Insegnamenti

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Docente
GIULIANA SIAS (Tit.)
AUGUSTO MONTISCI
Periodo
Primo Semestre 
Modalità d'Erogazione
Convenzionale 
Lingua Insegnamento
ITALIANO 



Informazioni aggiuntive

Corso Percorso CFU Durata(h)
[70/84]  INGEGNERIA ENERGETICA [84/00 - Ord. 2018]  PERCORSO COMUNE 6 60

Obiettivi

Lo studente dovrà:
-acquisire la conoscenza e la comprensione delle teorie e dei modelli dell’elettromagnetismo. Essere in grado di utilizzare un software applicativo del metodo agli Elementi Finiti, attraverso il quale applicare la teoria e i modelli per determinare mediante simulazione numerica i valori dei campi e valutarne quantitativamente gli effetti.(knowledge, applying knowledge and understanding)
-avere la capacità di interpretare correttamente i risultati ottenuti utilizzando il software applicativo del metodo numerico degli elementi finiti. Avere la capacità di prendere decisioni autonome, discutere problemi e soluzioni. (judgments-making)
-avere la capacità di comunicare attraverso una discussioni orale. (communication skills)
-acquisire le conoscenze dei termini tecnici in inglese. Acquisire la capacità di comprendere correttamente testi di letteratura tecnica e scientifica attinente. (learning skills)

Prerequisiti

Analisi I, Analisi II, Fisica I, Fisica II, Geometria, Elettrotecnica.

Contenuti

Parte I – Applicazioni Ingegneristiche dei Plasmi (6 CFU)
-Teoria dell'elettromagnetismo quasi stazionario. Modelli a parametri concentrati. Equazioni di Maxwell in forma differenziale e integrale. Formulazione delle Equazioni di Maxwell in termini di potenziale scalare elettrico, potenziale scalare magnetico, potenziale vettore magnetico. Condizioni al contorno. Soluzioni analitiche e numeriche di modelli elettromagnetici e applicazioni. Procedimenti generali per il calcolo di resistenze, capacità e induttanze.
Circuiti Magnetici. Legge di Hopkinson. Analogia magneto-elettrica e circuito elettrico equivalente. Comportamento dei materiali magnetici e ciclo di isteresi magnetica.
Elettromagnetismo non stazionario. Induzione Elettromagnetica e Legge di Faraday. Equazioni di Maxwell in forma differenziale e integrale. Equazione d’onda per il potenziale scalare elettrico e il potenziale vettore magnetico. Soluzioni delle equazioni d’onda. Vettore di Poynting e teorema di Poynting. (27 ore di teoria + 16 ore di esercitazione).
-Tecniche numeriche per la soluzione di problemi di Elettromagnetismo. Problemi vincolati al contorno.
Metodo agli Elementi Finiti. Principio variazionale. (8 ore di teoria)
-Magnetoidrodinamica per l’energia. Premesse. Definizioni; Plasmi a bassa temperatura; Equazioni fondamentali; Numeri caratteristici: Numero di Reynolds cinetico e magnetico, Numero di Hartmann, parametro d’interazione. Effetto dinamo. Energia. Processo di conversione dell’energia mediante plasmi. Pompaggio e propulsione MHD. (8 ore di teoria + 2 ore esercitazione)
-Fusione termonucleare controllata. Modalità di confinamento dei plasmi. I reattori a confinamento magnetico. Il Tokamak: configurazione, sistemi di riscaldamento, equilibrio e stabilità. Disrupzioni. Lo Stellarator. Lo stato dell’arte della ricerca dei reattori a fusione nucleare: problemi aperti (4 ore teoria)


Parte II –Elettromagnetismo applicato allo stato solido (3 CFU)
-Magnetoidrodinamica per i processi. Classificazione dei problemi MHD Magnetoidrodinamica. Applicazioni fondamentali. flusso rotante del plasma; Turbolenza MHD; Applicazioni a processi industriali: Crescita di cristalli, Celle elettrolitiche, Scambiatori di calore nei reattori nucleari a fusione e a fissione. (8 ore di teoria + 2 ore esercitazione)
-Campi armonici. Equazioni di Helmholtz. Soluzioni dell’equazione di Helmholtz in mezzi dielettrici in assenza adi sorgenti. Impedenza intrinseca del mezzo. Angolo di perdita. Onde elettromagnetiche piane in mezzi privi di perdite. Tipi d’onda fondamentali: TEM, TM, TE. Onde elettromagnetiche trasversali. Effetto Doppler. Polarizzazione delle onde piane: polarizzazione lineare, circolare ed ellittica. Onde elettromagnetiche piane in mezzi con perdite: buoni conduttori e gas ionizzati. Skin depth o profondità di penetrazione delle onde elettromagnetiche piane in un conduttore. Potenza istantanea e potenza media nei campi armonici (15 ore di teoria)
-Linee di trasmissione. Campo elettromagnetico irradiato da un dipolo elementare. Guide d’onda. Il modello della linea di trasmissione. Linee di trasmissione di lunghezza infinita. Impedenza caratteristica della linea. Adattamento di impedenza per le linee di trasmissione. (5 ore di teoria)

Metodi Didattici

Il corso consiste in 70 ore di lezione frontale e 20 ore di esercitazione.
-Metodi di Insegnamento: lezioni frontali con l’ausilio di lucidi messi a disposizione degli studenti all'inizio del corso. Per soddisfare esigenze didattiche specifiche connesse alla situazione epidemiologica, è prevista la possibilità di lezioni in diretta streaming o registrazioni delle stesse disponibili on-line.
-Le esercitazioni si svolgeranno nel laboratorio informatico utilizzando un software applicativo del metodo agli elementi finiti multi-fisico. Per far fronte alle esigenze legate alla pandemia Covid-19 potranno essere previste turnazioni o potranno essere svolte mediante forme di interazione a distanza con i supporti informatici disponibili.
-Strumenti Didattici: computer per le simulazioni nel laboratorio informatico

Verifica dell'apprendimento

La verifica consiste in una prova teorica e una prova pratica. Attraverso la prova teorica lo studente dovrà: dimostrare di conoscere gli argomenti teorici, saper interpretare i modelli analitici espressi con le equazioni integro-differenziali, conoscere le finalità dello studio dei singoli contenuti. Attraverso la prova pratica, lo studente dovrà dimostrare di conoscere e saper applicare i metodi e le tecniche per la modellazione elettromagnetica apprese nel corso delle esercitazioni
In entrambe le prove lo studente dovrà esporre gli argomenti utilizzando i termini tecnici appropriati in italiano e in inglese, dimostrando padronanza e conoscenza dei prerequisiti richiesti, una buona capacità di sintesi, autonomia ed analisi critica. La prova orale potrà essere sostenuta in lingua inglese. Durante la prova pratica lo studente dovrà essere in grado di discutere in maniera appropriata i risultati ottenuti e compararli con quelli ottenibili attraverso metodi analitici.
Il punteggio della prova d'esame è attribuito mediante una media dei risultati ottenuti nelle due prove previste.

Testi

1) David K. Cheng, Field and Wave Electromagnetics, Addison Wesley Publishing Company
2)F. Barozzi, F. Gasparini, Fondamenti di Elettrotecnica: Elettromagnetismo, UTET
3) C. G. Someda, Onde Elettromagnetiche, UTET
4) M. Guarnieri, Gaetano Malesani, Campi Elettromagnetici, Edizione Libraria Progetto Padova
5) M. V. Chiari & P. P. Silvester, Finite Elements in Electrical and Magnetic field problems, John Wiley & Sons (2955 EG)
6) John Wesson, Tokamaks, Clarendon press Oxford 2004
7) R. Moreau,Magnetohydrodynamics, Kluwer Academics Publishers
8) Roland Berton, Magnetohydrodinamique, Masson , Paris
9) Hugo k. Messerle, Magneto-Hydro-Dinamic Electrical Power Generation, John Wiley &Sons

Questionario e social

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