Cos'è ElectroYou | Login Iscriviti

ElectroYou - la comunità dei professionisti del mondo elettrico

Campo elettrico nei cavi elettrici

Circuiti e campi elettromagnetici

Moderatori: Foto UtenteIsidoroKZ, Foto Utenteg.schgor, Foto UtenteEdmondDantes

0
voti

[1] Campo elettrico nei cavi elettrici

Messaggioda Foto Utenteqttv » 20 feb 2016, 0:04

Buona sera.

In un circuito elettrico, semplice quanto si voglia, il moto delle cariche é indotto dalla presenza di un campo elettrico attraverso il conduttore. Devo dedurne che il campo elettrico abbia la capacitá di propagarsi attraverso il materiale conduttore SEGUENDO il suo percorso (se contorgo un cavo elettrico la corrente continua a passare!). Nel caso dei circuiti magnetici, il campo magnetico viaggia grazie alla proprietá ferromagnetica del materiale in cui é propagato. Quale proprietá consente al campo elettrico, invece, di seguire il percorso del circuito? Inoltre volevo chiedere, possiamo attribuire alla guaina del cavo il fatto che il campo elettrico sia confinato nel conduttore e non "esca" all'esterno?

Grazie mille!
Avatar utente
Foto Utenteqttv
15 2
 
Messaggi: 27
Iscritto il: 21 lug 2014, 22:02

2
voti

[2] Re: Campo elettrico nei cavi elettrici

Messaggioda Foto UtenteFlamber » 20 feb 2016, 11:49

C'è tutta la teoria delle linee di trasmissione e delle guide d'onda che descrive dettagliatamente il circuito.

Teoricamente, le leggi dell'elettrotecnica, valgono solo per i circuiti in continua. In tutti gli altri casi, dovresti considerare i fenomeni di propagazione elettromagnetica nel circuito.

Nella realtà però, facendo i conti, ci si accorge che lavorando con una lunghezze d'onda sufficientemente grandi, rispetto alle dimensioni fisiche del circuito, puoi continuare ad applicare tutte le leggi che usi in continua, ottenendo un errore così piccolo, da essere enormemente sovrastato dalle incertezze che hai sui componenti del circuito
Avatar utente
Foto UtenteFlamber
194 3
New entry
New entry
 
Messaggi: 63
Iscritto il: 16 dic 2015, 11:55

0
voti

[3] Re: Campo elettrico nei cavi elettrici

Messaggioda Foto UtenteFlamber » 20 feb 2016, 11:53

Edit:

Se ti interessa la questione, c'è un testo molto interessante che si chiama "Microwave Engineering" D. M. Pozar.
Avatar utente
Foto UtenteFlamber
194 3
New entry
New entry
 
Messaggi: 63
Iscritto il: 16 dic 2015, 11:55

2
voti

[4] Re: Campo elettrico nei cavi elettrici

Messaggioda Foto UtenteIsidoroKZ » 20 feb 2016, 12:20

Flamber ha scritto:Se ti interessa la questione, c'è un testo molto interessante che si chiama "Microwave Engineering" D. M. Pozar.


Stiamo tirando fuori l'artiglieria pesante :-)

Provo a dare qualche indicazione all'OP. Comincio dalla domanda piu` semplice. La guaina isolante di un conduttore non confina il campo elettrico nel conduttore. La guaina e` un dielettrico e il campo elettrico esiste in un dielettrico. Semplicemente fra guaina ed aria cambia il rapporto D/E dato che cambia la costante dielettrica del materiale. Fuori dal conduttore c'e` campo elettrico! ed e` quello che propaga il segnale lungo il cavo, come diceva Foto UtenteFlamber.

Per l'altra domanda e` un po' piu` complicato. Ci sarebbe dualita` perfetta fra campo elettrico e magnetico se considerassi solo magneti permanenti, materiali magnetici, elettreti e dielettrici.

La simmetria viene meno poiche' ci sono le cariche elettriche, che si possono anche spostare, mentre non ci sono le cariche magnetiche. Per andare avanti bisogna sapere se sai che cosa e` un campo conservativo, integrali di linea...

Quello che si puo` dire senza tirare in ballo equazioni e` che se consideri una linea bifilare, supponiamo in aria, che alimenta un carico, il tutto a bassa frequenza, fra i due conduttori hai un campo elettrico "elevato", mentre lungo il conduttore hai anche un campo elettrico ma di valore basso.

Esempio: due conduttori che portano una tensione continua a 300V ad un carico. I due conduttori sono lunghi 10m e la distanza fra i due conduttori in aria e` di 1cm. I due conduttori non sono ideali e a causa della corrente che trasportano generano, ciascuno, una caduta di tensione di 1V. In pratica al carico arrivano solo 298V.

Quanto valgolo i campi in quel sistema? Fra i due conduttori il campo vale circa 300V/1cm= 30V/mm. Questo e` un campo perpendicolare ai due conduttori, lo chiamiamo campo trasversale.

Bisogna osservare che questo conto sarebbe giusto solo se i due conduttori fossero dei nastri affacciati molto larghi. Per due conduttori cilindrici il valore dato e` solo una approssimazione, dato che il campo cambia ad ogni punto.

Ma dato che su 10m di cavo c'e` una caduta di tensione di 1V, c'e` anche un campo parallelo ai conduttori, quello che spinge le cariche, e questo campo longitudinale vale 1V/10m=0.1V/m= 100uV/mm. Come vedi il campo longitudinale e` oltre 5 ordini di grandezza piu` basso di quello trasversale.
Per usare proficuamente un simulatore, bisogna sapere molta più elettronica di lui
Plug it in - it works better!
Il 555 sta all'elettronica come Arduino all'informatica! (entrambi loro malgrado)
Se volete risposte rispondete a tutte le mie domande
Avatar utente
Foto UtenteIsidoroKZ
104,0k 1 3 8
G.Master EY
G.Master EY
 
Messaggi: 18479
Iscritto il: 17 ott 2009, 0:00

0
voti

[5] Re: Campo elettrico nei cavi elettrici

Messaggioda Foto Utenteqttv » 20 feb 2016, 13:54

Eccomi!

Dunque, premetto che sto preparando un esame di Fisica 2... le equazioni posso capirle, ma vorrei soffermarmi su aspetti più pratici. Quando ho riflettuto sul fatto che il campo elettrico giunge a casa mia, viaggiando nel cavo, fin dalla centrale elettrica...ho pensato: ma quanto deve essere intenso per giungere fin qui?! Allora mi sono chiesto quali principi dominano la sua "deflessione" per portarlo a seguire il percorso del cavo. Questo punto non mi e' ancora chiaro a dire il vero.

Se la risposta é: "si, effettivamente il campo viene a seguire il percorso del conduttore a causa di una proprietá del conduttore stesso" per me va giá bene così.

Riguardo alla guaina isolante, essendo un dielettrico, possiamo almeno affermare che contribuisca a dissipare il campo diretto all'esterno? Oppure uscendo dal dielettico il campo riacquista la propria naturale intensiá come negli esercizietti di fisica 2? Se cosi fosse, dovremmo dedurre che ogni cavo elettrico di alta tensione é responsabile della propragazione nello spazio di un campo E per chilometri e chilometri... una prospettiva agghiacciante se pensiamo ad eventuali danni per il corpo umano (sempre che il campo E, inteso come "perturbazione" nello spazio, possa provocare danni biologici in tal senso...).
Avatar utente
Foto Utenteqttv
15 2
 
Messaggi: 27
Iscritto il: 21 lug 2014, 22:02

0
voti

[6] Re: Campo elettrico nei cavi elettrici

Messaggioda Foto Utentemir » 20 feb 2016, 14:22

qttv ha scritto:dovremmo dedurre che ogni cavo elettrico di alta tensione é responsabile della propragazione nello spazio di un campo E...

I conduttori che realizzano linee elettriche, possono irradiare disturbi elettrici, o possono ricevere disturbi elettrici esterni e non ultimo possono creare condizioni di accoppiamento elettromagnetico fra conduttori, in tal senso, quando è necessario sono previste delle opportune schermature lungo i conduttori.
Avatar utente
Foto Utentemir
59,9k 9 12 13
G.Master EY
G.Master EY
 
Messaggi: 20171
Iscritto il: 19 ago 2004, 21:10

1
voti

[7] Re: Campo elettrico nei cavi elettrici

Messaggioda Foto UtenteFlamber » 20 feb 2016, 17:11

Eccomi!

Dunque, premetto che sto preparando un esame di Fisica 2... le equazioni posso capirle, ma vorrei soffermarmi su aspetti più pratici. Quando ho riflettuto sul fatto che il campo elettrico giunge a casa mia, viaggiando nel cavo, fin dalla centrale elettrica...ho pensato: ma quanto deve essere intenso per giungere fin qui?! Allora mi sono chiesto quali principi dominano la sua "deflessione" per portarlo a seguire il percorso del cavo. Questo punto non mi e' ancora chiaro a dire il vero.

Se la risposta é: "si, effettivamente il campo viene a seguire il percorso del conduttore a causa di una proprietá del conduttore stesso" per me va giá bene così.



Non è una proprietà particolare del conduttore stesso, sono "semplicemente" le equazioni di Maxwell in forma differenziale che ne governano il funzionamento , come nel caso di qualsiasi fenomeno elettromagnetico:
slide_11.jpg


In alcuni casi è comodo scrivere queste equazioni in forma simmetrica, cioè aggiungendo una densità di carica magnetica ed una densità di corrente magnetica. Queste sono grandezze fisiche "fittizie" nel senso che non esistono nella realtà (e già qui Tesla non sarebbe d'accordo), ma che sono comode per fare i conti.

Detto onestamente comunque, tranne che tu non abbia voglia (e tempo) di metterti a studiare nel dettaglio le autofunzioni del sistema, il modello della linea equivalente, i modi di propagazione (TM, TE, TEM), non riuscirai a trovare una risposta che soddisfi al 100% i tuoi dubbi.
Quindi direi che potresti rimandare l'approfondimento a quando incontrerai l'argomento nel tuo corso di studi.

C'è un libro ben fatto, che approfondisce l'argomento senza richiedere grosse conoscenze di matematica (al massimo si arriva a parlare di quaternioni che sarebbero dei vettori con componenti complesse, o di geometria ed algebra lineare non proprio basilari), ed è "Fondamenti di campi elettromagnetici" Ulaby, edito da McGraw-Hill.



Riguardo alla guaina isolante, essendo un dielettrico, possiamo almeno affermare che contribuisca a dissipare il campo diretto all'esterno? Oppure uscendo dal dielettico il campo riacquista la propria naturale intensiá come negli esercizietti di fisica 2? Se cosi fosse, dovremmo dedurre che ogni cavo elettrico di alta tensione é responsabile della propragazione nello spazio di un campo E per chilometri e chilometri... una prospettiva agghiacciante se pensiamo ad eventuali danni per il corpo umano (sempre che il campo E, inteso come "perturbazione" nello spazio, possa provocare danni biologici in tal senso...).


Che ci sia effettivamente la presenza di un inquinamento elettromagnetico, è vero, ma non proviene dalle linee di alimentazione, anzi mi preoccuperei di più del Wi-Fi che hai in casa o del cellulare che hai in tasca.

Comunque, ti accorgerai, studiando antenne, che nella maggior parte dei casi il problema del progettista è proprio l'esatto opposto, cioè cercare di massimizzare la potenza trasmetta dall'antenna trasmittente, ed assorbita da quella ricevente.
Avatar utente
Foto UtenteFlamber
194 3
New entry
New entry
 
Messaggi: 63
Iscritto il: 16 dic 2015, 11:55

0
voti

[8] Re: Campo elettrico nei cavi elettrici

Messaggioda Foto UtenteStokes » 20 feb 2016, 17:27

Flamber ha scritto:...senza richiedere grosse conoscenze di matematica (al massimo si arriva a parlare di quaternioni...

E' una battuta vero? :mrgreen:
Avatar utente
Foto UtenteStokes
456 1 5
Frequentatore
Frequentatore
 
Messaggi: 158
Iscritto il: 23 feb 2015, 15:04

0
voti

[9] Re: Campo elettrico nei cavi elettrici

Messaggioda Foto Utentekyexim » 20 feb 2016, 17:30

qttv ha scritto:Buona sera.

In un circuito elettrico, semplice quanto si voglia, il moto delle cariche é indotto dalla presenza di un campo elettrico attraverso il conduttore. Devo dedurne che il campo elettrico abbia la capacitá di propagarsi attraverso il materiale conduttore SEGUENDO il suo percorso (se contorgo un cavo elettrico la corrente continua a passare!). Nel caso dei circuiti magnetici, il campo magnetico viaggia grazie alla proprietá ferromagnetica del materiale in cui é propagato. Quale proprietá consente al campo elettrico, invece, di seguire il percorso del circuito? Inoltre volevo chiedere, possiamo attribuire alla guaina del cavo il fatto che il campo elettrico sia confinato nel conduttore e non "esca" all'esterno?

Grazie mille!


Nei conduttori il campo elettrico causa una corrente che poi non è altro che il moto degli elettroni, questi nei metalli non sono legati ai singoli atomi ma costituiscono una "nuvola". In particolare si ha un onda di movimento la cui velocità non dipende dal conduttore ma dall'isolante, questa velocità è importante per la costruzione di antenne ed è indicata nelle caratteristiche del cavo.
Avatar utente
Foto Utentekyexim
213 3
CRU - Account cancellato su Richiesta utente
 
Messaggi: 153
Iscritto il: 8 feb 2016, 13:46

3
voti

[10] Re: Campo elettrico nei cavi elettrici

Messaggioda Foto Utentefpalone » 20 feb 2016, 17:48

qttv ha scritto:Oppure uscendo dal dielettico il campo riacquista la propria naturale intensiá come negli esercizietti di fisica 2? Se cosi fosse, dovremmo dedurre che ogni cavo elettrico di alta tensione é responsabile della propragazione nello spazio di un campo E per chilometri e chilometri
.
I cavi isolati di alta tensione (così come quelli di MT, a partire da 3 kV in su) sono dotati di uno schermo metallico, che serve rendere uniforme il campo elettrico sulla perifieria esterna dell'isolante.
What-is-SC-B1.jpg
What-is-SC-B1.jpg (32.03 KiB) Osservato 2616 volte

Al di fuori di un cavo isolato di alta tensione il campo elettrico è quindi, a tutti i fini pratici, nullo.
Se non ci fosse lo schermo metallico, la distribuzione del campo nell'isolante dipenderebbe anche dalle caratteristiche fisiche del mezzo esterno al cavo, con il rischio di disuniformità nel campo elettrico e quindi di scarica nell'isolante. Non è quindi un problema di "compatibilità" elettromagnetica (tant'è che nelle linee elettriche aeree non c'è nessuna schermatura intenzionale) ma di tenuta dell'isolamento.
Avatar utente
Foto Utentefpalone
11,9k 5 7 10
G.Master EY
G.Master EY
 
Messaggi: 2309
Iscritto il: 26 dic 2007, 17:46
Località: roma

Prossimo

Torna a Elettrotecnica generale

Chi c’è in linea

Visitano il forum: Nessuno e 4 ospiti