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I componenti e le reti a regime sinusoidale
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Concetti fondamentali:
- sinusoide (vedi anche il_segnale_sinusoidale e appunti di quarta (ripasso terza)
- da matematica:
- funzioni trigonometriche seno, coseno, tangente, arcotangente
- numeri complessi e operazioni con i numeri complessi
- operazioni con i vettori
- metodo simbolico: da sinusoide a vettore a numero complesso (per facilitare il calcolo)
- legge di Ohm dei tre componenti passivi in alternata e sua rappresentazione col metodo simbolico
- impedenza
Vedi anche questo foglio Google con il grafico di una sinusoide.
Componenti passivi
Consideriamo la tensione ai capi del componente e la corrente che scorre sul componente e ricaviamo la relazione tra queste due grandezze dalle rispettive leggi di Ohm. L'espressione di v e i come sinusoidi1) è:
`v=sqrt(2)Vsen(omegat + varphi_v)`
`i=sqrt(2)Isen(omegat + varphi_i)`
In regime sinusoidale la pulsazione (quindi la frequenza e il periodo) è uguale per tutte le grandezze, quindi si tratta di trovare il legame tra i rispettivi valori efficaci e tra le fasi. Definiamo anche la grandezza sfasamento come l'angolo tra la fase della tensione e quello della corrente. Analiticamente:
`varphi = varphi_v - varphi_i`
Questo indica il ritardo che c'è tra tensione e corrente:
- uno sfasamento positivo indica che la tensione è in anticipo
- uno sfasamento negativo che la tensione è in ritardo (la corrente in anticipo)
- uno sfasamento pari a zero indica che le due grandezze sono in fase (hanno la stessa fase)
Ricaveremo le relazioni tra tensione e corrente considerando le rispettive sinusoidi poi vedremo che le stesse relazioni possono essere espresse in maniera molto più semplice utilizzando il metodo simbolico.
Resistore
Vale la legge di Ohm
`v=Ri`
La relazione è lineare attraverso il parametro R. Se sostituiamo le sinusoidi nella legge di Ohm otteniamo una relazione tra i valori efficaci e una tra le fasi:
Se definiamo lo sfasamento come
Per la legge di Ohm
`i = C (dv)/(dt)`
Condensatore
Per la legge di Ohm
`i = C (dv)/(dt)`