Servizi per la didattica
PORTALE DELLA DIDATTICA

Elettromagnetismo applicato

01NKUNC

A.A. 2022/23

Lingua dell'insegnamento

Italiano

Corsi di studio

Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Elettrica - Torino

Organizzazione dell'insegnamento
Didattica Ore
Lezioni 72
Esercitazioni in aula 16
Esercitazioni in laboratorio 12
Docenti
Docente Qualifica Settore h.Lez h.Es h.Lab h.Tut Anni incarico
Canova Aldo Professore Ordinario ING-IND/31 72 0 0 0 5
Collaboratori
Espandi

Didattica
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ING-IND/31 10 B - Caratterizzanti Ingegneria elettrica
2022/23
L'insegnamento introduce ai campi elettromagnetici stazionari, quasi stazionari e variabili individuando i principali temi dell'ingegneria elettrica: campo elettrostatico, campo di corrente, campo magnetostatico, campo magnetico quasi stazionario. Nella prima parte del corso, la spiegazione dei fenomeni elettromagnetici è affrontata utilizzando metodi analitici. Successivamente, al fine di risolvere problemi applicativi tipici dell’ingegneria elettrica, vengono introdotte le tecniche numeriche di calcolo dei campi.
The course introduces to stationary, quasi-stationary and variable electromagnetic fields. The main topics are: electrostatic field, current field, magnetostatic field, quasi-stationary magnetic field. In the first part of the course, the explanation of electromagnetic phenomena is addressed using analytical methods. Following, in order to solve application problems typical of electrical engineering, numerical fields calculation techniques are introduced.
L’insegnamento di elettromagnetismo applicato permette di acquisire le seguenti capacità: 1. saper applicare delle metodologie di analisi riguardanti dispositivi elettromagnetici a parametri concentrati e distribuiti; 2. conoscere le soluzioni dei casi più semplici da usare talvolta come riferimento per i casi più complessi che richiedono un approccio numerico; 3. essere in grado di utilizzare software per il calcolo numerico dei campi, comprenderne il funzionamento e interpretarne i risultati.
The teaching of applied electromagnetism allows to acquire the following skills: 1. being able to apply analytical methodologies concerning electromagnetic systems with concentrated and distributed parameters; 2. know the solutions of the simplest cases to use sometimes as a reference for the most complex cases that require a numerical approach; 3. be able to use software for the numerical calculation of the fields, understand the functioning and analyze the results.
Fisica II, Elettrotecnica, Elementi di calcolo differenziale e integrale
Physics II, Electric circuit theory, Elements of differential and integral calculus
- Introduzione Introduzione ai campi ed alle grandezze elettromagnetiche. Analisi vettoriale Operatori vettoriali gradiente, rotore e divergenza Equazioni di Maxwell ed approssimazioni di campo stazionario, quasi stazionario e tempo variante. - Elettrostatica Richiami di elettrostatica: legge di Coulomb, legge di Gauss Materiali conduttori e dielettrici Condizioni di interfaccia e al contorno Dipolo elettrico Energia, forza e capacità elettrostatica Equazioni di Laplace e di Poisson Metodo delle immagini Calcolo del potenziale e del campo elettrico in configurazioni di interesse applicativo (linee multifilari) - Campo di corrente Analogia elettrostatica Legge di Ohm locale e conservazione della carica Legge di Joule Calcolo di resistenze di impianti di terra Calcolo di potenziali elettrici sul terreno - Campo magnetostatico Richiami dei campi magnetostatici: legge di Ampere Calcolo di campi magnetici: legge di Biot-Savart Forza di Lorentz Potenziale magnetico vettore Dipolo magnetico Flusso magnetico e calcolo di auto e mutue induttanze Energia e coenergia, calcolo di forze Richiami di circuiti magnetici - Campo magnetico quasi stazionario Legge di Faraday dell’induzione elettromagnetica Diffusione magnetica e correnti parassite Effetto pelle Applicazioni: riscaldamento ad induzione, schermatura di campo magnetico variabile Esposizione umana ai campi elettrici e magnetici a bassa frequenza Linee elettriche Equazione dei telegrafisti Transitori nelle linee elettriche in DC Linee in regime sinusoidale - Metodi analitici per la soluzione dei campi Metodo della separazione delle variabili Metodo delle trasformate conformi - Elementi Finiti Discretizzazione spaziale e creazione del reticolo Formulazione bidimensionale con applicazione ai campi elettrici e magnetici Formulazione cartesiana e assial-simmetrica Utilizzazione del codice FEMM Accoppiamento del codice FEMM con l'ambiente MATLAB Cenni sulla formulazione tridimensionale
- Introduction Introduction to electromagnetic fields and quantities. Vector analysis Vector operators gradient, curl and divergence Maxwell equations and stationary field approximations, quasi stationary and time variable. - Electrostatics Basics of electrostatics: Coulomb's law, Gauss's law Conductive and dielectric materials Interface and boundary conditions Electric dipole Energy, force and electrostatic capacity Laplace and Poisson equations Image method Calculation of the potential and of the electric field in configurations of applicative interest (multi-conductor lines) - Current field Electrostatic analogy Local Ohm's law and conservation of charges Joule's law Calculation of resistances of ground plants Calculation of electrical potentials on the ground - Magnetostatic field Basics of magnetostatic fields: Ampere's law Calculation of magnetic fields: Biot-Savart law Lorentz force Magnetic vector potential Magnetic dipole Magnetic flux and calculation of self and mutual inductances Energy and coenergy, calculation of forces Magnetic circuits - Quasi-stationary magnetic field Faraday's law Magnetic diffusion and eddy currents Applications: induction heating, variable magnetic field shielding Human exposure to low frequency electric and magnetic fields - Analytical methods for the solution of the fields Variation separation method Conformal transformation method - Introduction to numerical methods for solving fields Approximation of the derivative (forward, backward, central) Solution of ordinary differential equations, transient in electric circuits - Finite Difference Method One-dimensional formulation Two-dimensional formulation with application to electrostatics Finite difference method in the time domain: power line application - Finite Element Method Spatial discretization and meshing Two-dimensional formulation with magnetostatic application Axial-symmetrical formulation Notes on the three-dimensional formulation Overview of time variant formulations - Boundary element Notes on the boundary element formulation with scalar potential - Solution of linear systems Direct methods Iterative method and preconditioning - Solution of non-linear systems Subsequent approximations, Newton-Raphson, Fixed point Convergence
Il corso si sviluppa in lezioni ed esercitazioni frontali in aula che illustrano i contenuti del corso. Settimanalmente verranno assegnati agli studenti esercizi da svolgere autonomamente per verificarne l'apprendimento. Alcuni argomenti, legati a tematiche di trasferimento tecnologico, verranno presentati in forma seminariale. Il corso prevede almeno due laboratori sperimentali in cui verranno illustrate tecniche di misura di grandezze elettromagnetiche in casi di interesse applicativo. Le esercitazioni sulla seconda parte del corso, riguardante le tecniche numeriche, prevedono la scrittura di semplici codici di calcolo e l’utilizzo di software fornito dai docenti. L'applicazione dei campi elettromagnetici, con particolare applicazione alla bassa frequenza (<100 kHz) verrà sperimentata dagli studenti mediante lo sviluppo di un progetto consistente nello studio di un componente elettromagnetico od elettromeccanico. La presentazione dei progetti avverrà verso la metà del corso per dare spazio a gruppi di studenti (2-3 per gruppo) di scegliere uno tra quelli proposti e di svilupparlo. Sono previste diverse fasi consultative dello sviluppo del progetto durante il semestre.
The course is developed in classroom lectures and exercitation that illustrate the contents of the course. Weekly exercises will be assigned to students in order to verify autonomously their learning. Some topics, related to issues of technology transfer, will be presented in seminar form. The course includes at least two experimental laboratories in which the measurement techniques of electromagnetic quantities will be illustrated in cases of applicative interest. The exercises on the second part of the course, concerning numerical techniques, provide for the writing of simple calculation codes and the use of software provided by the teachers.
Materiale e dispense forniti dal docenti tramite il portale della didattica nella pagina del corso C. M. Arturi, "Elettromagnetismo applicato e metodi di calcolo" D.K. Cheng, " Field and Waves Electromagnetics", Addison-Wesley publishing Company, 1996.
Material provided by the teachers via the POLITO website of the course C.A. Paul, K.W. Whites, S.A. Nasar, " Introduction to Electromagnetic Fields", McGraw-Hill, 2000. D.K. Cheng, " Field and Waves Electromagnetics", Addison-Wesley publishing Company, 1996.
Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Prova orale obbligatoria; Elaborato progettuale in gruppo;
Exam: Written test; Compulsory oral exam; Group project;
L'esame consiste in una prova scritta e in un colloquio orale. La prova scritta, della durata indicativa di un’ora, consiste nello svolgimento di due esercizi simili a quelli svolti durante il corso. Durante la prova scritta non è possibile usare materiale didattico a parte un formulario fornito dal docente e sono ammesse solo calcolatrici. La prova scritta si terrà nei giorni e orari previsti dal calendario esami. Nell'esame in presenza lo scritto viene svolto su fogli forniti dal docente. La prova scritta vale 16 punti. Lo studente dovrà dimostrare di saper applicare la metodologia appropriata per lo studio di problemi elettromagnetici. È richiesta la capacità critica di interpretazione dei risultati numerici ottenuti sulla base delle conoscenze delle soluzioni di casi semplici di riferimento, come illustrato nella sezione riguardante i risultati dell’apprendimento attesi. L’esame orale, della durata di circa un'ora, riguarderà principalmente l'elaborato progettuale e verrà valutato nella capacità critica dell’interpretazione dei risultati e nell’approfondimento delle metodologie utilizzate. Il calendario della prova orale verrà concordato con il docente. Il voto orale vale 16 punti. OBIETTIVI DELL'ESAME: * l'esame (scritto + orale) è finalizzato ad accertare il livello di apprendimento degli studenti con riferimento alle nozioni elencate nella sezione "risultati di apprendimento attesi".
Gli studenti e le studentesse con disabilità o con Disturbi Specifici di Apprendimento (DSA), oltre alla segnalazione tramite procedura informatizzata, sono invitati a comunicare anche direttamente al/la docente titolare dell'insegnamento, con un preavviso non inferiore ad una settimana dall'avvio della sessione d'esame, gli strumenti compensativi concordati con l'Unità Special Needs, al fine di permettere al/la docente la declinazione più idonea in riferimento alla specifica tipologia di esame.
Exam: Written test; Compulsory oral exam; Group project;
The exam consists of a written test and an oral interview. The written test, with an indicative duration of one hour, consists of two exercises similar to those carried out during the course. During the written test it is not possible to use any teaching material and only calculators are allowed. The student must demonstrate that he is able to apply the appropriate methodology for the study of electromagnetic problems. The critical ability to interpret the numerical results obtained on the basis of the knowledge of the solutions of simple reference cases is required, as illustrated in the section on the expected learning outcomes. The oral exam, lasting about twenty minutes, will concern the discussion of the numerical exercises carried out during the course, in the critical capacity of the interpretation of the results and in the deepening of the methodologies used. The final grade consists of the arithmetic mean of the written and oral. PURPOSE OF THE EXAM: * the exam (written + oral) is organized to check the learning outcomes of the students with reference to the topics listed in the section "Expected Learning Outcomes".
In addition to the message sent by the online system, students with disabilities or Specific Learning Disorders (SLD) are invited to directly inform the professor in charge of the course about the special arrangements for the exam that have been agreed with the Special Needs Unit. The professor has to be informed at least one week before the beginning of the examination session in order to provide students with the most suitable arrangements for each specific type of exam.
Esporta Word


© Politecnico di Torino
Corso Duca degli Abruzzi, 24 - 10129 Torino, ITALY
Contatti