Telecomunicazioni: carica elettrica e principio di sovrapposizione degli effetti

Telecomunicazioni

La carica elettrica Ogni elemento è fatta di materia. I componenti fondamentali della materia sono gli atomi. L'atomo a sua volta, secondo il modello di Niels Bohr, è formato da un nucleo contenente protoni e neutroni, e da un insieme di elettroni che si muovono attorno al nucleo. 2

• nucleo e e e I protoni elettricamente sono caria positiva, i neutroni elettricamente neutri, gli elettroni sono carica negativa. Gli elettroni ruotano intorno al nucleo a grande velocità.&

forza centrifuga forza elettrica + Nucleo Le cariche positive (protone) del nucleo e quelle negative (elettrone) in rotazione tendono ad attrarsi con una forza di natura elettrica chiamata carica, ciò significa che la forza centrifuga dovuta alla rotazione, viene compensata da un'equivalente forza di attrazione.

La CARICA ELETTRICA (Q) è una grandezza fisica che definisce la quantità di elettricità di cui è dotato un corpo e si misura in COULOMB (C). Un oggetto carico elettricamente introduce una "perturbazione" elettrica nello spazio che lo circonda che lo fa interagire con altri oggetti elettricamente carichi posti nelle sue immediate vicinanze. La porzione di spazio disturbata dalla presenza delle cariche elettriche diventa sede di un "campo" di forze elettriche, detto CAMPO ELETTRICO.

Il CAMPO ELETTRICO "E" è una grandezza vettoriale definita dal rapporto della forza elettrica generata dalla carica Q è il valore della carica di prova q. TUna carica elettrica immersa in un campo elettrico possiede una ENERGIA _ POTENZIALE ELETTRICA che dipende dalla sua posizione all'interno del campo stesso. Essa è pari al lavoro compiuto dalla forza elettrica F per spostare la carica di prova q da una posizione iniziale alla distribuzione di carica opposte e quindi Ep=L=F*s=q*E*s. IH lavoro per unità di carica è definito POTETEZIALE ELETTRICO V=Ep/ q=E*s e si misura in VOLT (V).

Considerando due punti A e B, ciascuno caratterizzato da un potenziale rispetto ad un punto di riferimento, il lavoro per unità di carica necessario per spostare la carica da A a B coincide con la DIFFERENZA DI POTENZIALE (d.d.p.) presente tra i due punti. e A B La d.d.p è considerata la causa che determina lo spostamento della carica elettrica ( effetto) e per tale ragione viene anche detta forza elettromotrice (f.e.m.). La d.d.p è anche detta TENSIONE ELETTRICA o CADUTA DI TENSIONE.

Il flusso di cariche elettriche all'interno di un conduttore determinata dalla'azione di una d.d.p è nota come CORRENTE ELETTRICA. A flusso degli elettrone (CORRENTE ELETTRICA)Affinché il conduttore sia continuamente attraversato dalla corrente, è necessario che i suoi estremi siano mantenuti a potenziale diverso, cio si ottiene collegando agli estremi un GENERATORE ELETTRICO.

Generatore di Tensione

Energia Generatore di Tensione Enenergia elettrica chimica, meccanicamente, solare, eolico, ecc.

Simboli di generatori

1. Simbolo generico

Generatore Generatore di tensione di tensione Generatore Generatore continua alternata di corrente di tensione

Un GENERATORE ELETTTRICO è un dispositivo che ha due morsetti (poli) a potenziale elettrico diverso. Connettendo i poli del genitore alle estremità del conduttore, gli elettroni presenti, nello stesso conduttore, tendono a spostarsi dal potenziale maggiore (polo pesistico) a quello a potenziale minore ( polo negativo) dando così origine ad una corrente elettrica.

Una corrente elettrica è caratterizzata dall'INTENSITÀ definita dal rapporto fra la quantità di carica Q che fluisce in una qualsiasi sezione del conduttore nell'unita di tempo: I=Q/T e si misura in Ampere (A). Quando il flusso di carica è uniforme cioè quando la corrente costante nel tempo si è in presenza di CORRENTE CONTINUA, quando il flusso di cariche non è uniforme e quindi l'intensità di corrente varia istante per istante si parla di CORRENTE VARIABILE.

RESISTENZA ELETTRICA E LEGGE DI OHM

0 + I E - Quando agli estremi di un conduttore viene applicata una tensione e quindi al suo interno viene generata una corrente elettrica, gli elettroni durante il loro moto incontrano una certa resistenza, quantificabile mediante una grandezza elettrica denominata RESISTENZA ELETRICA è indicata con una lettera R. L'unità di misura della resistenza è l'OHM ( 2). Nei circuiti elettrici è spesso necessario limitare la corrente elettrica inserendo dei componenti detti RESISTORI, in grado di limitare l'intensità di corrente e che sono caratterizzati da un certo valore di resistenza elettrica. La grandezza inversa della resistenza elettrica è detta CONDUTTANZA e si misura in Siemens (S).

Simboli della Resistenza

R R

LEGGE DI OHM

La legge di Ohm afferma che in un qualsiasi conduttore la tensione V applicata ai sui estremi è direttamente proporzionale all'intensità della corrente che scorre in esso tramite una costante di proporzionalità costituita dalla resistenza elettrica R del conduttore stesso. V = R .I Se R=1ze I = 1A ?= ٧ V=R.I = 1.1= 1V Nota: la legge di ohm si può esprimere anche nel seguente modo: l'intensità di corrente elettrica che percorre un conduttore è direttamente proporzionale alla tensione applicata e inversamente proporzionale alla sua resistenza. R == +AL A VAB M VAB=R.I B

Caduta di tensione, convezione dei segni

Una resistenza percorsa da corrente provoca una CADUTA DI TENSIONE ai suoi capi. + H ER NAB =E B VAB = R.I - 1 VAB E = R R R = VAB I GGE OHM EUn circuito elettrico è un insieme di elementi elettrici interconnessi tra loro in modo da formare un percorso chiuso nel quale la corrente elettrica può fluire con continuità. Gli elementi fondamentali di un circuito sono:

• I generatori elettrici
• I conduttori di collegamento
• Gli utilizzatori

COLLEGAMENTO DI RESISTENZE IN SERIE

Due o più resistenze si dicono collegate in serie quando sono attraversate dalla stessa corrente elettrica. 1-1 I Rs R2 Rm * V1 V2 VM Questo collegamento presenta tre proprietà:

1. Esiste un solo percorso e pertanto la corrente ha lo stesso valore in qualsiasi punto del circuito.
2. Ogni utilizzatore è sottoposto a una tensione minore di V fornita dal generatore, in quanto viene ripartita tra tutti gli altri utilizzatori collegati; la somma delle tensioni è pertanto uguale a V cioè V= V1+V2+ .Vn
3. Applicando la legge di Ohm alla presente equazione si ottiene: RT * I = R1*| + R2*| +, .. Rn* I da cui RT*I = 1(R1+R2+ Rn) I APertanto la resistenza totale della serie equivale alla somma delle singole resistenze RT= R1+ R2 + ... Rn

COLLEGAMENTO DI RESISTENZE IN PARALLELO

Due o più resistenze si dicono collegate in parallelo quando sono sottoposte alla stessa tensione. 12# In Rj R2 Rm Questo collegamento presenta tre proprietà:

1. La tensione V fornita dal generatore e applicata ad ogni resistenza;
2. La corrente I erogata dal generatore è uguale alla somma delle correnti che circolano nel varie resistenze I= Is + I2+ - -M
3. Applicando la legge di Ohm a ciascuna resistenza, la precedente equazione diventa: + RT R1 V+ R2 1- . . . . + V RnRT R1 1 + 1 - + R2 1 1 Rn 1 1 1 R2 1 RT R1 Rn 1 RT = 1 RI 1 1 1 Rm

Resistenze Parallele: Due Resistenze

Es : due resistenze Parallele 4H Q RJ R2 I = Is +I2. DV =Y+ Rt R1 R2 1 X 1 + Rs Rt 1 R2 7 1 + 1 R1 Rt R2 V = = 十 R2R1 . 22 1 R1+ R2 R1 RE

Resistenze Parallele: Tre Resistenze

Esi tre resistenze I2 13 0 R1 R2 R3 I = IL + I2 + I3 V + R2 R3 x(1+1 +1) = RI R2 Rs ) RT 1 = 1 = R1 1 RT = 1 R1 + 1 R2 + 1 R1. R2 + R2· R3 + R1 - R3 R3 V RT R1 RT 1 + 1 + R2 R3 R1. R2. RB in parallelo RT = 1 1I IS

RESTENZE PARALLELE

F VI1 $12 VI4 13 V 4 RJ R2 R3 5 R I = I1 + I2+ I3 + I4 = + 1 R3 R4 RT 1 - = RT * 1 R1 Rg 1 +1 RT 1+1 R1 R2 1 +1- + 4 R1 R2 RT 1 R3 + Ry R1. R2- R3 8 RT = R1. R2·R3+R2 R3 Rx + R1-R3· R4 + R1 . R2 - R4 V. +V R1 R2 1 + 1 + 1 R3 R4 ) Rg R4 = 1ts: R42552 € 4 R1 R2 Q3 RT +42.24 12.2 12.52 OB R5=25R RTRt . R2 . Q 3 RT.R2XR2 .K3- R1.23 12 .12.12 - 7 2 28 32Rea 11 R4 252 RI C 42 B RS 252 RT= Reg + R4 + R5 = +25+25= 542 0 A BEs. RI 302 R2=108 A RT R1=12-2 Rg= R$= 252 152 R3=25 SC 10+12+2 975 7 10 RI30 Real Ru 25 1 15 5 -0 J- J 15 R8 0 75. 25 705+37571175 7,8 5 217625 2255 0 B Rg = 15 R.8+30+75= 2 2,8 5

BIPOLO ELETTRICO

Un bipolarismo elettrico è definito come un componente ( o un insieme di componenti riconducibili a uno equivalente) che interagisce con il resto del sistema in due punti soltanto. 0 A o B Ogni bipolo è caratterizzato dalle due seguenti grandezze:

• la tensione V tra i punti A e B;
• la corrente I che circola tra i punti A e B.

Legame tra tensione e corrente è convezione disegni di un bipolo

Convezione dei segni di un utilizzatore

I UTILIZZATORI 1 V poiché utilizzatore assorbe corrente dalla rete esterna, si considera positivo il verso della corrente quando essa entra nel bipolo dal punto con la tensione positiva.

Convezione di segno dei generatore

I GENERATORE D + > 10 un generatore eroga corrente alla rete esterna,si considera positivo il verso quando esce dal bipolo dal punto con tensione positivo. Per caratteristica esterna (o caratteristica volt-amperometrica) di un bipolo si intende il legame tra la tensione e la corrente, espresso in forma analitica e/o come grafico sul piano cartesiano. Nella rappresentazione grafica si può mettere in ascissa la corrente e in ordinata la tensione o viceversa, secondo dei casi. V. IL'esame della caratteristica consente di conoscere il comportamento " esterno del bipolo, senza tenere conto dei fenomeni che avvengono al suo interno. I bipoli hanno una caratteristica lineare o non lineare:

• bipoli lineari, la cui caratteristica è una retta sul piano V,I; V A V2 Vs 1 1 T2
• bipoli non lineari, la cui caratteristica non ha l'andamento di una retta. V V2 V1 Is I2 AH 1 Definizioni :
• tensioni a vuoto VO e la tensione che si ha ai morsetti del bipolo quando è nulla la corrente che vi circola, ossia quando il bipolo funziona a vuoto.
• Corrente di cortocircuito Icc è la corrente che si manifesta nel bipolo quando è nulla la tensione ai morsetti, ossia quando gli stessi sono chiusi in cortocircuito.

In base ai valori assunti da V0 e Icc i bipoli si dividono in:

• bipoli passivi quando sia la tensione a vuoto sia la corrente di cortocircuito sono nulle e, di conseguenza, la caratteristica passa per l'origine degli assi;
• bipoli attivi quanto la tensione a voto e la corrente di cortocircuito sono entrambe diverso da retro e la caratteristica esterna non passa per l' origine degli assi.

GENERATORI ELETTRICI DI TENSIONE

I generatori elettrici trattati fino a ora vengono chiamati IDEALI, in pratica non esistono. I generatori usati nella realtà,hanno sempre una certa resistenza interna "Ri" , cioè oppongono una resistenza al passaggio della corrente che essi stessi portano in circolazione nel circuito cui sono collegati provocando una caduta di tensione interna, di valore: V= Ri * I R == Ri.I La tensione effettiva disponibile ai morsetti A e B del generatore risulta, quindi, minore di E e precisamente : O V=E - Ri* I B