Elettrotecnica

L’elettrotecnica è una disciplina tecnica, correlata ad una specializzazione ingegneristica, che si occupa dello studio, della progettazione e dell’applicazione di apparecchiature, dispositivi e sistemi che utilizzano elettricità, componenti elettronici e sfruttano i principi dell’elettromagnetismo. L’Elettrotecnica si occupa anche della produzione, del trasporto e dell’utilizzo dell’energia elettrica con applicazioni sia nel campo industriale che in quello civile. Tratta inoltre la programmazione delle macchine automatiche in ambito industriale.

Cenni storici

L’elettrotecnica nasce alla fine del XVIII secolo con la teoria dei circuiti. Per convenzione, viene considerato come anno di nascita dell’elettrotecnica il 1800, anno in cui Alessandro Volta dà vita alla prima pila elettrica: la pila di Volta.

Infatti, fino al XIX secolo l’elettricità era concepita come un fluido che poteva essere positivo o negativo. Successivamente, grazie alle invenzioni di personaggi come Hertz, Helmholtz, Maxwell, Heaviside, Alessandro Volta e molti altri, si giunse a una comprensione più completa del fenomeno, sintetizzabile nelle equazioni di Maxwell che prevedono in modo completo e accurato il comportamento delle cariche elettriche (elettroni e protoni che differiscono per il segno della loro carica elettrica) e del campo elettromagnetico che esse generano.

Dopo il XIX secolo iniziarono a fare capolino una serie di applicazioni commerciali dell’elettricità come i motori elettrici, il telegrafo, il telefono, la radio, la lampadina elettrica, eccetera. Proprio da queste invenzioni derivò la necessità di creare una nuova scienza applicata, che è l’elettrotecnica.

Tra le menti illustri che hanno lasciato un’impronta nell’evoluzione dell’elettrotecnica, possiamo ricordare: Galileo Ferraris, Antonio Pacinotti, Werner von Siemens, Nikola Tesla, Thomas Alva Edison, George Westinghouse.

Il campo di studio dell’elettrotecnica oggi riguarda soprattutto la trasmissione e l’utilizzo della potenza elettrica; parliamo di tutto ciò che concerne la progettazione di macchine elettriche (motori, generatori, trasformatori e lampade) e linee di trasmissione dell’energia elettrica.

La già citata teoria dei circuiti fa riferimento ai problemi classici dell’elettrotecnica da un punto di vista strettamente assiomatico; l’elettronica (che tradizionalmente si occupa di segnali a bassa potenza) si sta sovrapponendo ad alcuni ambiti che prima erano esclusivi dell’elettrotecnica, per esempio il controllo dei motori elettrici per mezzo di dispositivi a semiconduttore.

Argomenti di studio

  • Leggi e principi dell’elettrotecnica
    • Leggi di Ohm, che definisce la resistenza elettrica
    • Le equazioni di Maxwell (leggi fondamentali dell’elettromagnetismo)
    • La legge di Faraday-Neumann-Lenz, che quantifica l’induzione magnetica
    • L’effetto Joule, che illustra la trasformazione di energia elettrica in calore per effetto della resistenza
    • Le leggi di Kirchhoff (che, per i circuiti a parametri concentrati, equivalgono alle leggi di Maxwell) determinano le relazioni topologiche tra le correnti e tra le tensioni in un circuito.
  • La corrente elettrica
  • La tensione elettrica (differenza di potenziale elettrico)
  • La potenza elettrica
  • Circuiti elettrici
    • Resistenze in serie ed in parallelo
    • Partitore di tensione e di corrente
    • Metodo ai nodi ed alle maglie
    • Circuiti equivalenti di Thévenin e di Norton
    • Principio di sovrapposizione degli effetti
    • Ponte di Wheatstone
  • Circuiti magnetici e trasformatori
  • Macchine elettriche in corrente continua
  • Macchine elettriche in corrente alternata
  • Sicurezza elettrica