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Esercizi sul Teorema di Millman

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Versione italiana

Esercizi sul Teorema di Millman

Concetti Chiave

Il Teorema di Millman è un metodo utile per semplificare circuiti elettrici che contengono più sorgenti di tensione in parallelo con resistori. Questo teorema permette di calcolare la tensione equivalente ai terminali di un circuito.

Formula del Teorema di Millman

Se abbiamo nnn sorgenti di tensione V_iViV_i e resistori R_iRiR_i in parallelo, la tensione equivalente V_{eq}VeqV_{eq} può essere calcolata con la seguente formula:

V_{eq} = \frac{\sum_{i=1}^{n} \frac{V_i}{R_i}}{\sum_{i=1}^{n} \frac{1}{R_i}} Veq=∑i=1nViRi∑i=1n1Ri V_{eq} = \frac{\sum_{i=1}^{n} \frac{V_i}{R_i}}{\sum_{i=1}^{n} \frac{1}{R_i}}

dove:

  • V_iViV_i è la tensione della sorgente iii,
  • R_iRiR_i è la resistenza associata alla sorgente iii.

Esercizi

Esercizio 1: Circuito con Due Sorgenti

Considera un circuito con le seguenti sorgenti e resistori:

  • Sorgente V_1 = 10 \, VV1=10 VV_1 = 10 \, V con R_1 = 5 \, \OmegaR1=5 ΩR_1 = 5 \, \Omega
  • Sorgente V_2 = 5 \, VV2=5 VV_2 = 5 \, V con R_2 = 10 \, \OmegaR2=10 ΩR_2 = 10 \, \Omega

Calcola la tensione equivalente V_{eq}VeqV_{eq} ai terminali del circuito.

Esercizio 2: Circuito con Tre Sorgenti

Considera un circuito con le seguenti sorgenti e resistori:

  • Sorgente V_1 = 12 \, VV1=12 VV_1 = 12 \, V con R_1 = 4 \, \OmegaR1=4 ΩR_1 = 4 \, \Omega
  • Sorgente V_2 = 6 \, VV2=6 VV_2 = 6 \, V con R_2 = 12 \, \OmegaR2=12 ΩR_2 = 12 \, \Omega
  • Sorgente V_3 = 3 \, VV3=3 VV_3 = 3 \, V con R_3 = 6 \, \OmegaR3=6 ΩR_3 = 6 \, \Omega

Calcola la tensione equivalente V_{eq}VeqV_{eq} ai terminali del circuito.

Soluzioni

Soluzione Esercizio 1

  1. Calcolo di V_{eq}VeqV_{eq}:
    • Calcoliamo il numeratore:
      \sum_{i=1}^{2} \frac{V_i}{R_i} = \frac{V_1}{R_1} + \frac{V_2}{R_2} = \frac{10 \, V}{5 \, \Omega} + \frac{5 \, V}{10 \, \Omega} = 2 \, A + 0.5 \, A = 2.5 \, A ∑i=12ViRi=V1R1+V2R2=10 V5 Ω+5 V10 Ω=2 A+0.5 A=2.5 A \sum_{i=1}^{2} \frac{V_i}{R_i} = \frac{V_1}{R_1} + \frac{V_2}{R_2} = \frac{10 \, V}{5 \, \Omega} + \frac{5 \, V}{10 \, \Omega} = 2 \, A + 0.5 \, A = 2.5 \, A

    • Calcoliamo il denominatore:
      \sum_{i=1}^{2} \frac{1}{R_i} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} = \frac{1}{5 \, \Omega} + \frac{1}{10 \, \Omega} = 0.2 \, S + 0.1 \, S = 0.3 \, S ∑i=121Ri=1R1+1R2=15 Ω+110 Ω=0.2 S+0.1 S=0.3 S \sum_{i=1}^{2} \frac{1}{R_i} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} = \frac{1}{5 \, \Omega} + \frac{1}{10 \, \Omega} = 0.2 \, S + 0.1 \, S = 0.3 \, S

    • Ora possiamo calcolare V_{eq}VeqV_{eq}:
      V_{eq} = \frac{2.5 \, A}{0.3 \, S} \approx 8.33 \, V Veq=2.5 A0.3 S≈8.33 V V_{eq} = \frac{2.5 \, A}{0.3 \, S} \approx 8.33 \, V

Soluzione Esercizio 2

  1. Calcolo di V_{eq}VeqV_{eq}:
    • Calcoliamo il numeratore:
      \sum_{i=1}^{3} \frac{V_i}{R_i} = \frac{V_1}{R_1} + \frac{V_2}{R_2} + \frac{V_3}{R_3} = \frac{12 \, V}{4 \, \Omega} + \frac{6 \, V}{12 \, \Omega} + \frac{3 \, V}{6 \, \Omega} ∑i=13ViRi=V1R1+V2R2+V3R3=12 V4 Ω+6 V12 Ω+3 V6 Ω \sum_{i=1}^{3} \frac{V_i}{R_i} = \frac{V_1}{R_1} + \frac{V_2}{R_2} + \frac{V_3}{R_3} = \frac{12 \, V}{4 \, \Omega} + \frac{6 \, V}{12 \, \Omega} + \frac{3 \, V}{6 \, \Omega}

    • Calcoliamo ciascun termine:
      = 3 \, A + 0.5 \, A + 0.5 \, A = 4 \, A =3 A+0.5 A+0.5 A=4 A = 3 \, A + 0.5 \, A + 0.5 \, A = 4 \, A

    • Calcoliamo il denominatore:
      \sum_{i=1}^{3} \frac{1}{R_i} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + \frac{1}{R_3} = \frac{1}{4 \, \Omega} + \frac{1}{12 \, \Omega} + \frac{1}{6 \, \Omega} ∑i=131Ri=1R1+1R2+1R3=14 Ω+112 Ω+16 Ω \sum_{i=1}^{3} \frac{1}{R_i} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + \frac{1}{R_3} = \frac{1}{4 \, \Omega} + \frac{1}{12 \, \Omega} + \frac{1}{6 \, \Omega}

    • Calcoliamo ciascun termine:
      = 0.25 \, S + \frac{1}{12} \, S + \frac{1}{6} \, S =0.25 S+112 S+16 S = 0.25 \, S + \frac{1}{12} \, S + \frac{1}{6} \, S

    • Convertiamo \frac{1}{12} \, S112 S\frac{1}{12} \, S e \frac{1}{6} \, S16 S\frac{1}{6} \, S in termini di dodicesimi:
      = 0.25 \, S + \frac{1}{12} \, S + \frac{2}{12} \, S = 0.25 \, S + \frac{3}{12} \, S = 0.25 \, S + 0.25 \, S = 0.5 \, S =0.25 S+112 S+212 S=0.25 S+312 S=0.25 S+0.25 S=0.5 S = 0.25 \, S + \frac{1}{12} \, S + \frac{2}{12} \, S = 0.25 \, S + \frac{3}{12} \, S = 0.25 \, S + 0.25 \, S = 0.5 \, S

    • Ora possiamo calcolare V_{eq}VeqV_{eq}:
      V_{eq} = \frac{4 \, A}{0.5 \, S} = 8 \, V Veq=4 A0.5 S=8 V V_{eq} = \frac{4 \, A}{0.5 \, S} = 8 \, V

English version

Millman's Theorem Exercises

Key Concepts

Millman's Theorem is a useful method for simplifying electrical circuits that contain multiple voltage sources in parallel with resistors. This theorem allows us to calculate the equivalent voltage at the terminals of a circuit.

Millman's Theorem Formula

If we have nnn voltage sources V_iViV_i and resistors R_iRiR_i in parallel, the equivalent voltage V_{eq}VeqV_{eq} can be calculated with the following formula:

V_{eq} = \frac{\sum_{i=1}^{n} \frac{V_i}{R_i}}{\sum_{i=1}^{n} \frac{1}{R_i}} Veq=∑i=1nViRi∑i=1n1Ri V_{eq} = \frac{\sum_{i=1}^{n} \frac{V_i}{R_i}}{\sum_{i=1}^{n} \frac{1}{R_i}}

where:

  • V_iViV_i is the voltage of source iii,
  • R_iRiR_i is the resistance associated with source iii.

Exercises

Exercise 1: Circuit with Two Sources

Consider a circuit with the following sources and resistors:

  • Source V_1 = 10 \, VV1=10 VV_1 = 10 \, V with R_1 = 5 \, \OmegaR1=5 ΩR_1 = 5 \, \Omega
  • Source V_2 = 5 \, VV2=5 VV_2 = 5 \, V with R_2 = 10 \, \OmegaR2=10 ΩR_2 = 10 \, \Omega

Calculate the equivalent voltage V_{eq}VeqV_{eq} at the terminals of the circuit.

Exercise 2: Circuit with Three Sources

Consider a circuit with the following sources and resistors:

  • Source V_1 = 12 \, VV1=12 VV_1 = 12 \, V with R_1 = 4 \, \OmegaR1=4 ΩR_1 = 4 \, \Omega
  • Source V_2 = 6 \, VV2=6 VV_2 = 6 \, V with R_2 = 12 \, \OmegaR2=12 ΩR_2 = 12 \, \Omega
  • Source V_3 = 3 \, VV3=3 VV_3 = 3 \, V with R_3 = 6 \, \OmegaR3=6 ΩR_3 = 6 \, \Omega

Calculate the equivalent voltage V_{eq}VeqV_{eq} at the terminals of the circuit.

Solutions

Solution Exercise 1

  1. Calculation of V_{eq}VeqV_{eq}:
  • Let's calculate the numerator:
    \sum_{i=1}^{2} \frac{V_i}{R_i} = \frac{V_1}{R_1} + \frac{V_2}{R_2} = \frac{10 \, V}{5 \, \Omega} + \frac{5 \, V}{10 \, \Omega} = 2 \, A + 0.5 \, A = 2.5 \, A ∑i=12ViRi=V1R1+V2R2=10 V5 Ω+5 V10 Ω=2 A+0.5 A=2.5 A \sum_{i=1}^{2} \frac{V_i}{R_i} = \frac{V_1}{R_1} + \frac{V_2}{R_2} = \frac{10 \, V}{5 \, \Omega} + \frac{5 \, V}{10 \, \Omega} = 2 \, A + 0.5 \, A = 2.5 \, A

  • Let's calculate the denominator:
    \sum_{i=1}^{2} \frac{1}{R_i} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} = \frac{1}{5 \, \Omega} + \frac{1}{10 \, \Omega} = 0.2 \, S + 0.1 \, S = 0.3 \, S ∑i=121Ri=1R1+1R2=15 Ω+110 Ω=0.2 S+0.1 S=0.3 S \sum_{i=1}^{2} \frac{1}{R_i} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} = \frac{1}{5 \, \Omega} + \frac{1}{10 \, \Omega} = 0.2 \, S + 0.1 \, S = 0.3 \, S

  • Now we can calculate V_{eq}VeqV_{eq}:
    V_{eq} = \frac{2.5 \, A}{0.3 \, S} \approx 8.33 \, V Veq=2.5 A0.3 S≈8.33 V V_{eq} = \frac{2.5 \, A}{0.3 \, S} \approx 8.33 \, V

Solution Exercise 2

  1. Calculation of V_{eq}VeqV_{eq}:
  • Let's calculate the numerator:
    \sum_{i=1}^{3} \frac{V_i}{R_i} = \frac{V_1}{R_1} + \frac{V_2}{R_2} + \frac{V_3}{R_3} = \frac{12 \, V}{4 \, \Omega} + \frac{6 \, V}{12 \, \Omega} + \frac{3 \, V}{6 \, \Omega} ∑i=13ViRi=V1R1+V2R2+V3R3=12 V4 Ω+6 V12 Ω+3 V6 Ω \sum_{i=1}^{3} \frac{V_i}{R_i} = \frac{V_1}{R_1} + \frac{V_2}{R_2} + \frac{V_3}{R_3} = \frac{12 \, V}{4 \, \Omega} + \frac{6 \, V}{12 \, \Omega} + \frac{3 \, V}{6 \, \Omega}

  • Let's calculate each term:
    = 3 \, A + 0.5 \, A + 0.5 \, A = 4 \, A =3 A+0.5 A+0.5 A=4 A = 3 \, A + 0.5 \, A + 0.5 \, A = 4 \, A

  • Let's calculate the denominator:
    \sum_{i=1}^{3} \frac{1}{R_i} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + \frac{1}{R_3} = \frac{1}{4 \, \Omega} + \frac{1}{12 \, \Omega} + \frac{1}{6 \, \Omega} ∑i=131Ri=1R1+1R2+1R3=14 Ω+112 Ω+16 Ω \sum_{i=1}^{3} \frac{1}{R_i} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + \frac{1}{R_3} = \frac{1}{4 \, \Omega} + \frac{1}{12 \, \Omega} + \frac{1}{6 \, \Omega}

  • Let's calculate each term:
    = 0.25 \, S + \frac{1}{12} \, S + \frac{1}{6} \, S =0.25 S+112 S+16 S = 0.25 \, S + \frac{1}{12} \, S + \frac{1}{6} \, S

  • Let's convert \frac{1}{12} \, S112 S\frac{1}{12} \, S and \frac{1}{6} \, S16 S\frac{1}{6} \, S in terms of twelfths:
    = 0.25 \, S + \frac{1}{12} \, S + \frac{2}{12} \, S = 0.25 \, S + \frac{3}{12} \, S = 0.25 \, S + 0.25 \, S = 0.5 \, S=0.25 S+112 S+212 S=0.25 S+312 S=0.25 S+0.25 S=0.5 S= 0.25 \, S + \frac{1}{12} \, S + \frac{2}{12} \, S = 0.25 \, S + \frac{3}{12} \, S = 0.25 \, S + 0.25 \, S = 0.5 \, S
    Now we can calculate V_{eq}VeqV_{eq}: V_{eq} = \frac{4 \, A}{0.5 \, S} = 8 \, VVeq=4 A0.5 S=8 VV_{eq} = \frac{4 \, A}{0.5 \, S} = 8 \, V

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