17° CORSO SERGENTI – TECNICO ELETTRONICO NOZIONI GENERALI DI RADIOTECNICA LEZIONE 1

1. SCUOLA DELLE TRASMISSIONI E INFORMATICA 17° CORSO SERGENTI – TECNICO ELETTRONICO NOZIONI GENERALI DI RADIOTECNICALEZIONE 1 Ten. ing. RN DI MARIO Andrea APRILE 2013

2. SCUOLA DELLE TRASMISSIONI E INFORMATICA Gli argomenti trattati sono da considerare: “INFORMAZIONI NON CLASSIFICATE CONTROLLATE” AD USO ESCLUSIVO INTERNO DEGLI ALLIEVI DELLA SCUOLA

3. FONTI • SINOSSI: Nozioni generali di Radiotecnica • - ST 0046 -

4. INDICE • CAP. 1 Nozioni fondamentali tecniche: • Cariche elettriche. Concetto di potenziale, tensione, corrente. • Corrente continua, corrente pulsante. • Corrente alternata. • Conduttori ed isolanti, resistenza elettrica, capacità. • Concetto di induttanza, effetti induttivi della corrente. • Magnetismo, calamite naturali ed artificiali, elettrocalamite, trasformatori. • Pile, accumulatori, collegamenti in serie ed in parallelo.

5. Cariche elettriche. • Concetto di potenziale, tensione, corrente.

6. a) Cariche elettriche Col termine elettricità si fa riferimento genericamente a tutti i fenomeni fisici su scala macroscopica o microscopica che coinvolgono la forza elettromagnetica, con particolare riferimento all'elettrostatica. COME SI SPIEGA ? A livello microscopico tali fenomeni si riconducono all'interazione tra particelle molecolari: i protoni e gli elettroni nel nucleo di atomi e molecole ionizzate.

7. Atomo L'atomo (dal greco ἄτομος - àtomos, indivisibile) è una struttura nella quale è normalmente organizzata la materia. L'atomo è composto da tre tipologie di particelle subatomiche: i protoni, i neutroni e gli elettroni. •i protoni (carichi positivamente) e i neutroni (privi di carica) formano il nucleo •gli elettroni (carichi negativamente) sono presenti nello stesso numero dei protoni e ruotano attorno al nucleo rimanendo confinati all'interno degli orbitali (o "livelli energetici").

8. Atomo L'atomo (dal greco ἄτομος - àtomos, indivisibile) è una struttura nella quale è normalmente organizzata la materia. L'atomo è composto da tre tipologie di particelle subatomiche: i protoni, i neutroni e gli elettroni. •i protoni (carichi positivamente) e i neutroni (privi di carica) formano il nucleo •gli elettroni (carichi negativamente) sono presenti nello stesso numero dei protoni e ruotano attorno al nucleo rimanendo confinati all'interno degli orbitali (o "livelli energetici").

9. Atomo

10. Elettrostatica ELETTROSTATICA = Branca della fisica che studia i fenomeni connessi alle cariche elettriche considerate in modo stazionario/statico. Era nota sin dagli antichi greci. (700 A.C.) È semplice fare un esempio di fenomeno elettrostatico: basta pensare a due sfere di sughero accostate una vicina all'altra. Si strofinano le due una con il vetro, l'altra con l'ambra: alla fine si osserva che le due sfere si attraggono una verso l'altra (elettrificazione per strofinio) CD caricato che attrae pezzetti di carta

11. b) Concetto di potenziale • Data una regione di spazio soggetta ad azioni di natura elettrica, si definisce: • Potenziale elettrico in un punto = • Valore dell'energia potenziale elettrica rilevato da una carica elettrica positiva di prova posta in quel punto. • Si può vedere anche come il lavoro che deve compiere la forza dovuta al campo elettrico per spostare una o più cariche da quel punto fino all'infinito. CONCETTO POCO INTUITIVO? analogia acqua-elettricita’

12. b) Concetto di potenziale Potenziale elettrico in un punto : definizione intuitiva Concetto necessario per dare una idea della pressione a cui sono sottoposte le cariche elettriche, della forze con cui interagiscono vicendevolmente. Consideriamo due corpi puntiformi che hanno diverse capacità di attrarre o respingere cariche elettriche. Il POTENZIALE ELETTRICO MISURA QUESTA CAPACITA’ L’unità di misura della capacità di un corpo di attrarre o respingere cariche elettriche è il VOLT Consideriamo per definizione il potenziale della terra = 0V

13. c) Concetto di tensione • VOLT Il volt è l'unità di misura del SI (Sistema internazionale) del potenziale elettrico e della differenza di potenziale. Ha questo nome in onore di Alessandro Volta, che nel 1800 inventò la pila voltaica, la prima batteria elettrochimica. Il simbolo del Volt è V. • CONCETTI EQUIVALENTI • TENSIONE • VOLTAGE • DIFFERENZA DI POTENZIALE 12.78V tra i morsetti di una batteria di un auto

14. d) Concetto di corrente La corrente elettrica è un moto ordinato di cariche elettriche, definito come la quantità di carica elettrica che attraversa una determinata superficie nell'unità di tempo. La corrente convenzionale è definita come il flusso di carica positiva, sebbene nella maggior parte dei casi si ha a che fare con cariche negative in conduttori solidi. L’unità di misura della corrente elettrica è l‘Ampere A.

15. Analogia acqua-elettricità PROBLEMI CON LA COMPRENSIONE? Fare riferimento all’ analogia acqua-elettricita’

16. Corrente continua (CC)Corrente pulsante (variabile)Corrente alternata (AC)

17. a) Corrente continua La corrente continua (CC o DC dall'inglese: Direct Current) è caratterizzata da un flusso di corrente di intensità e direzione costante nel tempo. Tensione – Voltage - D.D.P. (differenza di potenziale) COSTANTE In una corrente continua gli elettroni fluiscono sempre nello stesso senso all'interno del circuito, quindi ruoteranno/circoleranno sempre nello stesso verso.

18. b) Corrente pulsante La corrente pulsante (variabile) è caratterizzata da un flusso di corrente di intensità e direzione variabile nel tempo. Tensione – Voltage - D.D.P. (differenza di potenziale) VARIABILE

19. c) Corrente Alternata La corrente alternata (CA o AC dall'inglese: AlternatingCurrent) è una corrente caratterizzata da un alternarsi di pulsazioni positive e pulsazioni negative. Tensione – Voltage - D.D.P. (differenza di potenziale) SINUSOIDALE Grafico del valore della tensione effettiva 1) tensione di picco 2) tensione picco picco 3) valore efficace 4) Periodo 5) Frequenza

20. ESEMPI: CORRENTE USO DOMESTICO TIPO: Corrente alternata TENSIONE: 220-230 V (tensione efficace) FREQUENZA: 50 Hz PERIODO: 20 ms CORRENTE UTILIZZATA DA PC TIPO: Corrente continua TENSIONE: 19V

21. Conduttori ed isolanti • Resistenza elettrica • Capacità

22. b) Resistenza elettrica La resistenza elettrica è una grandezza fisica scalare che misura la tendenza di un corpo ad opporsi al passaggio di una corrente elettrica, quando sottoposto ad una tensione elettrica. Questa opposizione dipende dal materiale con cui è realizzato, dalle sue dimensioni e dalla sua temperatura. L’unità di misura della resistenza elettrica è l‘Ohm Ω.

23. b) Resistenza elettrica Resistenza di un conduttore filiforme: σè la conducibilità elettrica (misurata in S/m ) ρè la resistività elettrica (misurata in Ω*m) Lè la distanza (misurata in m) Sè l'area della sezione (misurata in m2). • IMPORTANTE!!!

24. Codice colore delle resistenze ESERCIZIO: Rosso=2 Viola=7 Nero= *1 Oro= toll. +5% R= 2.7*10 (+/-10%) R=27 Ω R=22 Ω R=330 kΩ

25. Codice colore delle resistenze ESERCIZIO:

26. a) Conduttori ed isolanti Un conduttore elettrico è un materiale in grado di far scorrere al suo interno la corrente elettrica con facilità. I materiali conduttori sono caratterizzati dalla presenza di elettroni liberi che si fanno carico di trasportare la corrente elettrica. Un isolante elettrico, o dielettrico, è un materiale che idealmente non permette il passaggio di corrente elettrica, e che quindi fisicamente presenta una conducibilità elettrica è estremamente bassa.

27. a) Conduttori ed isolanti

28. ESERCIZIO: Tenendo in considerazione la seguente formula, calcolare la resistenza dei conduttori elettrici, al variare della resistività della lunghezza e della sezione. [aiutarsi con foglio EXCEL]

29. c) Concetto di capacità La capacità elettrica di un conduttore è il rapporto fra la carica presente sul conduttore e il potenziale a cui il conduttore si trova; è cioè la quantità di carica sul conduttore per ogni volt di potenziale. Definizione intuitiva: un condensatore è un elemento in grado di accumulare carica elettrica e quindi energia elettrica e di rilasciarla in un secondo momento. L’unità di misura della capacità elettrica è il Farad F. Il suo utilizzo è importantissimo per la creazione di filtri. Simbolo circuitale

30. c) Concetto di capacità Non imparare le formule (solo per conoscenza).

31. Concetto di induttanzaEffetti induttivi della corrente.

32. a) Concetto di induttanza Fenomeni magnetici e fenomeni elettrici sono strettamente correlati. Una corrente elettrica variabile nel tempo genera un campo magnetico variabile nel tempo. Una campo magnetico variabile nel tempo genera un corrente elettrica variabile nel tempo.

33. a) Concetto di induttanza Una corrente elettrica variabile nel tempo genera un campo magnetico variabile nel tempo. Un filo percorso da corrente genera intorno a se un campo magnetico le cui linee di forza sono anelli che girano intorno al filo.

34. a) Concetto di induttanza Fenomeni magnetici e fenomeni elettrici sono strettamente correlati. Una campo magnetico variabile nel tempo genera un corrente elettrica variabile nel tempo.

35. a) Concetto di induttanza Consideriamo una spirale percorsa da corrente (I) variabile nel tempo. La corrente genererà un campo magnetico che a sua volta genererà all’interno dello stesso conduttore una corrente elettrica (corrente indotta) che si opporrà come verso a quello della corrente principale (corrente inviata). Quello che si verifica è una opposizione alla corrente principale che prende il nome di reattanza induttiva.

36. a) Concetto di induttanza Si definisce Induttanza la forza controelettromotrice (generata dalla corrente indotta) che una bobina è in grado di creare se attraversata da corrente variabile nel tempo. L’unità di misura dell’induttanza è l’Henry H. L’induttore ideale è un componente che si oppone solo alle variazioni della corrente. Definizione intuitiva: un induttore è un elemento in grado di accumulare energia in un campo magnetico e di rilasciarla in un secondo momento. Simbolo circuitale

37. MagnetismoCalamite Naturali ed artificialiElettrocalamiteTrasformatori

38. a) Magnetismo Fenomeno conosciuto fin dagli antichi greci, che lo scoprirono verificando la proprietà di alcuni elementi di attrarre materiali ferrosi. In fisica, il campo magnetico è un campo vettoriale solenoidale, generato nello spazio dal moto di una carica elettrica o da un campo elettrico variabile nel tempo. Calamita – Linee di forza – Polo Nord e Sud

39. a) Magnetismo Nel Sistema Internazionale l'unità di misura del campo induzione magnetica B è il tesla (simbolo T), mentre per il campo magnetico H si usa l'ampere/metro (A/m). (relazione che lega l’induzione magnetica con il campo magnetico, dove u è la permeabilità magnetica del materiale considerato) Campo magnetico terrestre

40. a) Magnetismo Nel Sistema Internazionale l'unità di misura del campo induzione magnetica B è il tesla (simbolo T), mentre per il campo magnetico H si usa l'ampere/metro (A/m). (relazione che lega l’induzione magnetica con il campo magnetico, dove u è la permeabilità magnetica del materiale considerato) Campo magnetico terrestre

41. b) Calamite naturali ed artificiali Magneti naturali: elementi che hanno delle proprietà magnetiche esistenti per loro natura: esempio rocce che si comportano da magneti (magnetite).Magneti artificiali: elementi costruiti dall'uomo. Esempio: la calamita è un magnete artificiale in quanto è costruita prendendo un pezzo di ferro e magnetizzandolo con la corrente.  I magneti artificiali si possono costruire di due tipi: Magnete permanente: se conserva la magnetizzazione per molto tempo; Magnete temporaneo: se si comporta da magnete quando attorno ad esso si fa circolare della corrente elettrica e poi perde il magnetismo non appena finisce la corrente.  NOTA:Non tutti i metalli si magnetizzano.  Si chiamano ferromagnetici i materiali che si magnetizzano molto bene, come il ferro.

42. b) Calamite naturali ed artificiali Magneti permanenti Magneti temporanei Magneti naturali

43. c) Elettrocalamite Elettrocalamita: elemento costituito da un nucleo di ferro dolce su cui è avvolta una bobina di conduttore: se scorre una corrente nel conduttore il ferro si polarizza diventando un magnete e attirando altri metalli.

44. c) Elettrocalamite Esempio: Campanello elettrico

45. c) Elettrocalamite Esempio: Freno elettromagnetico

46. d) Trasformatori Trasformatore: elemento formato da due circuiti posti l’uno vicino all’altro, meccanicamente indipendenti ma elettromagneticamente legati tra di loro. E’ caratterizzato da un avvolgimento primario e da un secondario collegati da un anello di ferro in cui dimensionando opportunamente il numero di spire si riesce ad ottenere un opportuno rapporto di trasformazione. Simbolo circuitale

47. PileAccumulatoriCollegamenti serie/parallelo

48. a) Pila Pila: generatore di energia elettrica a corrente continua. Presentano ai morsetti una tensione costante nel tempo. Il principio di funzionamento è quello di trasformare energia chimica in energia elettrica. E’ formato da due elettrodi messi a contatto attraverso un elettrolita. Simbolo circuitale

49. b) Accumulatori Accumulatore: generatore di energia elettrica a corrente continua. Differisce dalla pila in quanto può essere ricaricato una volta scarico. La tensione di un accumulatore varia a seconda del grado di carica (ES. Tensione nominale 12V – Completamente carica 12.8V – Completamente scarica 11.4V) Ricaricare un accumulatore significa fornirgli corrente elettrica in modo che possa trasformarla in energia chimica. TENSIONE: Volt V CAPACITA’: Ampere*ora Ah Simbolo circuitale

50. b) Accumulatore • Batteria piombo-acido: comunemente usata negli autoveicoli, nei sistemi d'allarme e anti-black-out. • Batteria agli ioni di litio: largamente utilizzate in sistemi laptop, macchine fotografiche digitali, lettori mp3. • Batteria agli ioni di litio-polimero: presenta proprietà simili alla pila Li-ione, ma una densità di carica leggermente inferiore. • Batteria sodio-zolfo • Batterie nichel-ferro • Batteria nichel-metallo idruro (NiMH)