ATTIVITA’ DI LABORATORIO

L’attività di laboratorio è di fondamentale importanza nello studio dell’Elettrotecnica e dell’Elettronica, sia come verifica dei concetti studiati sia come approccio sperimentale ai vari argomenti. In questo capitolo vengono proposte delle esercitazioni attinenti ai contenuti del modulo che richiedono l’impiego della strumentazione di cui sono normalmente dotati i laboratori elettrici, mentre per l’ultima proposta basta l’uso di un semplice PC.

Misura della resistenza con il metodo volt-amperometrico Obiettivo dell’esercitazione è quello di misurare il valore della resistenza elettrica di un resistore incognito, con l’uso di un voltmetro e di un amperometro.

La prova comprenderà quindi la misura diretta della tensione, la misura diretta della corrente e la misura indiretta della resistenza. A seconda del valore presunto della resistenza incognita si potrà utilizzare uno degli schemi riportati nella sottostante figura:

Lo svolgimento della prova è simile nei due casi. Avendo a disposizione un alimentatore regolabile si possono eseguire più misure, con diversi valori di tensione e corrente, tenendo conto dei valori di targa del resistore incognito Rx. Per evitare un eccessivo riscaldamento del resistore è opportuno che la corrente massima di prova non superi il valore In/10, dove In è la corrente nominale del resistore, e che la misura venga effettuata per valori decrescenti della corrente. Per ogni prova sugli strumenti verranno letti i valori della tensione misurata Vm e della corrente misurata Im, dai quali si deduce il valore della resistenza misurata con la relazione:

Se vengono utilizzati strumenti elettronici come i multimetri, che hanno valori della resistenza interna tali da non influire in modo significativo sulla misura, oppure se non sono noti i valori della resistenza interna del voltmetro e dell’amperometro, il valore della resistenza incognita coincide con quello misurato: Rx = Rm. Se, invece, sono noti i valori delle resistenze interne del voltmetro e dell’amperometro, si calcola il valore della resistenza incongita con le relazioni: • inserzione col voltmetro a valle: • inserzione col voltmetro a monte: Avendo effettuato più misure, il valore della resistenza incognita piò essere calcolato come media aritmetica dei valori risultanti dalle varie prove. Dai risultati delle misure è possibile ricavare la caratteristica volt-amperometrica del bipolo incognito, riportando sul piano cartesiano V, I (o I, V) i punti corrispondenti ai valori della tensione e della corrente misurati per ogni prova. Se l’oggetto in prova è un normale resistore con comportamento lineare, i punti suddetti devono stare su una retta passante per l’origine degli assi.

Misura della potenza con il metodo volt-amperometrico Mediante il circuito di misura del paragrafo precedente può anche essere effettuata la misura della potenza assorbita dal resistore in prova. In pratica, se il componente usato non cambia, non è necessario fare altre misure ma si possono usare i valori della tensione e della corrente della prova precedente. La potenza misurata si calcola in modo indiretto con la relazione: Se vengono utilizzati strumenti elettronici come i multimetri, che hanno valori della resistenza interna tali da non influire in modo significativo sulla misura, oppure se non sono noti i valori della resistenza interna del voltmetro e dell’amperometro, il valore della potenza incognita coincide con quello misurato: Px= Pm. Se, invece, sono noti i valori delle resistenze interne del voltmetro e dell’amperometro, si calcola il valore della della potenza incognita con le relazioni:

• inserzione col voltmetro a valle: • inserzione col voltmetro a monte: Riportando su un grafico cartesiano i valori di Px sull’asse delle ordinate in funzione di quelli di V sull’asse delle ascisse, per le varie misure effettuate, si ricava la curva della potenza in funzione della tensione. Se l’oggetto in prova è un normale resistore con comportamento lineare, avente resistenza e conduttanza costanti al variare della tensione, i punti suddetti devono stare sul ramo di una parabola avente come vertice l’origine degli assi, di equazione P = GV^2.

Generatore reale di tensione con carico variabile Mediante l’uso di un PC e di un foglio elettronico (tipo Excel) si può studiare il comportamento di un generatore reale di tensione, per il quale vengono assegnati i valori della f.e.m. E e della resistenza interna Ri, collegato a un utilizzatore passivo di resistenza Ru variabile da zero a RuM (da assegnare) con passo ΔRu, anch’esso da scegliere. Per esempio, se si fissa Ri= 5 Ω e RuM = 25 Ω, si può scegliere ΔRu= 1 Ω e ottenere una tabella di 25 valori oltre quello iniziale con Ru= 0, corrispondente alla condizione di cortocircuito. Per ogni valore della resistenza di carico si determinano i valori delle seguenti grandezze. • corrente assorbita dal carico: • tensione ai capi del carico: • potenza generata: • potenza utile: • potenza persa: Mediante le apposite funzioni del foglio elettronico si ricavano i grafici delle varie grandezze, riportando sull’asse delle ascisse i valori di Ru, da zero a RuM. In accordo con la teoria del bipolo generatore, i grafici cartesiani dovranno rispettare i seguenti andamenti: • la corrente dovrà diminuire all’aumentare di Ru, partendo dal valore Icc= E/Ri che si ha con resistenza di carico nulla; • la tensione dovrà aumentare al crescere di Ru, partendo dal valore V = 0 in cortocircuito;risulta, infatti, che se la corrente diminuisce si riduce anche la c.d.t. interna al generatore e la tensione sul carico aumenta; • la potenza generata dovrà diminuire all’aumentare di Ru, dato che diminuisce l’intensità di corrente alla quale è proporzionale • la potenza utile dovrà aumentare con Ru fino a un valore massimo che si avrà per Ru= Ri (condizione di adattamento) e poi diminuirà al crescere ulteriore di Ru; il valore iniziale sarà Pu= 0 per V = 0 (cortocircuito), mentre il valore massimo sarà pari a PuM = E2/(4 Ri); • la potenza persa dovrà diminuire all’aumentare di Ru, essendo legata al quadrato dell’intensità di corrente che, a sua volta, diminuisce