Lezione 1 – Grandezze, loro definizioni, e unità di misura fondamentali

Last Updated on sabato, 22 ottobre 2011 04:24 Written by Davide Pica sabato, 22 ottobre 2011 04:24

In questa prima lezione ritengo necessario un richiamo generale sulle unità di misura fondamentali in questo campo della fisica. L’elettrotecnica è si occupa dello studio e l’applicazione dell’energia elettrica a livello macroscopico (a differenza dell’elettronica che studia il fenomeno microscopico). Nella prima parte del corso parleremo per semplificazione solo di corrente continua e non di corrente alternata (quest’ultima è quella presente nelle nostre case) poichè la trattazione è più semplificata e propedeutica per quella alternata.

Le principali grandezze fisiche utilizzate in elettrotecnica sono:

• Tensione elettrica misurata in Volt [V] : rappresenta la causa fisica che spinge le cariche elettriche a passare da un punto a più alta energia potenziale verso un punto ad energia potenziale più bassa (la differenza di potenziale è come se fosse il dislivello tra due serbatoi pieni d’acqua collegati tra loro…), generando quindi una corrente elettrica.

• Corrente elettrica misurata in Ampere [A] : indicata con la lettera A, è un qualsiasi moto ordinato di cariche elettriche, definito come la quantità di carica elettrica che attraversa una determinata superficie nell’unità di tempo. 

• Resistenza elettrica misurata in Ohm [Ω] : indicata con la lettera R, è la tendenza di un conduttore ad opporsi al passaggio di una corrente elettrica quando è sottoposto ad una tensione. Questa opposizione dipende dal materiale con cui è realizzato, dalle sue dimensioni e dalla sua temperatura.   Dove la lettera “rho” è la resistività, coefficiente che varia da materiale a materiale. Uno degli effetti del passaggio di corrente in un conduttore è il suo riscaldamento (effetto Joule).

• Conduttanza elettrica misurata in Siemens [S] cioè [Ω ^{− 1}] : è il reciproco della resistenza.

• Frequenza misurata in Hertz [Hz] : è una grandezza che riguarda fenomeni periodici o ripetitivi. Per trovarla basta fissare un intervallo di tempo tra gli istanti iniziali di due eventi successivi (il periodo) e quindi calcolare la frequenza come grandezza reciproca di questa durata, cioè:   dove T esprime il periodo in secondi.  :

• Lavoro elettrico e Energia, misurati entrambi in Joule [J] ma più spesso per comodità come prodotto potenza-tempo in kilo-watt-per-ora [kWh] :  per il trasporto di una quantità di carica  q  attraverso una sezione qualsiasi del conduttore c’è bisogno di un lavoro L = q V , mentre  l’energia è definita come la capacità del sistema di compiere lavoro.

• Potenza, misurata in watt ma più sovente con il multiplo kilo-watt [kW] : rappresenta una energia nel tempo.

SUGGERIMENTO : Vi consiglio di usare sempre l’analisi dimensionale per verificare le formule. Questa è uno strumento potentissimo che vi permetterà di accorgervi subito di eventuali errori. Ad esempio la formula che segue è errata:

e possiamo vederlo dall’analisi dimensionale che non torna, poichè la tensione non è prodotto di resistenza e quadrato della corrente, bensì è prodotto della resistenza e della corrente. Mentre la formula che segue è corretta perchè ci restituisce il valore dimensionale giusto della grandezza in esame: