di alcuni esercizi.
Programma esteso Corrente, tensione. Leggi di Kirchhoff. Potenza. Conservazione della potenza.
Resistore. Circuito aperto e corto circuito. Generatori indipendenti di tensione e di corrente. Partitori di tensione e di corrente. Combinazioni in serie e in parallelo di resistori. Combinazioni in serie e in parallelo di generatori indipendenti. Trasformazione dei generatori indipendenti. Teorema di Millman. Principio di sostituzione. Multipoli resistivi. Trasformazione stella-triangolo. Generatori controllati. Cenni al transistor bipolare. Amplificatore operazionale ideale. Analisi nodale. Linearità. Principio di sovrapposizione. Teoremi di Thevenin e Norton. Doppi bipoli resistivi: principali rappresentazioni.
Condensatore e induttore: proprietà e combinazioni in serie e in parallelo. Integratore e derivatore. Circuiti RC e RL: equazione differenziale, proprietà della soluzione. Analisi sistematica di circuiti autonomi del primo ordine. Risposta di circuiti del primo ordine a ingressi costanti a tratti. Circuiti RLC: equazione differenziale, proprietà della soluzione.
Richiami sui numeri complessi. Rappresentazione di sinusoidi con i fasori. Risposta del circuito RC ad un ingresso sinusoidale. Analisi simbolica nel dominio dei fasori. Impedenza e ammettenza. Potenza in regime sinusoidale. Potenza istantanea, media, complessa. Valori efficaci. Conservazione della potenza complessa. Teorema di Boucherot. Rifasamento e massimo trasferimento di potenza attiva.
Circuiti trifase. Trasformatore. Induttori accoppiati. Circuiti risonanti.

FISICA II

Codice A003142
CFU 6
Docente responsabile Francesco Cottone
Docenti
  • Francesco Cottone
Ore
  • 54 Ore - Francesco Cottone
Attività Base
Ambito Fisica e chimica
Settore FIS/03
Tipo insegnamento Obbligatorio (Required)
Lingua insegnamento ITALIANO
Contenuti
Il corso di Fisica 2 raccoglie le leggi fondamentali dell’elettromagnetismo. In particolare esso si sviluppa in due parti.
Nella prima parte, esso comprende i concetti di carica elettrica, interazione di Coulomb, campo elettrico, potenziale nel caso statico e circuiti elettrici semplici.
Nella seconda parte, il corso tratta le cariche in moto come sorgenti di campo magnetico, le leggi dell’induzione elettromagnetica, le forze di interazione tra correnti elettriche fino alle equazioni di Maxwell in forma integrale e all'equazione delle onde.
Testi di riferimento
D. Halliday, R.Resnick, J. Walker. Fondamenti di Fisica. Elettromagnetismo, Ottica - Casa Editrice Ambrosiana.
Tipler, Mosca - Corso di Fisica 2 – Elettricità, Magnetismo, Ottica - Zanichelli;

Qualunque altro testo universitario di Fisica generale su Elettromagnetismo;

Dispense del docente disponibili online su Unistudium
Obiettivi formativi
Acquisizione delle conoscenze di base dei concetti di carica elettrica, interazione elettrostatica, campo elettrico e potenziale, correnti, campi magnetici, leggi dell’induzione ed equazioni di Maxwell.
Capacita` di comprendere i principali fenomeni fisici e saperli interpretare con le leggi fondamentali.
Capacità di risoluzione di esercizi e problemi di di base.
Prerequisiti
Algebra, Trigonometria, Fondamenti di calcolo integrale (derivate e integrali semplici).
Metodi didattici
Lezioni frontali, esercitazioni in aula con il docente e/o tutor, seminari, approfondimenti con esperimenti da banco o virtuali.
Altre informazioni
Anche se non obbligatoria, la frequenza delle lezioni e delle esercitazioni è fortemente raccomandata.
Modalità di verifica dell'apprendimento
Unica prova scritta e conseguente prova orale in forma scritta alla fine del corso.
Prova scritta:
1) durata: 2 ore, alla fine del corso.
2) tipologia: consiste nello svolgimento di 3 esercizi di fisica, ad ogni esercizio viene assegnato un punteggio di 10 punti che concorre alla valutazione finale su un totale di 30 punti. Si accede alla prova orale con un punteggio di almeno 18/30.
3) obiettivi: mira ad accertare la capacita` di applicare i concetti principali del corso al fine della risoluzione di problemi di base sugli argomenti di Elettrostatica, Circuiti elettrici e Magnetismo.

Prova orale:

sarà svolta lo stesso giorno o in giorno successivo allo scritto. Sarà in forma scritta

1) durata: massimo 1 ora.
2) tipologia: consiste in primo luogo in domande a risposte aperta su argomenti del corso da descrivere e dettagliare con dimostrazioni e applicazioni a fenomeni.
3) obiettivi: mira ad accertare il grado di conoscenza e padronanza e capacità di comunicare i concetti fondamentali dell'elettromagnetismo anche con riferimenti applicativi attinenti al corso di Chimica.

Per informazioni sui servizi di supporto agli studenti con disabilità e/o DSA visita la pagina http://www.unipg.it/disabilita-e-dsa
Programma esteso
1. Introduzione.
Introduzione all'elettromagnetismo, cenni storici. La carica elettrica quantizzata, conservazione della carica.
2. Proprietà elettriche dei materiali.
Legge di Coulomb, parallelo con la legge di Gravitazione Universale. Classificazione dei materiali per proprietà elettriche. Isolanti, conduttori e semiconduttori. Cenni alle applicazioni dei semiconduttori (esempi: diodo LED, transistor).
3. Campi elettrici.
Il campo elettrico generato da una carica puntiforme. Campo elettrico da una distribuzione di carica. Dipolo elettrico. Campo generato da un anello e da un disco carico uniformemente.
4. Teorema di Gauss e Dipolo elettrico.
Dipolo in un campo elettrico. Momento torcente. Flusso di campo vettoriale. Teorema di Gauss. Applicazioni della legge di Gauss. Legge di Gauss e legge di Coulomb. Conduttore carico isolato, campo generato da: un conduttore piano infinito, due piastre conduttrici, conduttore a simmetria sferica.
5. Energia potenziale e potenziale elettrico.
Gabbia di Faraday. Energia potenziale elettrica. Potenziale elettrico. Differenza di potenziale. Lavoro motore e lavoro resistente. Campo elettrico radiale. Potenziale in un campo elettrico uniforme tra due piastre conduttrici. Campo elettrico di N cariche puntiformi, principio di sovrapposizione. Potenziale di dipolo elettrico. Capacità elettrica. Potenziale dovuto a una carica puntiforme e ad un insieme discreto di cariche puntiformi. Potenziale di dipolo elettrico. Momento torcente ed energia potenziale di un dipolo immerso in un campo. Capacità elettrica di un conduttore carico.
6. Condensatori.
Condensatore a facce piane, condensatore cilindrico, condensatore sferico. Condensatori in serie e parallelo. Energia elettrostatica. Energia immagazzinata in un campo elettrico. Densità di energia. Condensatore in presenza di dielettrico. Esempi di dielettrici polari (acqua) e non polari.
7. Corrente elettrica e resistenza.
Definizione di corrente elettrica. Aspetto microscopico di corrente in un conduttore. Velocità di deriva e densità di corrente. Resistenza elettrica e resistività. Cenni ai materiali semiconduttori e superconduttori.
8. I circuiti elettrici.
Prima e seconda legge di Ohm. Aspetti microscopici. I circuiti elettrici, definizione di rami, nodi e maglie. Metodi di risoluzione dei circuiti elettrici. Prima e seconda legge di Kirchhoff. Applicazioni delle leggi di Kirchhoff. Partitore di tensione e di corrente. Generatore di tensione reale e ideale. Lavoro e potenza elettrica. L'effetto Joule. Carica e scarica di un condensatore.
9. Il campo magnetico ed interazioni con cariche elettriche.
Sorgenti di campo magnetico. La forza di Lorentz. Moto di una particella carica in un campo magnetico. Esperimento di Thomson e misura del rapporto massa su carica. Moto di una particella carica in un campo elettromagnetico. Moto di una particella carica con velocità obliqua rispetto al campo magnetico. Moto elicoidale. L'effetto Hall. Il ciclotrone. Filo percorso da corrente elettrica in un campo magnetico, la legge di Laplace. Spira percorsa da corrente immersa in un campo magnetico.
10. Momento di dipolo magnetico.
Momento torcente ed energia potenziale di un dipolo magnetico in campo. Parallelo con il dipolo elettrico. Momento di un magnete permanente. Il motore elettrico. Principio di equivalenza di Ampère.
11. Campi magnetici generati da correnti.
La legge di Biot-Savart. Campo magnetico generato da un filo rettilineo infinito. Forza esercitata da due fili rettilinei percorsi sa corrente. Legge di Ampère e sue applicazioni. Campo magnetico generato da un arco percorso da corrente. Campo all'interno di una spira circolare. Legge di circuitazione di Ampère. Campo magnetico all'esterno e all'interno di un filo percorso da corrente. Campo magnetico all'interno di un solenoide.

12. Induzione elettromagnetica.
Legge di Faraday-Neumann, legge di Lenz. Esperimenti di induzione, magnete in movimento, filo in movimento su campo magnetico fisso. Calcolo della forza generata in opposizione al movimento, calcolo della potenza generata e della potenza termica dissipata su carico resistivo. Campo elettrico indotto. Legge generalizzata di circuitazione di Faraday. Induttori e induttanze. Definizione di induttanza. Induttanza in un solenoide. Risoluzione del circuito RL.
13. Equazioni di Maxwell e proprietà magnetiche della materia.
Materiali ferromagnetici, paramagnetici e diamagnetici. Equazioni di Maxwell, la corrente di spostamento. Modello classico a spira dei dipoli magnetici nella materia. Momento magnetico orbitale e di spin dell'elettrone. Magnetone di Bohr. Cenni a momenti magnetici quantistici.
Obiettivi Agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
Contribuire agli obietivi dell'Agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile in un corso di Fisica Generale universitario può avvenire attraverso diverse iniziative:

- Includere nel corso esempi e casi di studio che illustrano l'impiego della fisica nelle tecnologie sostenibili, come l'energia rinnovabile, l'efficienza energetica, e la riduzione dell'impatto ambientale.

- Progetti pratici: Incoraggiare gli studenti a sviluppare progetti che utilizzino principi fisici per risolvere problemi legati alla sostenibilità, come la creazione di soluzioni per la pulizia dell'acqua o l'ottimizzazione di sistemi per l'energia solare.

- Discussioni e dibattiti: Organizzare discussioni su come la fisica può contribuire a raggiungere gli obietivi di sviluppo sostenibile, incoraggiando gli studenti a riflettere sull'importanza della scienza come strumento per il cambiamento sociale.
Condividi su