L’elettrotecnica di base è fondamentale per capire su cosa si fonda tutta la tecnologia che quotidianamente semplifica le nostre vite.

Viviamo in un mondo in cui tutto funziona grazie all’elettricità e stiamo andando incontro ad un futuro in cui potremo azionare tutti i componenti elettronici della nostra casa dallo smartphone.

Vuoi capire come funzionano? O magari ti piacerebbe studiare per poter lavorare in questo settore? Con questi appunti di elettrotecnica di base preparati dallo Staff di Unicusano Ascoli potrai capire di più e scegliere se iniziare un nuovo percorso di studi.

Cos’è l’elettrotecnica

L’elettrotecnica è la materia che tratta le applicazioni pratiche dell’elettricità. Entrando più nel dettaglio concerne la produzione, il trasporto e l’utilizzo dell’energia elettrica attraverso opportune tecniche, infrastrutture e macchine elettriche di supporto.

Generalizzando è la tecnica delle correnti forti e di bassa frequenza e in quanto oggetto di insegnamento e studio, l’elettrotecnica rientra tra le discipline tecnico-ingegneristiche. Quindi se vuoi studiare ingegneria e ti interessano i Corsi di Laurea in Ingegneria Civile, Meccanica o Elettronica dell’Università Unicusano di Ascoli o se devi fare delle esercitazioni di elettrotecnica questo post fa al caso tuo.

La storia

L’elettrotecnica nasce alla fine del XVIII secolo, con la teoria dei circuiti.

Fino ad allora si pensava che l’elettricità fosse un fluido, che poteva essere positivo o negativo. Poi, grazie alle fondamentali scoperte di Herz, Helmholtz, Maxwell, Heaviside, Volta e molti altri, si giunse alla comprensione più completa del fenomeno, descritto nelle equazioni di Maxwell.

Convenzionalmente viene considerato come anno zero dell’elettrotecnica il 1800, anno in cui Alessandro Volta comunica al presidente della Royal Society Joseph Banks la realizzazione della prima pila elettrica: la prima sorgente di energia elettrica della storia in grado di fornire quantità apprezzabili di energia elettrica per applicazioni utili.

Da quel momento iniziarono a comparire una serie di applicazioni commerciali dell’elettricità: i motori elettrici, il telegrafo, il telefono, la radio, la lampadina, etc. e così all’inizio del XX secolo si sviluppa la scienza che si occupa di progettare questo tipo di apparati: l’elettrotecnica, appunto.

L’elettrotecnica oggi

Oggi l’elettrotecnica si occupa soprattuto della trasmissione e dell’utilizzo della potenza elettrica, cioè di progettare macchine elettriche (come motori, generatori, trasformatori e lampade) e linee di trasmissione dell’energia elettrica.

Qui di seguito troverai gli appunti preparati apposta per te dallo Staff di Unicusano Ascoli che potrai usare come punto di partenza per delle esercitazioni di elettrotecnica o in qualsiasi altro momento.

Le grandezze elettriche

Le principali grandezze fisiche utilizzate nell’elettrotecnica di base sono

• Tensione elettrica misurata in volt: è la differenza tra il potenziale elettrico di due punti nello spazio. Si misura con il voltometro. 

 

• Corrente elettrica misurata in ampere: è lo spostamento complessivo delle cariche elettriche, cioè un qualsiasi moto ordinato definito operativamente come la quantità di carica elettrica che attraversa una determinata superficie nell’unità di tempo. Si misura con un amperometro. 

 

• Potenza misurata in watt: è il lavoro elettrico svolto su una carica elettrica da un campo elettrico nell’unità di tempo. 

 

• Resistenza elettrica misurata in ohm: è la tendenza di un corpo ad opporsi al passaggio di una corrente elettrica, quando sottoposto ad una tensione elettrica. Dipende dal materiale del corpo, dalle sue dimensioni e dalla sua temperatura.

 

• Conduttanza elettrica misurata in siemens: è l’espressione quantitativa dell’attitudine di un conduttore ad essere percorso da corrente elettrica. 

 

• Frequenza misurata in hertz: è la grandezza che riguarda i fenomeni che presentano un andamento costituito da eventi che nel tempo si ripetono identici (o quasi). Si misura con un oscilloscopio o un frequenzimetro. 

 

• Induttanza misurata in henry: è la proprietà dei circuiti elettrici tale per cui la corrente (variabile nel tempo) che li attraversa induce una forza elettromotrice che è proporzionale alla variazione di flusso magnetico concatenato al circuito. 

 

• Capacità elettrica misurata in farad: è la grandezza che quantifica l’attitudine di un corpo conduttore ad accumulare carica elettrica qualora sia dotato di potenziale elettrico.

 

• Induzione magnetica misurata in tesla: è il fenomeno che correla i fenomeni elettrici con quelli magnetici. È alla base del funzionamento dei comuni motori elettrici, degli alternatori, dei generatori, delle testine fonografiche, etc.

 

• Flusso magnetico misurato in weber: è il flusso del campo magnetico attraverso una superficie. In un circuito elettrico chiuso provoca la comparsa di una forza elettromotrice. 

 

• Energia misurata in joule: è la capacità di un corpo o di un sistema fisico di compiere lavoro. 

 

• Carica elettrica misurata in coulomb: è una proprietà fondamentale della materia ed è un tipo di carica responsabile dell’interazione elettromagnetica. 

I principi teorici dell’elettrotecnica

I principi teorici dell’elettrotecnica di base sono:

Le equazioni di Maxwell

Descrivono l’elettricità e prevedono in modo completo e accurato il comportamento delle cariche elettriche (elettroni e protoni che differiscono per il segno della loro carica elettrica) e del campo elettromagnetico che generano.

La legge di Ohm

Georg Simon Ohm è il fisico tedesco che ha studiato le proprietà che determinano la resistenza elettrica di un conduttore, cioè di un materiale in grado di far scorrere corrente in modo veloce al suo interno.

• Prima legge di Ohm

La prima legge di Ohm ci permette di determinare l’intensità di corrente elettrica che attraversa un conduttore in base al rapporto tra la differenza di potenziale ai capi del materiale conduttore e la Resistenza elettrica. La Resistenza Elettrica è una costante, indipendente dall’entità della corrente.

• Seconda legge di Ohm

La resistenza dipende da alcune caratteristiche fisiche e geometriche del conduttore, come la resistività, la lunghezza e la sezione. L’esempio più semplice è quello in cui il conduttore è composto di un solo materiale, ha sezione uniforme e flusso di corrente al suo interno anch’esso uniforme.

• Terza legge di Ohm

La corrente è composta da un moto ordinato di elettroni, guidati da un campo elettrico, che possiedono una certa energia cinetica.

La legge di Faraday-Neumann-Lenz

È la legge che descrive il fenomeno dell’induzione elettromagnetica, che si verifica quando il flusso del campo magnetico attraverso la superficie delimitata da un circuito elettrico è variabile nel tempo ed impone che nel circuito si generi una forza elettromotrice indotta pari all’opposto della variazione temporale del flusso.

È alla base del funzionamento dei comuni motori elettrici, degli alternatori, dei generatori elettrici, dei trasformatori, degli altoparlanti magnetodinamici, delle testine fonografiche, dei microfoni dinamici, etc.

L’effetto Joule

L’effetto Joule – o legge di Joule – ridotta ai minimi termini è la trasformazione integrale dell’energia elettrica in calore, con alcune implicazioni. È causa della perdita di energia nelle linee di trasporto dell’elettricità e in generale in qualsiasi circuito. Le implicazioni termodinamiche in questa forma riduttiva sono semplici, vale il primo principio della termodinamica: l’energia elettrica viene trasformata integralmente in calore (anch’esso, una forma di energia).

È alla base del funzionamento della lampada a incandescenza, dell’interruttore magnetotermico, del fusibile, del forno elettrico, dell’asciugacapelli e dello scaldabagno elettrico, per portare alcuni esempi.

Le leggi di Kirchhoff

Le leggi di Kirchhoff sono due relazioni connesse con la conservazione della carica e dell’energia nei circuiti elettrici a parametri concentrati. La prima legge di Kirchhoff afferma che, definita una superficie chiusa che contenga un circuito elettrico in regime stazionario, la somma algebrica delle correnti che attraversano la superficie è nulla. La seconda legge di Kirchhoff afferma che la somma algebrica delle tensioni agenti tra le coppie di punti nello spazio che formano una qualsiasi sequenza chiusa è uguale a zero.

Questi a grandi linee sono i principi e gli elementi di elettrotecnica di base da conoscere. Ora che ne sai qualcosa in più, chiedi informazioni su i corsi di Unicusano Ascoli e non perdere tempo! Il mondo dell’elettrotecnica ti aspetta.