Nel presente, terzo volume, vengono presentate domande sulla teoria del campo elettromagnetico (capitoli 23-30). Il capitolo 23 contiene le equazioni del campo elettromagnetico e le condizioni alle interfacce tra mezzi con differenti proprietà elettromagnetiche. Metodi per analizzare il campo elettrostatico, calcolare la capacità elettrica e il campo elettrico di una corrente continua (capitoli 24-26), il campo magnetico della corrente continua e calcolare l'induttanza (capitoli 27-28) e un campo elettromagnetico alternato in un dielettrico e in un mezzo di conduzione (capitoli 29-30).
Il campo elettromagnetico e le sue equazioni in forma integrale.
Nel cap. 1, volume I, sono state considerate le principali proprietà del campo elettromagnetico e sono stati forniti i concetti e le leggi fondamentali che caratterizzano il campo elettromagnetico. Il campo elettromagnetico è un tipo speciale di materia. Ogni particella caricata elettricamente è circondata da un campo elettromagnetico, che con esso costituisce un insieme unico. Ma il campo elettromagnetico può esistere allo stato libero, separato dalle particelle cariche, sotto forma di fotoni che si muovono ad una velocità prossima a 3 * 10 8 m / s, o in generale sotto forma di campo elettromagnetico irradiato (onde elettromagnetiche) muovendosi a questa velocità. Il campo elettromagnetico è caratterizzato da una distribuzione continua nello spazio, e allo stesso tempo presenta una struttura discreta sotto forma di quanti del campo elettromagnetico irradiato, ad esempio fotoni.
Il campo elettromagnetico è portatore di una certa quantità di energia, che può essere convertita in altri tipi di energia: chimica, termica, energia di movimento meccanico, ecc. Il campo elettromagnetico, essendo portatore di una certa quantità di energia, ha anche una certa massa corrispondente a questa energia, che può essere determinata dalla connessione generale W \u003d mc2 tra l'energia totale e la massa totale m, ec è la velocità della luce nel vuoto.
Soddisfare.
PARTE IV. TEORIA DEL CAMPO ELETTROMAGNETICO.
Capitolo 23. Equazioni del campo elettromagnetico.
Capitolo 24. Campo elettrostatico.
Capitolo 25. Calcolo della capacità elettrica.
Capitolo 26. Campo elettrico di correnti continue.
Capitolo 27. Campo magnetico delle correnti continue.
Capitolo 28. Calcolo delle induttanze.
Capitolo 29. Campo elettromagnetico alternato in un dielettrico.
Capitolo 30. Campo elettromagnetico alternato in un mezzo conduttivo.
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Demirchyan K.S., Neiman L.R., Korovkin N.V., Chechurin V.L.
Fondamenti teorici di ingegneria elettrica
Il primo volume riassume le informazioni di base sui fenomeni elettromagnetici e formula i concetti e le leggi di base della teoria dei circuiti elettrici e magnetici. Vengono descritte le proprietà dei circuiti elettrici lineari; vengono forniti metodi per il calcolo dei processi stazionari nei circuiti elettrici; Vengono considerati i fenomeni di risonanza nei circuiti e l'analisi dei circuiti trifase. Il libro di testo include sezioni che contribuiscono allo studio indipendente di materiale teorico complesso. Tutte le sezioni sono accompagnate da domande, esercizi e compiti. La maggior parte di loro ha risposte e soluzioni. Il libro di testo è destinato agli studenti di istituti di istruzione tecnica superiore, principalmente in ingegneria elettrica e ingegneria energetica.
Nel secondo volume vengono presentati i metodi di analisi dei processi transitori nei circuiti elettrici, particolare attenzione è rivolta alla loro analisi numerica. Vengono considerati metodi di sintesi e diagnostica di circuiti elettrici, analisi di reti a due terminali, nonché processi stazionari e transitori in circuiti elettrici con parametri distribuiti. Vengono analizzati gli elementi dei circuiti elettrici non lineari, viene fornito il calcolo dei circuiti elettrici e magnetici non lineari. Fondamenti della teoria delle oscillazioni e metodi per il calcolo dei processi transitori in circuiti elettrici non lineari Il libro di testo include sezioni che contribuiscono allo studio indipendente di materiale teorico complesso. Tutte le sezioni sono accompagnate da domande, esercizi e compiti. La maggior parte di loro ha risposte e soluzioni. Il libro di testo è destinato agli studenti di istituti di istruzione tecnica superiore, principalmente in ingegneria elettrica e ingegneria energetica.
Il terzo volume contiene le equazioni del campo elettromagnetico e delle condizioni al contorno alle interfacce tra mezzi con proprietà diverse, nonché le equazioni del campo elettrostatico, dei campi elettrici e magnetici della corrente continua e del campo elettromagnetico alternato. Vengono presentati metodi per il calcolo della capacità elettrica e dell'induttanza, metodi moderni di analisi numerica del campo elettromagnetico. Il libro di testo include sezioni che contribuiscono allo studio indipendente di materiale teorico complesso. Tutte le sezioni sono accompagnate da domande, esercizi e compiti. La maggior parte di loro ha risposte e soluzioni. Il libro di testo è destinato agli studenti di istituti di istruzione tecnica superiore, principalmente in ingegneria elettrica e ingegneria energetica.
Prefazione
Il corso "Fondamenti teorici di ingegneria elettrica" \u200b\u200bnel nostro paese è diventato per tutto il ventesimo secolo. nel contesto di uno sviluppo industriale intensivo, nonché di aree di produzione, trasformazione, trasmissione e espansione su larga scala di energia elettromagnetica. A Leningrado è stato creato e sviluppato dai membri a pieno titolo dell'Accademia delle scienze dell'URSS V.F. Mitkevich, L.R. Neiman e il professor P.L. Kalantarov. Dopo la Grande Guerra Patriottica, crearono e nel 1948 pubblicarono un libro di testo unico appositamente per il corso TOE, che divenne il principale in URSS. Questo libro di testo è stato tradotto e pubblicato in molti paesi e ha svolto un ruolo decisivo nella creazione delle proprie scuole TOE. Nel 1966, lo sviluppo del corso TOE si è riflesso in un nuovo libro di testo creato da L. R. Neiman e dal suo studente K. S. Demirchyan. Questo libro di testo sul corso TOE esce 20 anni dopo la sua ultima, terza edizione.
Il programma di lavoro originale per la preparazione della quarta edizione doveva essere modificato dopo gli eventi del 1991 e il successivo cambiamento qualitativo delle basi economiche e organizzative della motivazione per la formazione del personale scientifico e ingegneristico in Russia. Anche i mezzi tecnici di calcolo e la loro disponibilità sono cambiati in modo significativo in 20 anni. Il ruolo delle tecnologie dell'informazione nel processo di istruzione e attività professionale è notevolmente aumentato. Nel nuovo libro di testo è stato anche necessario introdurre degli aggiustamenti legati ad una diminuzione delle ore di aula di comunicazione diretta tra studenti e docenti e ad un aumento della proporzione del corso, padroneggiato in modo indipendente. A questo proposito, il libro di testo è stato integrato con sezioni che ne consentono il controllo indipendente. N. V. Korovkin e V. L. Chechurin hanno sviluppato e incluso nel libro di testo nuove sezioni, domande, istruzioni metodologiche, un libro di problemi ed esempi di risoluzione dei problemi più tipici.
Cento anni di esperienza nell'insegnamento del corso TOE in URSS e Russia dimostrano che l'orientamento iniziale del corso verso la comprensione primaria delle caratteristiche dei processi elettromagnetici nel particolare dispositivo in esame rispetto ai metodi di calcolo formale sta diventando sempre più importante. Lo sviluppo delle capacità dei computer e del loro software al momento e in futuro è tale che lo studio dei metodi di calcolo per il loro sviluppo e sviluppo cessa di essere una priorità. Viene in primo piano la necessità di comprendere l'essenza dei fenomeni studiati e le basi metodologiche degli strumenti software standard per valutare l'attendibilità dei dati numerici e grafici ottenuti e la loro conformità con le reali caratteristiche del dispositivo o fenomeno calcolato. Uno dei compiti più importanti del libro di testo proposto è creare nel lettore esattamente la capacità e l'abitudine di approfondire l'essenza dei fenomeni fisici che si verificano nel sistema o dispositivo studiato.
Va notato il ruolo speciale di uno degli autori di questo libro di testo, un eccezionale ingegnere elettrico, accademico dell'Accademia delle scienze dell'URSS LR Neiman, nello sviluppo della materia e del corso "Fondamenti teorici dell'ingegneria elettrica" \u200b\u200bnon solo nel URSS, ma anche in molti paesi in cui questo argomento è apparso, grazie ai suoi scritti e libri di testo. Io ei miei studenti VL Chechurin e NV Korovkin abbiamo avuto l'onorevole e difficile compito di essere degni di continuare le tradizioni stabilite nel corso TOE dai suoi fondatori - i capi del dipartimento TOE dell'Istituto Politecnico di Leningrado, Accademici dell'Accademia dell'URSS di Scienze Vladimir Fedorovich Mitkevich, Leonid Robertovich Neiman e il professor Pavel Lazarevich Kalantarov.
Gli autori considerano loro dovere, prima di tutto, ringraziare il professor IF Kuznetsov per il suo ottimo lavoro sulla modifica di questo libro di testo, il capo del dipartimento di TOE dell'Università Politecnica di San Pietroburgo, professore VNBoronin - per aver organizzato il lavoro su la creazione del libro di testo, capo del dipartimento di TOE dell'Istituto di ingegneria energetica di Mosca, membro corrispondente dell'Accademia delle scienze russa P. A. Butyrin e il professor V. G. Mironov, che hanno fornito assistenza nella pubblicazione del libro di testo.
Gli autori sono grati al professore associato EE Selina e alla docente senior TI Koroleva per l'aiuto nello sviluppo di domande, esercizi e problemi. L'aiuto degli studenti laureati A.S. Adalev, Yu.M. Balaguly, T.G. Minevich, M.V. Eidemiller, che hanno preparato soluzioni ai problemi proposti, li ha aiutati a completare le loro dissertazioni. Gli autori sono grati al candidato di scienze tecniche AN Modulina e all'ingegnere VAKuzmina per la preziosa assistenza nella preparazione del manoscritto per la stampa, nonché al professore associato RP Kiyatkin ea tutto il personale del Dipartimento di TOE dell'Università politecnica statale di San Pietroburgo, che ha fatto utili commenti alla discussione di nuove sezioni del libro di testo sulla base degli sviluppi metodologici del dipartimento utilizzati in questa edizione.
L'assistenza finanziaria dell'RFBR ha contribuito al completamento e all'esecuzione della pubblicazione di questo libro di testo.
introduzione
L'ingegneria elettrica teorica in Russia e nell'URSS si è sviluppata sulla base del riconoscimento della materialità del campo elettromagnetico e dell'importanza di comprendere il modello di flusso dei processi fisici presi in considerazione per il loro uso pratico e la descrizione sotto forma di modelli matematici. Lo sviluppo di questa scuola durante il ventesimo secolo è notevole per lo sviluppo di risultati nei campi, principalmente della fisica dei fenomeni elettromagnetici e della matematica applicata. L'indivisibilità pratica degli studi sui fenomeni fisici, lo sviluppo di modelli di questi fenomeni e la soluzione dei problemi applicati associati al calcolo delle quantità fisiche investigate dovrebbero essere considerate caratteristiche di questo periodo per gli scienziati della Russia e dell'URSS.
I primi lavori nel campo dell'elettricità in Russia appartengono al brillante scienziato russo accademico M.V. Lomonosov. MV Lomonosov, che ha creato molte opere notevoli in vari campi della scienza, ha dedicato un gran numero di opere allo studio dell'elettricità. Nei suoi studi teorici, ha avanzato le disposizioni che erano significativamente più avanti della sua epoca e ha posto problemi di eccezionale profondità. Così, su suo suggerimento nel 1755, l'Accademia delle Scienze propose come argomento del concorso per il premio il compito di "trovare una vera causa dell'energia elettrica e formulare la sua teoria esatta".
Un contemporaneo di MV Lomonosov era l'accademico russo F. Epinus. Appartiene alla priorità della scoperta dei fenomeni termoelettrici e del fenomeno dell'induzione elettrostatica. Particolarmente degno di nota è il rapporto da lui fatto nel 1758 all'Accademia delle scienze sul tema "Discorso sul rapporto tra forza elettrica e magnetismo".
Al momento, siamo ben consapevoli che esiste una connessione inestricabile tra fenomeni elettrici e magnetici, e questa posizione è alla base della moderna teoria dei fenomeni elettromagnetici. Tuttavia, il pensiero scientifico è giunto a una tale convinzione solo come risultato di un lungo accumulo di fatti sperimentali, e per lungo tempo i fenomeni elettrici e magnetici sono stati considerati indipendenti, non avendo alcuna connessione tra loro. Il primo lavoro scientifico completo sui fenomeni magnetici ed elettrici, che appartiene a Hilbert, fu pubblicato nel 1600. In questo lavoro, Hilbert giunse, tuttavia, alla conclusione sbagliata che i fenomeni elettrici e magnetici non hanno alcuna connessione tra loro.
La somiglianza tra l'interazione meccanica dei corpi caricati elettricamente e l'interazione meccanica dei poli dei magneti ha portato naturalmente a un tentativo di spiegare questi fenomeni allo stesso modo. L'idea è nata dalle masse magnetiche positive e negative distribuite alle estremità del magnete e che causano l'interazione magnetica. Tuttavia, una tale ipotesi, come ora sappiamo, non corrisponde alla natura fisica dei fenomeni magnetici. Storicamente è sorto per analogia con il concetto di elettricità positiva e negativa, che corrisponde all'essenza fisica dei fenomeni elettrici. Secondo i concetti moderni, la carica elettrica di qualsiasi corpo è formata da un insieme di cariche in movimento continuo di particelle elementari caricate positivamente o negativamente: protoni, elettroni, ecc.
Le relazioni quantitative che caratterizzano le interazioni meccaniche dei corpi caricati elettricamente e le interazioni meccaniche delle masse magnetiche dei poli di un magnete furono pubblicate per la prima volta nel 1785 da Coulomb. Ma già Coulomb ha richiamato l'attenzione sulla differenza essenziale tra masse magnetiche e cariche elettriche.
La differenza deriva dai seguenti semplici esperimenti. Riusciamo facilmente a separare le cariche elettriche positive e negative l'una dall'altra, ma non riusciamo mai e in nessun caso a produrre un esperimento per cui le masse magnetiche positive e negative sarebbero separate l'una dall'altra. A questo proposito, Coulomb ha suggerito che i singoli piccoli elementi del volume di un magnete, quando magnetizzati, si trasformano in piccoli magneti e che solo all'interno di tali elementi del volume, le masse magnetiche positive sono spostate in una direzione e negative - nella direzione opposta.
Tuttavia, se le masse magnetiche positive e negative avessero un'esistenza indipendente all'interno dei magneti elementari, allora sarebbe ancora possibile sperare in qualche esperimento in cui verrebbe effettuato un effetto diretto su questi magneti elementari, per separare la massa negativa dal positivo, proprio come agendo in una molecola con una carica elettrica totale uguale a zero, riusciamo a scinderla in particelle caricate negativamente e positivamente - i cosiddetti ioni. Ma anche nei processi elementari, non si trovano mai masse magnetiche positive e negative separate.
La rivelazione della reale natura dei fenomeni magnetici risale all'inizio del XIX secolo. Questo periodo è segnato da una serie di scoperte notevoli che stabilirono la connessione più stretta tra fenomeni elettrici e magnetici.
Nel 1820 Oersted eseguì esperimenti in cui scoprì l'effetto meccanico di una corrente elettrica su un ago magnetico.
Nel 1820, Ampere dimostrò che un solenoide con una corrente è simile nelle sue azioni a un magnete, e espresse l'idea che per un magnete permanente, la vera causa del verificarsi di azioni magnetiche sono anche correnti elettriche, che sono chiuse lungo alcuni elementari circuiti all'interno del corpo del magnete. Queste idee hanno trovato concreta espressione nei concetti moderni, secondo i quali il campo magnetico di un magnete permanente è dovuto a correnti elettriche elementari esistenti nella sostanza del magnete ed equivalenti ai momenti magnetici delle particelle elementari che formano la sostanza. In particolare, queste correnti elementari sono il risultato della rotazione degli elettroni attorno ai loro assi, nonché della rotazione degli elettroni nelle orbite degli atomi.
Quindi, arriviamo alla conclusione che le masse magnetiche non esistono realmente.
Tutti gli studi sopra menzionati hanno stabilito la posizione più importante che il movimento di particelle e corpi caricati elettricamente è sempre accompagnato da fenomeni magnetici. Ciò ha già dimostrato che i fenomeni magnetici non rappresentano, come credeva Hilbert, qualcosa di indipendente, in nessun modo connesso a fenomeni elettrici. Nel 1831 Faraday annunciò la scoperta del fenomeno dell'induzione elettromagnetica. Ha scoperto il verificarsi di una corrente elettrica in un circuito in movimento rispetto a un magnete o rispetto a un altro circuito con corrente. Pertanto, è stato dimostrato che i fenomeni elettrici possono anche sorgere come conseguenza di processi legati al campo dei fenomeni magnetici.
Nel 1833 l'accademico russo E. H. Lenz formulò per la prima volta una proposizione estremamente importante, che stabilì la generalità e la reversibilità dei fenomeni scoperti da Oersted e Faraday. Questa disposizione conteneva la base per un importante principio di reversibilità delle macchine elettriche. E. H. Lenz ha stabilito una regola per determinare la direzione della corrente indotta, che esprime il principio fondamentale dell'elettrodinamica: il principio dell'inerzia elettromagnetica.
In relazione a tutte queste scoperte, è necessario notare in particolare l'idea principale, che Faraday è stato invariabilmente guidato nella sua ricerca e che è stata sviluppata nelle opere dell'accademico VFMitkevich: l'idea della realtà fisica del processo che si verifica in spazio tra corpi caricati elettricamente e tra circuiti con correnti elettriche. Secondo queste idee, l'interazione dei corpi carichi, così come l'interazione dei circuiti con le correnti, vengono effettuate tramite il campo elettromagnetico circostante, che è un tipo speciale di materia.
Il merito di aver creato la teoria del campo elettromagnetico appartiene a Maxwell, che lo espose nell'opera classica "Treatise on Electricity and Magnetism", pubblicata nel 1873. Questo trattato contiene un'esposizione in forma matematica e approfondisce ulteriormente ed espande le idee fisiche di base di Faraday.
La conferma sperimentale e lo sviluppo della teoria maxwelliana del campo elettromagnetico è stata effettuata da Hertz (1886-1889) nei suoi notevoli esperimenti sulla produzione e propagazione delle onde elettromagnetiche, nelle opere di PN Lebedev (1895) sulla generazione e propagazione di onde elettromagnetiche di brevissima lunghezza, nei suoi esperimenti classici (1900-1910), in cui la pressione della luce è stata provata sperimentalmente, nell'invenzione della radio da AS Popov (1895) e nell'implementazione di comunicazioni radio da parte sua, come così come in tutti gli ulteriori sviluppi dell'ingegneria radio pratica e teorica.
Tutte queste scoperte hanno portato al riconoscimento di una profonda connessione tra fenomeni elettrici e magnetici. Nell'insieme generale dei problemi teorici relativi al campo dei fenomeni elettromagnetici, si sviluppa sempre più la teoria dei circuiti elettrici e magnetici. La teoria dei circuiti elettrici si basa sulle leggi stabilite da Ohm (1827), Joule (1841), Lenz (1842) e Kirchhoff (1847). Molti scienziati russi e stranieri hanno dato un grande contributo al successivo sviluppo di questa teoria.
Allo stato attuale, a causa dell'estrema complicazione dei sistemi di energia elettrica, dell'ingegneria radio e delle apparecchiature di misurazione elettrica, dei sistemi automatici di controllo e gestione, computer elettronici ad alta velocità e tecnologie dell'informazione, diventa necessario creare metodi di analisi generalizzati, in cui interi complessi di Gli elementi del circuito elettrico che fanno parte di questi sistemi complessi e svolgono determinate funzioni sono considerati utilizzando i loro parametri generalizzati. Tali complessi di elementi circuitali sono, ad esempio, dispositivi che generano, trasmettono o convertono energia elettromagnetica in sistemi di alimentazione elettrica, generatori, amplificatori e convertitori di segnale in sistemi di comunicazione cablata, trasmissioni radiotelevisive, misurazioni elettriche e controllo e monitoraggio automatici, alimentatori, blocchi che eseguono operazioni logiche in computer elettronici, convertitori digitali discreti, ecc.
Questi singoli complessi includono elementi di circuiti lineari, i cui parametri non dipendono dalla corrente, ad esempio resistori, bobine induttive, condensatori, nonché elementi di circuiti non lineari con parametri dipendenti dalla corrente o dalla tensione, ad esempio tubi a vuoto , transistor, bobine induttive con nuclei ferromagnetici. ... Questi elementi circuitali sono interconnessi in vari modi e formano circuiti elettrici piuttosto complessi già all'interno di tali complessi. I complessi stessi, a loro volta, sono interconnessi in un modo o nell'altro, formando sistemi complessi.
Metodi generalizzati per l'analisi di sistemi complessi consentono di studiare l'interazione di questi singoli complessi che fanno parte del sistema. I punti di partenza per la costruzione di tali metodi generalizzati sono le stesse leggi fisiche di base dei circuiti elettrici: le leggi di Ohm e di Kirchhoff, che vengono utilizzate anche per calcolare circuiti elettrici relativamente semplici.
Allo stesso modo, la teoria del campo elettromagnetico è ulteriormente sviluppata in connessione con lo sviluppo delle radiocomunicazioni terrestri e spaziali e della radioastronomia, nonché con l'uso sempre più ampio dei campi elettrici e magnetici e della radiazione elettromagnetica nelle nuove tecnologie elettrotecnologiche ed elettrofisiche. installazioni.
Tutto quanto sopra è sempre stato presentato e soprattutto ora richiede l'organizzazione di un'istruzione superiore in ingegneria elettrica ad alto livello scientifico. In questo senso, storicamente, è stata di grande importanza la creazione delle prime discipline scientifiche per l'istruzione superiore, in cui si sono posti i problemi teorici dell'ingegneria elettrica. Nel 1904, il professor VF Mitkevich iniziò a insegnare al Politecnico di San Pietroburgo il corso da lui creato "Teoria dei fenomeni elettrici e magnetici", e poi il corso "Teoria delle correnti alternate". Nel 1905, il professor K. A. Krug iniziò a leggere il suo corso "Teoria delle correnti alternate" presso la Scuola tecnica superiore di Mosca, e poi il corso "Fondamenti di ingegneria elettrica".
Successivamente, queste discipline teoriche svilupparono in accordo con nuove idee fisiche, nuovi metodi teorici e sperimentali per lo studio dei fenomeni elettromagnetici e lo sviluppo estremamente rapido delle applicazioni tecniche di questi fenomeni e formarono una disciplina che ora ha il nome di "Fondamenti teorici dell'ingegneria elettrica".
Il corso Teorico Fondamenti di Ingegneria Elettrica comprende quattro parti. La prima parte, relativamente breve, denominata "Concetti fondamentali e leggi della teoria del campo elettromagnetico e teoria dei circuiti elettrici e magnetici", contiene una generalizzazione di concetti e leggi dal campo dei fenomeni elettromagnetici sulla base delle informazioni ottenute nel corso della fisica e lo sviluppo di formulazioni e definizioni di concetti e leggi fondamentali la teoria dei circuiti elettrici e magnetici relativi a tutte le sezioni di questa teoria. Questa parte deve essere considerata come collegamento del corso di fisica con il corso sui fondamenti teorici dell'ingegneria elettrica e fornire una comprensione fisica dei processi che avvengono nei circuiti elettrici e magnetici e nei campi elettromagnetici. È di grande importanza per la corretta formulazione matematica dei problemi risolti dai metodi presentati nelle parti successive del corso. La padronanza del materiale di questa parte è di grande importanza poiché il software dei computer moderni e promettenti è in grado di eseguire calcoli numerici per un'ampia gamma di modelli matematici. Per evitare interpretazioni errate dei risultati dei calcoli presentati sotto forma di dati numerici e grafici, gli specialisti necessitano di una profonda comprensione dell'essenza fisica del fenomeno in esame.
La seconda, più grande in termini di volume, parte del corso si chiama "Teoria dei circuiti elettrici lineari". Descrive le proprietà dei circuiti elettrici lineari e i metodi per calcolare i processi in tali circuiti. Fondamentalmente in questa parte vengono considerati i metodi di analisi dei circuiti, cioè la definizione dei processi in determinati circuiti, ma viene prestata anche attenzione alla sintesi e alla diagnostica dei circuiti, cioè domande sulla costruzione di circuiti elettrici con proprietà predeterminate e metodi di determinazione sperimentale dei parametri di dispositivi reali ... I circuiti sono chiamati lineari, i cui parametri di tutti gli elementi non dipendono dalla corrente e dalla tensione. In relazione ad essi, si applica un principio importante chiamato principio di sovrapposizione. Secondo il principio di sovrapposizione, le conseguenze causate in un determinato ambiente fisico dall'azione congiunta di più cause omogenee sono la somma delle conseguenze causate nello stesso ambiente fisico da ciascuna di queste cause separatamente. L'utilizzo di questo principio consente di estendere i risultati ottenuti per casi semplici a casi più complessi. Viceversa, l'applicazione di questo principio consente di scomporre un problema complesso in più problemi più semplici. Useremo ampiamente il principio di sovrapposizione nello studio dei circuiti elettrici lineari, così come nello studio dei campi elettromagnetici nei mezzi lineari, i cui parametri non dipendono dall'intensità del processo.
La terza parte è intitolata "Teoria dei circuiti elettrici e magnetici non lineari". Descrive le proprietà dei circuiti elettrici e magnetici non lineari e i metodi per calcolare i processi che si verificano in essi. I parametri di tali circuiti dipendono dalla corrente, dalla tensione o dal flusso magnetico e questo porta a una significativa complicazione dell'analisi matematica dei processi in questi circuiti. Allo stesso tempo, queste domande sono di grande importanza in relazione all'uso diffuso di elementi circuitali con caratteristiche non lineari nei dispositivi moderni.
L'ultima, quarta parte ha il nome "Teoria del campo elettromagnetico". Molti problemi elettrici non possono essere affrontati completamente utilizzando la teoria dei circuiti e possono essere risolti solo con metodi di teoria del campo elettromagnetico. Prima di tutto, per calcolare i parametri dei circuiti elettrici e magnetici, è necessario conoscere i campi elettrici e magnetici associati a questi circuiti. Ciò è del tutto naturale, poiché i parametri dei circuiti elettrico e magnetico, infatti, riflettono in se stessi in forma integrale la configurazione dei campi elettrici e magnetici associati ai circuiti in esame, e le proprietà fisiche del mezzo in cui questi esistono campi. Una serie di domande molto importanti possono essere risolte solo con metodi sviluppati solo nella teoria dei campi. Tali problemi includono, ad esempio, la radiazione delle onde elettromagnetiche dall'antenna e la loro propagazione nello spazio. La presenza delle leggi fondamentali formulate nella prima parte del corso permette di iniziare a considerare la teoria del campo elettromagnetico con equazioni generali che caratterizzano questo campo nel suo complesso, e di mostrare quei casi in cui solo un campo elettrico o solo un magnetico Il campo viene rilevato sono casi speciali quando le condizioni di osservazione sono tali che in una certa area limitata dello spazio viene rilevato solo un lato del processo elettromagnetico. Ciò evidenzia chiaramente l'idea dell'unità dei fenomeni elettrici e magnetici.
Il libro di testo contiene un gran numero di nuovi materiali didattici sotto forma di domande, istruzioni ed esempi per risolvere i problemi più tipici, nonché un libro dei problemi. Queste nuove sezioni aiuteranno a compensare i danni alla comunicazione faccia a faccia tra studenti e docenti a causa delle ridotte ore di lezione. Possono essere utili per una padronanza più consapevole ed efficace di quelle sezioni del corso che dovrebbero essere studiate in modo indipendente.
Domande, esercizi e problemi sono raggruppati in modo da coprire diversi capitoli del corso teorico. Ad esempio, un gruppo di nuovi materiali didattici segue la prima parte del corso (fondamenti fisici di ingegneria elettrica). Il prossimo gruppo di domande, esercizi e compiti unisce la seconda sezione del corso: i concetti di base della teoria dei circuiti elettrici e magnetici. Così, durante lo studio del corso, diventa possibile, utilizzando questi materiali didattici, consolidare le conoscenze teoriche acquisite.
La complessità delle domande e degli esercizi offerti è diversa, le domande e gli esercizi nella sezione del corso sono ordinati all'aumentare della loro complessità. Gli esercizi più difficili sono divisi in gruppi di compiti.
La selezione di domande, esercizi e compiti è stata effettuata per ragioni non solo di padronanza della parte teorica del corso, ma anche di una più profonda comprensione e studio delle idee e dei metodi più complessi dell'ingegneria elettrica teorica. Alcune delle domande e dei compiti proposti possono essere difficili per gli studenti che studiano il corso, ma saranno utili non solo per loro, ma anche per studenti laureati e ingegneri.
Le lettere (O) e (P) racchiuse tra parentesi nelle sezioni "Domande, esercizi, problemi per capitoli ..." significano che alla fine del volume c'è una risposta o una soluzione alla domanda, esercizio o problema corrispondente.
Prefazioneintroduzione
Prima parte. CONCETTI FONDAMENTALI E LEGGI DELLA TEORIA DEL CAMPO ELETTROMAGNETICO E DELLA TEORIA DEI CIRCUITI ELETTRICI E MAGNETICI
Capitolo primo. Generalizzazione dei concetti e delle leggi del campo elettromagnetico
1-1. Basi fisiche generali dei problemi della teoria del campo elettromagnetico e della teoria dei circuiti elettrici e magnetici
1-2. Particelle elementari con una carica elettrica e un campo elettromagnetico come tipi speciali di materia
1-3. La connessione tra fenomeni elettrici e magnetici. Campi elettrici e magnetici come due lati di un unico campo elettromagnetico
1-4. La connessione della carica di particelle e corpi con il loro campo elettrico. Teorema di Gauss
1-5. Polarizzazione dei dielettrici. Spostamento elettrico. Postulato di Maxwell
1-6. Correnti elettriche di conduzione, trasferimento e spostamento
1-7. Il principio di continuità della corrente elettrica
1-8. Tensione elettrica. Differenza di potenziale elettrico. Forza elettromotiva
1-9. Flusso magnetico. Principio di continuità del flusso magnetico
1-10. La legge dell'induzione elettromagnetica
1-11. Collegamento del flusso. E. d. Con. autoinduzione e mutua induzione. Il principio dell'inerzia elettromagnetica
1-12. Campi elettrici potenziali e vorticosi
1-13. Relazione di un campo magnetico con una corrente elettrica
1-14. Magnetizzazione della materia e intensità del campo magnetico
1-15. Legge attuale totale
1-16. Equazioni di base del campo elettromagnetico
Capitolo due. Manifestazioni energetiche e meccaniche dei campi elettrici e magnetici
2-1. Energia di un sistema di corpi carichi. Distribuzione di energia in un campo elettrico
2-2. Forze che agiscono su corpi carichi
2-3. Energia di un sistema di circuiti con correnti elettriche. Distribuzione dell'energia in un campo magnetico
2-4. Forza elettromagnetica
Capitolo tre. Concetti di base e leggi della teoria dei circuiti elettrici e magnetici
3-1. Circuiti elettrici e magnetici
3-2. Elementi di circuiti elettrici. Parti attive e passive di circuiti elettrici
3-3. Fenomeni fisici nei circuiti elettrici. Catene distribuite
3-4. Astrazioni scientifiche adottate nella teoria dei circuiti elettrici, loro significato pratico e limiti di applicabilità. Catene concentrate
3-5. Parametri del circuito elettrico. Circuiti elettrici e magnetici lineari e non lineari
3-6. Il rapporto tra tensione e corrente negli elementi principali del circuito elettrico
3-7. Direzioni positive condizionali di corrente ed e. ecc. con. negli elementi del circuito e la tensione ai loro terminali
3-8. Fonti di e. ecc. con. e fonti attuali
3-9. Schemi del circuito elettrico. Elementi dello schema elettrico
3-10. Le leggi dei circuiti elettrici. Equazioni differenziali che descrivono processi in circuiti con parametri concentrati
3-11. Leggi e parametri dei circuiti magnetici
3-12. Analisi e sintesi sono i due compiti principali della teoria dei circuiti elettrici
seconda parte. TEORIA DEI CIRCUITI ELETTRICI LINEARI
Capitolo quattro. Proprietà di base e parametri equivalenti di circuiti elettrici con correnti sinusoidali
4-1. Sinusoidale e. ecc. con., tensioni e correnti. Fonti di sinusoidale e. ecc. con. e correnti
4-2. Valori effettivi e medi di fem periodica. ecc. con., tensioni e correnti
4-3. Immagine di sinusoidale e. d. s., tensioni e correnti utilizzando vettori rotanti. Diagrammi vettoriali
4-4. Corrente sinusoidale stazionaria in un circuito con un collegamento in serie delle sezioni r, L e C
4-5. Corrente sinusoidale stazionaria in un circuito con collegamento in parallelo delle sezioni g, L e C
4-6. Potenza attiva, reattiva e apparente
4-7. Fluttuazioni istantanee di potenza ed energia in un circuito di corrente sinusoidale
4-8. Parametri equivalenti di un circuito CA complesso, considerato nel suo insieme come un bipolare
4-9. Circuiti equivalenti di una rete a due porte a una data frequenza
4-10. Influenza di vari fattori sui parametri del circuito equivalente
Capitolo cinque. Metodi per il calcolo di circuiti elettrici con correnti sinusoidali e continue stabili
5-1. Metodo complesso
5-2. Resistenza e conduttività complesse
5-3. Espressioni delle leggi di Ohm e di Kirchhoff in forma complessa
5-4. Calcolo della potenza mediante tensione e corrente complesse
5-5. Calcolo quando si collegano sezioni della catena in serie
5-6. Calcolo con collegamento in parallelo di tratti di catena
5-7. Calcolo con collegamento misto di tratti di catena
5-8. Informazioni sul calcolo di circuiti elettrici complessi
5-9. Calcolo del circuito basato sulla conversione di una connessione a triangolo in una connessione a stella equivalente
5-10. Conversione di più rami collegati in parallelo con emettitori. ecc. con. in un ramo equivalente
5-11. Metodo della corrente di loop
5-12. Metodo dello stress nodale
5-13. Il principio di sovrapposizione e il metodo di progettazione del circuito basato su di esso
5-14. Il principio di reciprocità e il metodo di progettazione del circuito basato su di esso
5-15. Metodo del generatore equivalente
5-16. Calcolo dei circuiti in presenza di mutua induzione
5-17. Trasformatori con caratteristiche lineari. Trasformatore perfetto
5-18. Catene collegate tramite un campo elettrico
5-19. Notazione matriciale delle equazioni per il calcolo dei circuiti elettrici
5-20. Risoluzione di equazioni a catena scritte in forma matriciale
5-21. Equilibrio di potere in una catena complessa
5-22. Calcolo di circuiti complessi a corrente costante
Capitolo sei. Fenomeni di risonanza e caratteristiche di frequenza
6-1. Il concetto di risonanza e caratteristiche di frequenza nei circuiti elettrici
6-2. Risonanza nel caso di collegamento in serie delle sezioni r, L, C
6-3. Caratteristiche di frequenza di un circuito con un collegamento in serie delle sezioni r, L, C
6-4. Risonanza con collegamento in parallelo delle sezioni g, L, C
6-5. Caratteristiche di frequenza di un circuito con collegamento in parallelo delle sezioni g, L, C
6-6. Caratteristiche di frequenza dei circuiti contenenti solo elementi reattivi
6-7. Caratteristiche di frequenza dei circuiti in generale
6-8. Risonanza in circuiti accoppiati induttivamente
6-9. Il significato pratico del fenomeno della risonanza nei circuiti elettrici
Capitolo sette. Calcolo di circuiti trifase
7-1. Circuiti e sistemi multifase e loro classificazione
7-2. Calcolo di un circuito trifase nel caso generale di squilibrio e. ecc. con. e squilibri del circuito
7-3. Ottenere un campo magnetico rotante
7-4. Decomposizione di sistemi trifase sbilanciati in componenti simmetriche
7-5. Sull'applicazione del metodo dei componenti simmetrici al calcolo dei circuiti trifase
Capitolo otto. Calcolo di circuiti elettrici con periodico non sinusoidale e. ecc., tensioni e correnti
8-1. Metodo per il calcolo dei valori istantanei di tensioni e correnti stazionarie in circuiti elettrici lineari sotto l'azione di periodici non sinusoidali e. ecc. con.
8-2. Dipendenza della forma d'onda della corrente dalla natura del circuito a tensione non sinusoidale
8-3. Valori RMS di correnti periodiche non sinusoidali, tensioni e e. ecc. con.
8-4. Potenza attiva a correnti e tensioni periodiche non sinusoidali
8-5. Caratteristiche del comportamento delle armoniche superiori nei circuiti trifase
8-6. Sulla composizione di armoniche superiori in presenza di simmetria delle forme delle curve di corrente o tensione
8-7. Rappresentazione complessa della serie di Fourier
8-8. Battere le vibrazioni
8-9. Oscillazione modulata
Capitolo nove. Calcolo dei processi transitori in circuiti elettrici con parametri concentrati secondo il metodo classico
9-1. Informazioni sui transitori nei circuiti elettrici lineari
9-2. Metodo generale di calcolo dei transitori nei circuiti elettrici lineari
9-3. Determinazione delle costanti di integrazione dalle condizioni iniziali
9-4. Processi transitori in un circuito con sezioni re L collegate in serie
9-5. Processi transitori in un circuito con sezioni re C collegate in serie
9-6. Processi transitori in un circuito con sezioni collegate in serie r, L e C
9-7. Scarica dei condensatori per circuito r, L
9-8. Accensione del circuito r, L, C a tensione costante
9-9. Accensione del circuito r, L, C sotto tensione sinusoidale
9-10. Processi transitori con variazione istantanea dei parametri delle sezioni del circuito
9-11. Calcolo dei transitori in un circuito complesso
9-12. Calcolo di processi transitori in circuiti complessi utilizzando computer continui
Capitolo dieci. Calcolo dei processi transitori in circuiti con parametri concentrati utilizzando il metodo dell'operatore
10-1. Rappresentazione per operatore di funzioni, loro derivate e integrali
10-2. Esempi di immagini di funzioni
10-3. Leggi di Kirchhoff e di Ohm in forma di operatore
10-4. Calcolo dei processi transitori nei circuiti elettrici utilizzando il metodo dell'operatore
10-5. Transizione dalle immagini all'originale. Teorema di decomposizione
10-6. Proprietà delle radici dell'equazione caratteristica
Capitolo undici. La rappresentazione spettrale di funzioni non periodiche è la trasformata integrale di Fourier. Calcolo dei transitori con il metodo delle caratteristiche di frequenza
11-1. Rappresentazione di funzioni non periodiche del tempo utilizzando l'integrale di Fourier
11-2. Caratteristiche di frequenza
11-3. Ottenere le caratteristiche di frequenza di una data funzione del tempo
11-4. Calcolo dei transitori utilizzando le caratteristiche di frequenza
11-5. Collegamento della trasformata di Fourier con la trasformata di Laplace. Capire la frequenza complessa
Capitolo dodici. Calcolo dei circuiti elettrici quando esposti a impulsi e. ecc. con. e e. ecc. con. forma libera
12-1. Il concetto di impulso e. ecc. con. e sistemi a impulsi
12-2. Caratteristiche transitorie e impulsive del circuito elettrico e calcolo del circuito quando esposto all'impulso e. ecc. con.
12-3. Calcolo della catena quando esposto a e. ecc. con. forma libera - Duhamel integrale
12-4. Informazioni sui processi casuali nei circuiti elettrici
Capitolo tredici. Analisi delle proprietà generali delle reti a quattro porte
13-1. Diversi tipi di equazioni di un quadrupolo
13-2. Circuiti a quattro porte equivalenti
13-3. Determinazione sperimentale dei parametri di una rete a due porte
13-4. Connessioni quadripolari e notazione matriciale di equazioni quadripolari
13-5. Funzioni di trasferimento di reti a due porte
13-6. Differenziare e integrare circuiti
13-7. Risposta
13-8. Quadrupolo attivo
13-9. Diagramma vettoriale a torta di un quadripolo
Capitolo quattordici. Circuiti a catena. Filtri elettrici. Diagrammi strutturali
14-1. Parametri caratteristici di una rete a quattro porte
14-2. Funzioni di trasferimento di circuiti a catena abbinati
14-3. Filtri elettrici
14-4. Filtri elettrici passa basso tipo k
14-5. Filtri elettrici passa basso tipo m
14-6. Metodo di conversione della frequenza. Filtri elettrici passa-alto. Filtri a banda elettrica
14-7. Diagrammi strutturali
14-8. Alla questione della stabilità nei circuiti elettrici
Capitolo quindici. Sintesi di circuiti elettrici
15-1. Il problema della sintesi dei circuiti elettrici
15-2. Proprietà delle funzioni di ingresso dei circuiti elettrici passivi
15-3. Rappresentazione delle funzioni di input come semplici frazioni
15-4. Implementazione delle funzioni di input di una rete a due terminali con radici reali e immaginarie del denominatore, utilizzando l'espansione di queste funzioni in semplici frazioni
15-5. Implementazione delle funzioni di input di una rete a due terminali che hanno solo croste immaginarie del denominatore, utilizzando la rappresentazione di queste funzioni sotto forma di frazioni continue
15-6. Sintesi della funzione di ingresso di una rete a due terminali nel caso generale. Verifica dell'assenza di zeri e poli nel semipiano destro
15-7. Sintesi della funzione di ingresso di una rete a due terminali nel caso generale. Verifica della condizione che la funzione Re\u003e 0 sia positiva per Re (p) \u003d b\u003e 0
15-8. Sintesi della funzione di ingresso di una rete a due terminali nel caso generale. Realizzazione di funzioni date con radici reali, immaginarie e complesse
15-9. Sulla sintesi delle funzioni di trasferimento di una rete a due porte
Capitolo sedici. Circuiti elettrici con parametri distribuiti a regime
16-1. Circuiti elettrici con parametri distribuiti
16-2. Equazioni a linee distribuite
16-3. Risolvere le equazioni di una linea omogenea in un modo sinusoidale a stato stazionario
16-4. Modellazione di una linea omogenea mediante un circuito a catena
16-5. Onde in viaggio
16-6. Caratteristiche della linea omogenea. Condizioni per una linea che non distorce
16-7. Linea omogenea in diverse modalità di funzionamento
16-8. Linee senza perdita
Capitolo diciassette. Circuiti elettrici con parametri distribuiti durante processi transitori
17-1. Processi transitori in circuiti con parametri distribuiti
17-2. Risolvere le equazioni di una linea omogenea non distorcente in un processo transitorio con il metodo classico
17-3. Soluzione delle equazioni di una linea omogenea non distorcente in un processo transitorio utilizzando il metodo dell'operatore
17-4. Onde in una linea che non distorce
17-5. Sull'origine e la natura delle onde nelle linee
17-6. Rifrazione e riflessione delle onde alla giunzione di due linee omogenee
17-7. Riflessione delle onde dalla fine della linea
17-8. Il processo di inclusione di una linea uniforme
17-9. Passaggio di onde in presenza di reattanza alla giunzione di linee omogenee
17-10 Passaggio delle onde in presenza di resistenza attiva alla giunzione di linee omogenee
Indice dei soggetti
Sommario
Fondamenti teorici dell'ingegneria elettrica: in 3 volumi Libro di testo per le università. Volume 1. - 4a ed. / K.S. Demirchyan, L.R. Neiman, N.V. Korovkin, V.L. Chechurin. - SPb.: Peter, 2003 .-- 463 p.: Ill.
Il primo volume riassume le informazioni di base sui fenomeni elettromagnetici e formula i concetti e le leggi di base della teoria dei circuiti elettrici e magnetici. Descrive le proprietà circuiti elettrici lineari; vengono forniti metodi per calcolare i processi stazionari nei circuiti elettrici; si occupa di fenomeni di risonanza nei circuiti e problematiche di analisi circuiti trifase.
Il libro di testo include sezioni che contribuiscono allo studio indipendente di materiale teorico complesso. Tutte le sezioni sono accompagnate da domande, esercizi e compiti. La maggior parte di loro ha risposte e soluzioni.
Il libro di testo è destinato agli studenti di istituti di istruzione tecnica superiore, principalmente ingegneria elettrica ed energetica.
Sulla struttura del libro di testo
Corso " Fondamenti teorici di ingegneria elettrica"Include quattro parti. Il primo, relativamente breve, chiamato "Concetti e leggi fondamentali e teoria", Contiene generalizzazioni di concetti e leggi dal campo dei fenomeni elettromagnetici e lo sviluppo di formulazioni e definizioni dei concetti di base e delle leggi della teoria circuiti elettrici e magnetici... Questa parte, che collega i corsi di fisica e fondamenti teorici dell'ingegneria elettrica, allo stesso tempo forma le idee fisiche corrette del lettore sui processi che avvengono in circuiti elettrici e magnetici e in campi elettromagnetici... Aiuta anche ad acquisire una più profonda comprensione delle formulazioni matematiche e dei metodi di risoluzione dei problemi presentati nelle parti successive del corso.
La seconda e più ampia parte del corso, denominata "", contiene una presentazione coerente di questa teoria, accompagnata da un numero significativo di esempi. Ecco le proprietà di base circuiti elettrici lineari e diversi approcci per calcolare processi stazionari e transitori in tali circuiti. L'attenzione principale è rivolta ai metodi di analisi che consentono di calcolare le caratteristiche dei processi elettromagnetici nei circuiti elettrici, la cui struttura e parametri sono noti. Allo stesso tempo, vengono considerati anche i principali approcci ai problemi di sintesi e diagnostica dei circuiti, la cui rilevanza è attualmente in crescita. L'uso dei metodi di queste sezioni del libro di testo consente di creare circuiti elettrici con proprietà predeterminate, nonché di determinare i parametri o diagnosticare lo stato dei dispositivi reali.
La terza parte del corso si chiama " Teoria dei circuiti elettrici e magnetici non lineari". Delinea le proprietà circuiti elettrici e magnetici non lineari e metodi per calcolare i processi che si verificano in essi. I parametri dei circuiti non lineari dipendono dalla corrente, dalla tensione o dal flusso magnetico e questo porta a una significativa complicazione dei modelli matematici di elementi e metodi non lineari per analizzare i processi in circuiti non lineari... Allo stesso tempo, questi problemi sono di grande importanza in connessione con l'uso diffuso di elementi circuitali con caratteristiche non lineari nei dispositivi moderni.
L'ultima, quarta parte è "". Molti problemi elettrici non possono essere risolti completamente teoria dei circuiti e dovrebbe essere risolto usando metodi teoria del campo elettromagnetico... Innanzitutto, questi metodi sono necessari per il calcolo dei parametri elettromagnetici più importanti dei dispositivi elettrici, come induttanza, capacità, resistenza, che però non esaurisce il loro campo di applicazione. Senza utilizzare metodi moderni teoria del campo elettromagnetico è impossibile considerare i problemi di radiazione e propagazione nello spazio di onde elettromagnetiche, perdite in potenti dispositivi energetici, creazione e utilizzo di dispositivi con un'elevata intensità di campi elettrici o magnetici, ecc.
La presenza nel libro di testo della prima parte "Concetti fondamentali e leggi teoria dell'elettromagnetismo campi e teorie circuiti elettrici e magnetici", Consente di iniziare a considerare la teoria campo elettromagnetico con equazioni generali, che ci consente di considerare in dettaglio gli approcci per risolvere i problemi della teoria campo elettromagnetico ed esempi della loro soluzione nel volume limitato del libro di testo.
Nel libro di testo viene adottata la numerazione continua dei capitoli. Il primo volume del libro di testo include la parte 1 "Concetti e leggi fondamentali teoria del campo elettromagnetico e teoria circuiti elettrici e magnetici"(Capitoli 1-3) e l'inizio della parte 2" Teoria dei circuiti elettrici lineari"(Capitoli 3-8), nel secondo volume - la fine della parte 2" Teoria dei circuiti elettrici lineari"(Capitoli 9-18), così come la parte 3" Teoria dei circuiti elettrici non lineari"(Capitoli 19-22), nel terzo volume - parte 4" Teoria del campo elettromagnetico"(Capitoli 23-30). Il quarto volume contiene domande, esercizi e compiti per tutte le parti del corso, oltre a una serie di compiti di calcolo per l'intero corso con istruzioni metodologiche per la loro attuazione. Contiene anche risposte a domande, soluzioni ad esercizi e problemi. Download Fondamenti teorici dell'ingegneria elettrica: In 3 volumi Libro di testo per le università. Volume 1. - 4a ed. / K.S. Demirchyan, L.R. Neiman, N.V. Korovkin, V.L. Chechurin. - SPb.: Peter, 2003
Prefazione
introduzione
PARTE I Concetti e leggi fondamentali della teoria del campo elettromagnetico e della teoria dei circuiti elettrici e magnetici
Capitolo 1 Generalizzazione dei concetti e delle leggi del campo elettromagnetico
1.1. Basi fisiche generali dei problemi della teoria del campo elettromagnetico e della teoria dei circuiti elettrici e magnetici
1.2. Particelle elementari cariche e campo elettromagnetico come tipi speciali di materia
1.3. La connessione tra fenomeni elettrici e magnetici. Campi elettrici e magnetici come due lati di un unico campo elettromagnetico
1.4. La connessione della carica di particelle e corpi con il loro campo elettrico. Teorema di Gauss
1.5. Polarizzazione delle sostanze. Spostamento elettrico. Postulato di Maxwell
1.6. Correnti elettriche di conduzione, trasferimento e spostamento
1.7. Il principio di continuità della corrente elettrica
1.8. Tensione elettrica. Differenza di potenziale elettrico. Forza elettromotiva
1.9. Flusso magnetico. Principio di continuità del flusso magnetico
1.10. La legge dell'induzione elettromagnetica
1.11. Collegamento del flusso. EMF di autoinduzione e mutua induzione. Il principio dell'inerzia elettromagnetica
1.12. Campi elettrici potenziali e vorticosi
1.13. Relazione di un campo magnetico con una corrente elettrica
1.14. Magnetizzazione della materia e intensità del campo magnetico
1.15. Legge attuale totale
1.16. Equazioni di base del campo elettromagnetico
capitolo 2 Manifestazioni energetiche e meccaniche dei campi elettrici e magnetici
2.1. Energia di un sistema di corpi carichi. Distribuzione di energia in un campo elettrico
2.2. Energia di un sistema di circuiti con correnti elettriche. Distribuzione dell'energia in un campo magnetico
2.3. Forze che agiscono su corpi carichi
2.4. Forza elettromagnetica
Domande, esercizi, compiti per i capitoli 1 e 2
2.2. Forze che agiscono su corpi carichi. Forza elettromagnetica
capitolo 3 Concetti e leggi fondamentali della teoria dei circuiti elettrici
3.1. Circuiti elettrici e magnetici
3.2. Elementi di circuiti elettrici. Parti attive e passive di circuiti elettrici
3.3. Fenomeni fisici nei circuiti elettrici. Catene distribuite
3.4. Astrazioni scientifiche adottate nella teoria dei circuiti elettrici, loro significato pratico e limiti di applicabilità. Catene concentrate
3.5. Parametri del circuito elettrico. Circuiti elettrici e magnetici lineari e non lineari
3.6. Il rapporto tra tensione e corrente negli elementi principali del circuito elettrico
3.7. Direzioni positive condizionali di corrente ed EMF negli elementi del circuito e tensione ai loro terminali
3.8. Fonti di campi elettromagnetici e fonti attuali
3.9. Schemi del circuito elettrico
3.10. Concetti topologici di uno schema elettrico. Schema grafico
3.11. Matrice nodale
3.12. Le leggi dei circuiti elettrici
3.13. Equazioni nodali per correnti in un circuito
3.14. Equazioni di contorno del circuito. Matrice del contorno
3.15. Equazioni per le correnti nelle sezioni dei circuiti. Matrice della sezione trasversale
3.16. Relazioni tra matrici di connessioni, contorni e sezioni
3.17. Sistema completo di equazioni per circuiti elettrici. Equazioni differenziali dei processi in circuiti con parametri concentrati
3.18. L'analisi e la sintesi sono due compiti principali della teoria dei circuiti elettrici
SECONDA PARTE Teoria dei circuiti elettrici lineari
capitolo 4 Proprietà di base e parametri equivalenti di circuiti elettrici con correnti sinusoidali
4.1. EMF sinusoidale, tensioni e correnti. Fonti di campi elettromagnetici sinusoidali e correnti
4.2. RMS e valori medi di EMF periodici, tensioni e correnti
4.3. Rappresentazione di campi elettromagnetici sinusoidali, tensioni e correnti utilizzando vettori rotanti. Diagrammi vettoriali
4.4. Corrente sinusoidale stazionaria in un circuito con collegamento in serie delle sezioni r, L e C
4.5. Corrente sinusoidale stazionaria in un circuito con collegamento in parallelo delle sezioni g, L e C
4.6. Potenza attiva, reattiva e apparente
4.7. Fluttuazioni istantanee di potenza ed energia in un circuito di corrente sinusoidale
4.8. Parametri equivalenti di un circuito CA complesso, considerato nel suo insieme come un bipolare
4.9. Circuiti equivalenti di una rete a due porte a una data frequenza
4.10. Influenza di vari fattori sui parametri del circuito equivalente
Domande, esercizi, compiti per i capitoli 3 e 4
3.4. Le leggi di Kirchhoff
3.5. Matrici topologiche
4.2. Diagrammi vettoriali
Capitolo 5 Metodi per il calcolo di circuiti elettrici con correnti sinusoidali e continue stabili
5.1. Metodo complesso
5.2. Resistenza e conduttività complesse
5.3. Espressioni delle leggi di Ohm e di Kirchhoff in forma complessa
5.4. Calcolo della potenza mediante tensione e corrente complesse
5.5. Calcolo quando si collegano sezioni della catena in serie
5.6. Calcolo con collegamento in parallelo di tratti di catena
5.7. Calcolo con collegamento misto di tratti di catena
5.8. Informazioni sul calcolo di circuiti elettrici complessi
5.9. Calcolo del circuito basato sulla conversione di una connessione a triangolo in una connessione a stella equivalente
5.10. Conversione di EMF e sorgenti di corrente
5.11. Metodo della corrente di loop
5.12. Metodo dello stress nodale
5.13. Metodo di sezione
5.14. Metodo di valore misto
5.15. Il principio di sovrapposizione e il metodo di progettazione del circuito basato su di esso
5.16. Il principio di reciprocità e il metodo di progettazione del circuito basato su di esso
5.17. Metodo del generatore equivalente
5.18. Calcolo dei circuiti in presenza di mutua induzione
5.19. Trasformatori con caratteristiche lineari. Trasformatore perfetto
5.20. Catene collegate tramite un campo elettrico
5.21. Equilibrio di potere in una catena complessa
5.22. Calcolo di circuiti complessi a corrente costante
5.23. Problemi di calcolo delle modalità stazionarie di circuiti elettrici complessi
5.24. Metodi topologici per il calcolo dei circuiti
Domande, esercizi, compiti per il capitolo 5
5.1. Metodo complesso
Capitolo 6 Fenomeni di risonanza e caratteristiche di frequenza
6.1. Il concetto di risonanza e caratteristiche di frequenza nei circuiti elettrici
6.2. Risonanza nel caso di collegamento in serie delle sezioni r, L, C
6.3. Caratteristiche di frequenza di una catena con un collegamento in serie delle sezioni r, L, C
6.4. Risonanza con collegamento in parallelo delle sezioni g, L, C
6.5. Caratteristiche di frequenza di un circuito con collegamento in parallelo delle sezioni g, L, C
6.6. Caratteristiche di frequenza dei circuiti contenenti solo elementi reattivi
6.7. Caratteristiche di frequenza dei circuiti in generale
6.8. Risonanza in circuiti accoppiati induttivamente
6.9. Il significato pratico del fenomeno della risonanza nei circuiti elettrici
Capitolo 7 Calcolo di circuiti trifase
7.1. Circuiti e sistemi multifase e loro classificazione
7.2. Calcolo di un circuito trifase nel caso generale di EMF sbilanciato e circuito sbilanciato
7.3. Ottenere un campo magnetico rotante
7.4. Decomposizione di sistemi trifase sbilanciati in componenti simmetriche
7.5. Sull'applicazione del metodo dei componenti simmetrici al calcolo dei circuiti trifase
Capitolo 8 Calcolo di circuiti elettrici con EMF periodici non sinusoidali, tensioni e correnti
8.1. Metodo per il calcolo di tensioni e correnti stazionarie istantanee in circuiti elettrici lineari sotto l'azione di campi elettromagnetici periodici non sinusoidali
8.2. Dipendenza della forma d'onda della corrente dalla natura del circuito a tensione non sinusoidale
8.3. Correnti, tensioni e campi elettromagnetici periodici non sinusoidali
8.4. Potenza attiva a correnti e tensioni periodiche non sinusoidali
8.5. Caratteristiche del comportamento delle armoniche superiori nei circuiti trifase
8.6. Sulla composizione di armoniche superiori in presenza di simmetria delle forme delle curve di corrente o tensione
8.7. Rappresentazione complessa della serie di Fourier
8.8. Battere le vibrazioni
8.9. Oscillazione modulata
Domande, compiti ed esercizi per i capitoli 6, 7 e 8
8.2. La forma delle curve di corrente in un circuito elettrico a una tensione non sinusoidale
Risposte alle domande, soluzioni agli esercizi e ai compiti
1.1. La connessione della carica di particelle e corpi con il loro campo elettrico. Teorema di Gauss
1.2. Spostamento elettrico. Postulato di Maxwell
1.3. Tipi di corrente elettrica e principio di continuità della corrente elettrica
1.4. Tensione e potenziale elettrico
1.5. Induzione magnetica. Principio di continuità del flusso magnetico
1.6. La legge dell'induzione elettromagnetica
1.7. Induttanza e mutua induttanza
1.8. Campi elettrici potenziali e vorticosi
1.9. Relazione di un campo magnetico con una corrente elettrica
1.10. Magnetizzazione della materia e legge della corrente totale
2.1. Energia di un sistema di corpi carichi. Energia dei circuiti con correnti
2.1. Forze che agiscono su corpi carichi. Forze elettromagnetiche
3.1. Elementi di circuiti elettrici
3.2. Fonti nei circuiti elettrici
3.3. Concetti topologici di uno schema elettrico
3.4. Le leggi di Kirchhoff
3.5. Matrici topologiche
3.6. Equazioni del circuito elettrico
4.1. Caratteristiche dell'EMF sinusoidale, tensioni e correnti
4.2. Diagrammi vettoriali
4.3. Corrente in un circuito con collegamento in serie e in parallelo degli elementi r, L, C
4.4. Potenza del circuito di corrente sinusoidale
4.5. Parametri equivalenti di un circuito considerato bipolare
5.1. Metodo complesso
5.2. Metodi per il calcolo di circuiti elettrici complessi
5.3. Calcolo dei circuiti elettrici in presenza di mutua induzione
6.1. Risonanza nel collegamento in serie degli elementi r, L, C
6.2. Risonanza con collegamento in parallelo degli elementi g, L, C
6.3. Risonanza in circuiti contenenti elementi reattivi
6.4. Caratteristiche di frequenza dei circuiti elettrici
6.5. Risonanza in circuiti elettrici di tipo arbitrario
7.1. Classificazione di circuiti e sistemi polifase
7.2. Calcolo di circuiti elettrici trifase
7.3. Campo magnetico rotante
7.4. Metodo delle componenti simmetriche
8.1. Calcolo di circuiti elettrici con tensioni periodiche non sinusoidali
8.2. Forma delle curve di corrente in un circuito elettrico
a tensione non sinusoidale
8.3. Valori RMS di grandezze periodiche non sinusoidali. Potere attivo
8.4. Armoniche più alte nei circuiti trifase
Indice
Indice
tensione attiva, 197
corrente attiva, 197
ampiezza di tensione, corrente, EMF, 177
analisi del circuito elettrico, 174
equilibrio di potere, 280
battere le vibrazioni, 348
diagramma vettoriale, 183
vettori rotanti, 182
ramo di un circuito elettrico, 152
ramo a y, 258
ramo z, 258
generalizzato, 159
mutua induttanza, 60, 145
correnti parassite, 201
accendere
in arrivo, 271
consonante, 271
campo magnetico rotante, 327
circolare, 329
pulsante, 329
armoniche superiori, 335
in circuiti trifase, 343
direzionale, 153
connesso, 153
doppio legno, 286
circuito elettrico, 153
attivo bipolare, 152
passivo, 153
valore effettivo
tensioni sinusoidali, correnti, EMF, 181
tensioni non sinusoidali, correnti, EMF, 340
tensioni periodiche, correnti, EMF, 180
albero del grafico, 154
diagramma topografico, 326
suscettibilità dielettrica, 30
permeabilità assoluta, 34
parente, 34
fattore di qualità del contorno, 303
Joule-Lenz, 45
Kirchhoff II, 158
secondo in forma complessa, 229
primo, 157
prima in forma complessa, 229
Pendente, 27
in forma complessa, 229
in forma di matrice, 243
corrente totale, 73
induzione elettromagnetica nella formulazione di Maxwell, 56
nella formulazione di Faraday, 58
elettrico, 18
connesso, 32
elementare, 19
attenuazione del contorno, 303
propria induttanza, 60
equivalente, 271
fonte ideale, 147
dipendente, 148
dipendente, 148
energia, 51, 130
fluttuazioni energetiche, 192
ampiezza complessa, 225
potenza, 230
conducibilità, 229
resistenza, 228
tensione complessa, corrente, EMF, 227
metodo complesso, 224
circuito elettrico, 152
fattore di cresta, 182
modulazione, 350
potenza, 190
a tensioni e correnti periodiche non sinusoidali, 342
induzione magnetica, 53
intensità del campo magnetico, 71
uguale potenziale, 48
linea dislocante elettrico, 35
induzione magnetica, 23
costante magnetica, 66 momento magnetico della corrente elementare, 71
cintura magnetica, 67
forza magnetomotrice,
73 Maxwell
postulato, 35
matrice singola, 169
contorni, 164
sezioni, 166
collegamenti, 156
retromarcia, 171
resistenze, 234
posta, 161
trasposto, 157
tensione istantanea, corrente, EMF, 177
correnti di loop, 242
componenti simmetriche, 329
analisi topologica dei circuiti, 283
tensioni nodali, 249
generatore equivalente, 267
sistema polifase, 321
asimmetrico, 322
sbilanciato, 322
simmetrico, 321
sequenza zero simmetrica, 322
sequenza negativa simmetrica, 322
sequenza diretta simmetrica, 322
equilibrato, 322
modulazione delle vibrazioni, 348
ampiezza, 350
fase, 351
frequenza, 351
potenza attiva, 189
a tensioni e correnti non sinusoidali, 341
istantaneo, 189, 192
pieno, 190
reattivo, 190
sistema trifase, 325
magnetizzazione della materia, 70, 72
tensione di linea, 324
fase, 324
elettrico, 44
intensità del campo magnetico, 70
campo elettrico, 22
punto neutro, 323
filo neutro, 323
campo magnetico della densità di energia apparente, 82
campo elettrico, 77
fondamentale (prima) armonica della serie di Fourier, 335
caduta di tensione, 45
i parametri sono equivalenti, 195
tensioni periodiche, correnti, EMF, 180, 335
densità di corrente, 36
effetto superficie, 201
superficie di uguale potenziale,
magnetico, 21, 23
elettrico, 21-22
vortice, 64
potenziale, 47, 64
stazionario, 47
di terze parti, 49
elettromagnetico, 19
elettrostatico, 45
piena corrente, 35, 73
larghezza di banda, 306
polarizzazione della materia, 30
componente costante della serie di Fourier, 335
potenziale elettrico, 45, 47
perdite per correnti parassite, 201
flusso vettoriale di tensione
campo elettrico, 28
induzione reciproca, 60
magnetico, 52
autoinduzione, 60
collegamento del flusso, 59
conversione sorgente, 240
conversione del collegamento a triangolo in collegamento a stella equivalente, 238
principio di reciprocità, 265
sovrapposizione, 263
continuità del flusso magnetico, 54
continuità della corrente elettrica, 42
inerzia elettromagnetica, 61
conducibilità attiva, 189
mutuo, 255
onda, 308
ingresso, 255
capacitivo, 189
induttivo, 189
pieno, 189
reattivo, 189
proprio, 251
elettrico specifico, 37
vuoto, 19
differenza di potenziale elettrico, 46
elettrico, 64
detonazione del contorno, 307
tensione reattiva, 197
corrente reattiva, 197
risonanza, 302
in circuiti accoppiati induttivamente, 317
stress, 303
con collegamento in parallelo delle sezioni g, L, C, 307
se collegato in serie, 302
conteggio connessioni, 154
in un campo elettrico, 85
in un campo elettromagnetico, 87
componenti simmetriche
sistema trifase, 329
sintesi di circuiti elettrici, 174
composto
parallelo, 152, 231
sequenziale, 152, 231
(vincolante) da una stella, 323
(vincolante) poligono, 323
triangolo (vincolante), 324
misto, 152
resistenza attiva, 185
equivalente attivo, 196
mutuo, 249
ha contribuito
attivo, 277
reattivo, 277
ingresso, 249
capacitivo, 185
induttivo, 185
contorno, 243
totale, 246, 249
pieno, 185
equivalente completo, 196
equivalente a getto, 196
reattivo, 185
proprio, 246, 249
elettrico specifico, 37
spettro discreto, 348
valore medio di tensioni sinusoidali, correnti, EMF, 181
sostituzione circuito elettrico, 150
circuito elettrico, 149
Gauss, 26
Langevin, 280
Norton, 268
Thévenin, 267
lineare, 324
trasferimento, 38
conducibilità, 36
fase, 324
elettrico, 36
polarizzazione, 39
cilindrata elettrica, 39
trasformatore ideale, 279
lineare, 275
perfetto, 278
triangolo
sottolinea, 197
conducibilità, 197
resistenze, 197
induzione magnetica, 52
intensità del campo elettrico, 23
cilindrata elettrica, 35
angolo di fase di tensione, corrente, EMF, 178
nodo del circuito elettrico, 152
amplificatore operazionale, 149
valori stabiliti, 177
valori di stato stazionario, 184, 187
tensione di fase, corrente, EMF, 177
iniziale, 177
caratteristica
ampiezza-frequenza, 348
esterno, 147
volt-ampere, 138
frequenza di fase, 348
difficile, 233
attivo, 131
lineare, 139
magnetico, 130
non lineare, 139
passivo, 131
parametri distribuiti, 134
con concentrato
parametri, 137
elettrico, 130
modulazione, 350
tensione, corrente, EMF, 177
vettore, 350
risonante, 303
angolo, 177
risposta in frequenza, 302
catene in generale, 314
catene di elementi reattivi, 311
catene con collegamento in parallelo delle sezioni g, L, C, 309
catene con collegamento in serie delle sezioni r, L, C, 304
capacità elettrica, 48
costante, 27
filtri elettrici, 340
dipolo elettrico, 29
momento elettrico del dipolo, 29
cilindrata elettrica, 33
forza elettromotrice, 49
induzione reciproca, 60
autoinduzione, 60
campo magnetico, 81
sistemi di circuiti con correnti, 81
Campo elettrico, 77 Download Fondamenti teorici dell'ingegneria elettrica: in 3 volumi Libro di testo per università. Volume 1. - 4a ed. / K.S. Demirchyan, L.R. Neiman, N.V. Korovkin, V.L. Chechurin. - SPb.: Peter, 2003
