.. meta::
   :language: it
   :description language=it: Embedded Systems Architecture: concetti di basenità di misura
   :description language=en: Embedded Systems Architecture: fundamental concepts
   :keywords: Embedded Systems Architecture, fundamentals
   :author: Luciano De Falco Alfano


Concetti di base dei fenomeni elettrici
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.. contents:: 
   :local:
   
   
Unità di misura 
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[*Lezione del 07 ott 2019*]

**Lavoro: Joule (J)** :math:`Joule = {Newton} \cdot {metro}`.

Joule: lavoro fatto dalla forza di 1 *newton* per una spostamento di 1 *metro*
del suo punto di applicazione nella direzione della forza. Vale:

.. math::

   Joule = Watt \cdot time = V \cdot I \cdot t

**Potenza: Watt (W)** :math:`watt = \frac{Joule}{second}`.

Watt: un *joule* per un *secondo*. Vale:

.. math::

  Watt = V \cdot I

**Potenziale elettrico: Volt (V)**    :math:`Volt = \frac{joule}{coulomb}`.

Volt: differenza di potenziale tra due punti in un conduttore che quando conduce una
corrente di un Ampere, dissipa una potenza di un watt [#]_.

**Resistenza: Ohm** (:math:`\boldsymbol{\Omega}`) :math:`Ohm = \frac{volt}{ampere}`

Ohm: resistenza tra due punti di un conduttore quando un potenziale elettrico
di un volt produce un flusso di corrente di un ampere. Vale:

.. math::

   R = \frac{V}{I}
   
**Conduttanza: Siemens (S)** :math:`G = \frac{1}{R}`

Conduttanza: reciproco della resistenza.

Sicurezza
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Correnti di bassa intensità possono causare danni. Ad esempio:

* 1.8 mA provoca shock;
* 9 mA shock doloroso;
* 16 mA dolore, incapacità di allontanarsi;
* 23 mA dolore acuto, difficoltà respiratorie, contrazioni muscolari involontarie;
* 75 mA fibrillazioni ventricolari;
* 235 mA fibrillazioni ventricolari fatali se prolungate per 5 secondi;
* 4 A arresto cardiaco;
* 5 A carbonizzazione dei tessuti organici.

La resistenza dei tessuti di un corpo umano varia tra 10 e 50 :math:`k\Omega`,
e dipende da altri fattori, ad es. la presenza di umidità.

Con una resistenza di 10 :math:`k\Omega`, bastano 90 V per generare una corrente di 
9 mA.

Quindi utilizzare sempre con cautela le sorgenti di energia elettrica, e non 
maneggiare/toccare mai circuiti alimentati.

Voltaggio, corrente, resistenza
----------------------------------

Date due cariche elettriche puntiformi :math:`Q_1` e :math:`Q_2` a distanza *r*,
tra loro esiste la forza :math:`F = k_e \cdot \frac{Q_1 \cdot Q_2}{r^2}`, repulsiva
per cariche dello stesso segno, attrattiva per cariche di segno opposto.

**Carica elettrica: Coulomb (C)**.

Carica posseduta da :math:`6.25 \cdot 10^{18}` elettroni. Questo è il reciproco
della carica del singolo elettrone: :math:`1.6 \cdot 10^{-19} \,C`.

**Differenza di potenziale: Voltaggio** :math:`V = \frac{W}{Q}`.

Sorgente di tensione: la ideale può erogare qualunque corrente richiesta dal circuito,
tenendo costante la tensione erogata.

Una batteria è una sorgente di tensione che converte energia chimica in energia elettrica.

Un generatore è una macchina che converte energia meccanica in energia elettrica 
utilizzando l'induzione magnetica.

Un alimentatore è un convertitore da corrente alternata a corrente continua.

[*Lezione del 09 ott 2019*]

Corrente
^^^^^^^^^^

Una corrente in un materiale è generato da elettroni in grado di muoversi 
liberamente nel materiale. Abbiamo: :math:`V = \frac{W}{Q}`.

Unità di misura: **Ampere (A)**. È la corrente generata quando una carica di un 
Coulomb si muove attraverso la sezione del conduttore in un secondo.

Sorgente di corrente: la ideale eroga qualunque tensione che il circuito richieda.

Resistenza
^^^^^^^^^^^^^

La resistenza è l'opposizione al fluire della corrente. I ocmponenti progettati 
per avere una determinata resistenza sono detti resistori.

Un resistore può essere (di valore) fisso o variabile (potenziometri: lineari o 
logaritmici).

I sensori sono resistori variabili che cambiano la loro resistenza in funzione 
di una caratteristica fisica. Ad esempio un termistore cambia la propria 
resistenza in funzione della temperatura. Un estensimetro cambia in funzione
della propria dimensione. Una cella fotoconduttiva cambia a seconda della luminosità.

Circuito elettrico
^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^

Formato da una sorgente di tensione, un carico e un conduttore che collega il 
carico alla sorgente.

Un circuito può avere **interruttori** che permettono o bloccano la corrente. Possibili 
switch:

* single pole single trow SPST;
* double pole single throw (DPST);
* push button (PB) normally open (NOPB), normally closed (NCPB);
* ...

**componenti protettivi** servono per proteggere il circuito: fusibili e 
interruttori di sicurezza (*circuit breaker*).

**ground** definisce la tensione di riferimento per il circuito (zero volt).
Da non confondere con la **terra** che ha lo scopo di dare un circuito
di sicurezza.

Misure di circuiti elettrici
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**Volmetro** misura la tensione, **Amperometro** misura la corrente.
**Multimetro** effettua misure di tensione, di corrente, ed altre.

La corrente va misurata collegando lo strumento in serie. Mentre per le tensioni
il collegamento è in parallelo.

Per misurare tensioni su punti che non sono connessi a ground, è necessario
operare su un punto per volta collegando lo strumento entrambe le volte a ground e poi
facendo la differnza tra le due tensioni rilevate. In tal modo non si altera 
il funzionamento del cirtcuito durante la misura.

I resistori vanno misurati in serie, disconessi dal circuito in cui operano. 
Questo perché lo strumento 
genera una tensione che inietta una corrente nel resistore, da cui poi si evince
la resistenza. Se il resistore facesse parte del circuito, la corrente riguarderebbe
**tutto il circuito** e non il singolo resistore.



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.. [#] Definizione che permette di scrivere:

   .. math::

      Volt = \frac{watt}{ampere} = \frac{joule/second}{ampere} = \frac{joule}{ampere \cdot second} = \frac{joule}{coulomb}