Componentistica
elettronica
In
questa parte vengono descritti il problema fisico riguardante la componentistica
ed i modelli matematici relativi di alcuni componenti lineari (resistenza,
capacità, induttanza).
Dall’osservazione
della realtà fisica si è potuto notare che esistono forze
non direttamente spiegabili in modo esauriente con le leggi della meccanica.
Le
forze fondamentali a cui facciamo riferimento sono la forza di Coulomb
e la forza di Lorenz.
La
prima approssimativamente presiede al funzionamento dei fenomeni elettrici,
la seconda al funzionamento dei fenomeni magnetici. In realtà in
natura i fenomeni elettrici e magnetici non sono separati, in quanto l’uno
determina sempre l’altro. I fenomeni elettromagnetici, inoltre, non sono
separabili da quelli meccanici. Nel proseguo del lavoro, in prima battuta
separeremo per uno stretto campo di funzionamento la componentistica legata
ai fenomeni elettrici da quella legata ai fenomeni magnetici (modello di
capacità pura, modello di induttanza pura). Tenuto conto poi che
in natura esiste una quota di energia non recuperabile (ovvero legata all’aumento
dell’entropia) introdurremo un componente che tiene conto di ciò
(modello della resistenza pura).
Aggiungiamo
che lo studio dei tre componenti avviene nel loro campo di linearità,
ovvero nell’intervallo di valori, tra le grandezze che ne determinano il
funzionamento, rappresentabile con un grafico rettilineo.
Capacità
Partendo
dalla legge di Coulomb, per tenere separate delle cariche elettriche di
segno opposto occorre applicare una forza, ovvero avere a disposizione
energia. Un esempio di condensatore (capacità) è costituito
da due piatti metallici separati da un isolante (dielettrico): se colleghiamo
due polarità opposte di una batteria ai piatti si avrà come
risultato una separazione delle cariche sui piatti stessi che dipenderà
dalle caratteristiche fisiche dei costituentiil
condensatore, in linea di massima superficie dei piatti, distanza tra i
piatti stessi e materiale del dielettrico.
Autoinduttanza
Il
secondo componente che consideriamo è l’autoinduttanza, comunemente
chiamata induttanza, che tiene conto come siano correlate fra loro tensione
e corrente in presenza di un campo magnetico. Lo studio base parte dall’osservazione
della forza di Lorentz, ovvero di come una carica in moto fra le espansioni
di un magnete venga deflessa(se
è ferma non viene deflessa) supponendo che la velocità con
cui la carica attraversa l’espansioni magnetiche sia perpendicolare alla
congiungente i centri delle espansioni, la carica viene deflessa in una
direzione perpendicolare al piano delle 2 direzioni sopra indicate. La
forza di Lorentz mette in luce il fatto che sono sufficienti 2 delle 3
grandezze (F, v, b) per generare sempre la terza.
La
carica deflessa avrà una traiettoria dovuta alla combinazione tra
la velocità di attraversamento e al v dovuta alla forza di deflessione,
saremo quindi in presenza di una carica in movimento su cui
Agisce
una forza, per cui deve nascere un altro campo magnetico che dovrà
essere orientato in modo tale da contrastare il campo magnetico dei magneti
altrimenti il fenomeno invece di perdere consistenza,all’allontanarsi dalle
espansioni magnetiche continuerebbe ad esaltarsi arrivando a una velocità
tendente a infinito.
Dal
punto di vista elettrico questo fenomeno si traduce in un campo magnetico
prodotto da corrente che può causare nel componente fisico strutturato
forti effetti magnetici ai suoi capi(filo avvolto a spirale con o senza
ferro) generando un potenziale elettrico costituito in modo da creareun
campo opposto a quello provocato dalla corrente.
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