Конспект лекцій з навчальної дисципліни «електротехніка І електроніка» для студентів спеціальності



Сторінка1/11
Дата конвертації27.01.2017
Розмір2.07 Mb.
ТипКонспект
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11
Міністерство освіти і науки України

Лисичанський ордена Трудового Червоного Прапора гірничий технікум


КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ

з навчальної дисципліни «ЕЛЕКТРОТЕХНІКА І ЕЛЕКТРОНІКА»
для студентів спеціальності

5.07010602

«Обслуговування та ремонт автомобілів і двигунів»


Розглянуто, ухвалено та затверджено

на засіданні циклової комісії загальнотехнічних дисциплін



Протокол № __ від _______20__р.
Голова циклової комісії

______________ Н.В.Царюк





Розробив викладач

В.В.Хоружий


2015


ПЛАН ЗАНЯТТЯ

Вид: лекція вступна
Тема: Вступ. Зміст дисципліни

Історія розвитку електротехніки і електроніки.


Мета:

  1. Навчальна – переконати студентів, що без розвитку енергетики неможливий розвиток багатьох галузей промислового комплексу.

  2. Розвиваюча – розширити технічний кругозір студентів.

  3. Виховна – виховувати навики до дисципліни.


Методичне та матеріально-технічне забезпечення: карта України з розташованими електростанціями на ній.
Організаційна структура лекції


  1. Визначення навчальних цілей і мотивація – без знань електротехніки не можливо виховання всебічно розвинутого технічного спеціаліста.

  2. Питання лекції

  1. Історія розвитку електротехніки

  2. Головні відкриття в науці.

  3. Побудова трифазної системи струмів російським інженером Михайлом Осиповичем Доливо-Добровольским і її застосування у всьому світі.

  4. Електростанції України.

  5. Атомні електростанції України.

  6. Передача електроенергії на велику відстань.

  7. Пошук альтернативних джерел електроенергії

  8. Економія енергоресурсів.

  9. Зв'язок майбутньої професії з електротехнікою.

  1. Повторення теми з фізики «Електричне поле та його характеристики».

  2. Висновки лекції:

Необхідні знання з електротехніки для гарного спеціаліста.

  1. Д.З. Повторити гл. 1 з підручника Ф.Е. Євдокимова «Загальна електротехніка».

Викладач В.В.Хоружий




ЛЕКЦІЯ
Тема. Вступ. Зміст дисципліни

Історія розвитку електротехніки і електроніки



Мета:

  • переконати студентів, що без розвитку енергетики не можливий розвиток багатьох галузей промислового комплексу;

  • розширити технічний кругозір студентів;

  • виховувати інтерес до технічних знань і їх поглиблення

Література: протитати з підручника Ф.Е. «Загальна електротехніка» з стор.4-11

План лекції:

  1. Вступ

  2. Зміст програми

  3. Історія розвитку електротехніки і електроніки

Електротехніка – це наука про застосування електричної енергії в практичних цілях

Технічна електроніка займається розробкою, виробництвом та експлуатацією електронних приладів і пристроїв різноманітного призначвення

Історія розвитку електротехніки.

1802-1803рр. академік В.В.Петров відкрив явище електричної дуги і вказав на можливість її використання для електрозварювання і плавлення металів.

1821р. М.Фарадей відкрив явище електромагнітної індукції.

1827р. Г.Ом сформулював одне із основних положень електричного кола – закон Ома.

1847р. Г.Кірхгоф сформулював два закони для розгалужених електричних ланцюгів.

1888р. А.Г.Столєтов виготовив перший фотоелемент.

1889р. М.О.Доліво-Добровольський створив трифазну систему, трифазний генератор, трифазний трансформатор, трифазний асинхронний двигун, сконструював ряд електричних машин.

1895р. А.С.Попов сконструював перший радіоприймач.

1904р. англійським вченим Д.А.Флемінгом виготовленна перша електронна лампа – діод.

1907р. американський вчений Лі де Форсет створив лампу-тріод.

1914р. Н.Д.Папалексі виготовив першу електронну лампу в Росії.

1918р. створена Нижегородська радіолабораторія, в якій працювали радянські вчені М.А.Бонч-Бруєвич, В.П.Вологдін і група під керівництвом А.Ф.Іоффе.

1947р. американські вчені У.Браттейн, Джордж Бардін і У.Шоклі відкрили транзисторний ефект.

На сучасному рівні одержує широкий розвиток мікроелектроніка, яка займається мікромініатюризацією електронної апаратури, підвищенням її надійності, економічності і точності.

В Україні більше 50% електроенергії вироблено на атомних електростанціях: Хмельницькій, Рівненській, Запорізькій, Південно-Українській.

Минулого року в Новоазовському районі Донецької області було встановлено 10 вітряних установок.

Кожна установка, висотою майже в 100 метрів розмахом лопастей в 48 метрів виробляє 2,5 мегавата.

Всього буде встановлено 43 таких установки, сумарна потужність яких складе 107 мегават.

У найближчий час завод «Енергомашспецсталь» в Краматорську налагодить випуск прогресивних вітроустановок разом з німецькими товаришами.

На шахті «Покровська» в м.Червоноармійську Донецької області введена в експлуатацію перша черга установки з перетворення рудничого газу в електроенергію.

Реалізація цього проекту дозволить перепрацювати 53 мільйони кубометрів метану в рік. Собівартість одержаної, за допомогою газу, теплової енергії в 10 раз нижча діючих комунальних тарифів.



ПЛАН ЗАНЯТТЯ

Вид: комплексне заняття

Тема: Закони Кірхгофа.

З’єднання резисторів.



Мета:

1. Навчальна – вивчити перший і другий закони Кірхгофа і методи розрахунку ланцюгів постійного струму.

2. Розвиваюча – формування і розвиток пізнавальних інтересів і здібностей.

3. Виховна – виховувати інтерес до технічних знань і їх поглиблення.

Методичне та матеріально-технічне забезпечення: плакати, підручники, задачники, електричні схеми, завдання для самостійної роботи по темі.
Зміст заняття




Елементи заняття, навчальні питання

Додатки

(форми та методи навчан-ня, засоби навчання, розподіл часу та інше)

1.

Організаційний момент




2.

Повторення теми «Закон Ома. Втрата напруги. Потужність електричного струму».

Питання:


1. В скільки раз зміниться опір мідного проводу, якщо довжину збільшити в два рази?

2. Назвіть матеріали, з яких виготовляють нагрівачі?

3. Втрата напруги в лінії вказана. Чи зміниться втрата напруги, якщо мідний провід замінити стальним?





3.

Новий матеріал.

1. Перший закон Кірхгофа.

2. Другий закон Кірхгофа.

3. З’єднання резисторів:





1. Скільки складають рівнянь по 1-му закону Кірхгофа?

4.

5. Розв’язування типових задач № 2.29, № 2.68, № 2.69, № 2.86 з допомогою перетворень електричних схем до простого вигляду

2. Скільки рівнянь по 2-му закону Кірхгофа складають для схем?

5.

Д.З. Вивчити закони Ома і Кірхгофа, методи розрахунку ланцюгів постійного струму.



Викладач В.В.Хоружий



Лекція
Тема. Закони Кірхгофа.

З’єднання резисторів



Мета:

- вивчити основні закони електротехніки для розрахунку ланцюгів постійного струму;

- формування і розвиток пізнавальних інтересів і здібностей студентів;

-виховувати інтерес до технічних знань і їх поглиблення.



Література: вивчити гл.2 з підручника Ф.Е.Євдокимова «Загальна електротехніка».

План лекції



  1. Закон Ома.

  2. З’єднання резисторів.

  3. Закони Кірхгофа.

Закон Ома

Закон Ома для ділянки кола. Опір провідників. Послідовне та паралельне з'єднання провідників

Німецький фізик Георг Ом 1827 року помітив, що відношення напруги U між кінцями металевого провідника, що є ділянкою електричного кола, до сили струму І в колі - величина постійна:

f052.

Цю величину R називають електричним опором провідника. У СІ [R] = Ом. Електричний опір 1 Ом має така ділянка кола, на якій напруга дорівнює 1 В, якщо сила струму 1А



f053.

Опір - це основна електрична характеристика провідника. Він виражає міру протидії речовини провідника напрямленому рухові вільних заряджених частинок у ньому.

Експерименти показали, що електричний опір провідника R прямо пропорційний його довжині l і обернено пропорційний площі поперечного перерізу S:

f054

Сталий для речовини параметр ? називають питомим опором цієї речовини. Питомий опір залежить від фізичних властивостей речовини, її стану, наявності домішок. Наприклад, у металевих провідниках наявність домішок збільшує питомий опір. Числове значення питомого опору дорівнює опору провідника завдовжки 1 м з площею поперечного перерізу 1 м2. У СІ питомий опір вимірюють в омах на метр: [?] = Ом/м. Значення питомого опору речовини занесено до таблиць.

Експериментально встановлену залежність сили струму I від напруги U і електричного опору R частини кола називають законом Ома для ділянки кола: сила струму I прямо пропорційна напрузі U і обернено пропорційна електричному опору R однорідної ділянки кола:

f055.                                   (4.2.3)

Графічну залежність сили струму від напруги називають вольт-амперною характеристикою. Відповідно до закону Ома для провідника з опором R така залежність прямолінійна. Нахил прямої залежить від опору ділянки кола (рис. 4.2.3).



p18

Із формули (4.2.3) знайдемо, що U = IR. Величину U = IR, яка дорівнює добутку сили струму в провіднику на опір цього провідника, називають спадом напруги на даному провіднику. Спад напруги чисельно дорівнює напрузі тільки в тому разі, коли в провіднику не відбувається ніяких інших перетворень електричної енергії, крім її переходу у внутрішню енергію з виділенням теплоти.

Провідники в електричних колах постійного струму можуть з'єднуватись послідовно і паралельно.

У разі послідовного з'єднання провідників кінець першого провідника з'єднується з початком другого і т.д. (рис. 4.2.4).



p19

При цьому сила струму однакова в усіх провідниках, а напруга на кінцях всього кола дорівнює сумі напруги на кожному з провідників. Загальний опір кола дорівнює сумі опорів його окремих ділянок:



Iзаг. = І1 =  І2 = … = Іn,

Uзаг. = U1 +  U2 + … + Un,

Rзаг. = R1 +  R2 + … + Rn.

У разі паралельного з'єднання початки і кінці провідників мають спільні точки приєднання до джерела струму (рис. 4.2.5).



p20

Властивості цього з'єднання такі:

1) усі опори знаходяться під однаковою напругою Uзаг. = U1 =  U2 = … = Un.

2) загальний струм, який подається на вузол, дорівнює сумі струмів, які виходять з нього: Iзаг. = І1 +  І2 + … + Іn.

3) величина, що дорівнює оберненому значенню опору, дорівнює сумі величин, обернених опорам розгалужень: f056.

Паралельне з'єднання провідників широко застосовують для підключення ламп електричного освітлення і побутових електроприладів до мережі. Прикладом послідовного з'єднання провідників є з'єднання лампочок ялинкових гірлянд.

З'єднання резисторів у ланцюзі буває двох типів - паралельне і послідовне. Причому закони цих сполук можна застосовувати також і до котушок індуктивності.

Формули, наведені нижче, застосовуються, коли резистори й індуктивності з'єднуються послідовно або паралельно між собою. Можна їх застосовувати і для динаміків.

З’єднання резисторів

Послідовне з'єднання резисторів:

Повний опір дорівнює сумі всіх опорів ланцюга:

R = R1 + R2 + R3 + R4



чем лучше последовательное соединение резисторов, если их четыре?

У даному прикладі, в числах буде R = 4 + 6 + 8 + 12 = 30 Ом



Паралельне з'єднання резисторів:

При паралельному з'єднанні загальний опір завжди стає менше, воно завжди менше, ніж найменше опору в паралельній ланцюга: 1 / R = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + 1/R4



схемка - иллюстрация параллельного соединения четырех резисторов

Коли паралельно з'єднані тільки два резистора, можна використовувати формулу: R = R1 * R2



ЗАКОНИ КІРХГОФА

Для розрахунку електричних кіл поряд із законом Ома застосовуються два правила Кірхгофа, які є наслідком закону збереження енергії.



Перше правило Кірхгофа

Перше правило Кірхгофа застосовується до вузлів електричного кола:

У вітках, які утворюють вузол електричного кола, алгебраїчна сума струмів дорівнює нулю:

image003

image005

В цьому рівнянні струми, напрямлені до вузла умовно взято додатними, а струми, напрямлені від вузла,— від'ємними:



image007

До цієї суми входять струми з різними знаками залежно від напряму їх щодо вузла. На основі першого правила Кірхгофа для кожного вузла можна скласти рівняння струмів. Наприклад, для точки 3 схеми рис. 3.15 таке рівняння має вигляд

Рівняння (4.2) дає змогу дати інше формулювання першого правила Кірхгофа:

Сума струмів, спрямлених до вузла електричного кола, дорівнює сумі струмів, напрямлених від цього вузла.

Це правило випливає з принципу неперервності струму. Якщо допустити переважання у вузлі одного напряму, то заряд одного знака повинен накопичуватися, а потенціал вузлової точки безперервно змінюватися, що в реальних колах не спостерігається.

Друге правило Кірхгофа

Друге правило Кірхгофа застосовується до контурів електричних кіл:

У контурі електричного кола алгебраїчна сума напруги на його вітках дорівнює нулю:

image009

Для доведення другого правила Кірхгофа обійдемо контур 1-2-3-4-5-6-1 в схемі рис. 3.15 за годинниковою стрілкою і запишемо вирази потенціалів точок контуру при зазначених напрямах струмів у вітках (взято довільно). Обхід почнемо від точки 1, потенціал якої V1. Потенціал кожної наступної точки подамо відносно точки попередньої:



image011

Отже, в замкненому  контурі



image013

В рівнянні (4.4) напруги, напрямлені за обходом контуру, вважають додатними, а напрямлені проти обходу,— від'ємними.

Рівняння (4.4) запишемо в такому вигляді:

image015

Рівняння (4.5) дає змогу дати інше формулювання другого правила Кірхгофа:

У контурі електричного кола алгебраїчна сума спадів напруги на пасивних елементах дорівнює алгебраїчній сумі е. р. с. цього контуру:

image017

Іншим контурам відповідають інші рівняння, які неважко записати, не вдаючись до виразів потенціалів точок контуру.

Для цього можна скористатися таким правилом. У ліву частину рівняння слід записати алгебраїчну суму спадів напруги в пасивних елементах контуру, а в праву — алгебраїчну суму е. р. с., які зустрічаються при обході контуру.

При цьому додатними вважають струми та е. р. с., напрям яких збігається з напрямом обходу.

Згідно з цим правилом, запишемо рівняння для двох інших контурів схеми, поданій на рис. 3.15: для 1-2-3-6-1

image019

image021

  МЕТОДИ РОЗРАХУНКУ, НЕСКЛАДНИХ КІЛ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ



НЕРОЗГАЛУЖЕНЕ ЕЛЕКТРИЧНЕ КОЛО

Елементи нерозгалуженого електричного кола з'єднані між собою послідовно.

Відмітною особливістю послідовного з'єднання е те, що електричний струм на всіх ділянках кола той самий.

Загальний випадок послідовного з'єднання

Розглянемо загальний випадок послідовного з'єднання джерел І приймачів електричної енергії (рис.4.1), нехтуючи внутрішніми опорами джерел.

image023image025

Складемо рівняння за другим правилом Кірхгофа, довільно взявши напрям струму в колі і напрям обходу контуру (наприклад, за годинниковою стрілкою):

При обході контуру видно, що відносно напряму обходу е. р. с. ei І E3 напрямлені однаково, тобто узгоджено, а е. p. c. E2 — їм назустріч.

Струм у коді визначається дією всіх трьох е. р. с., і при заданих напрямах е. р. с. та струму неважко встановити, що елементи з е. р. с. E1 і £3 виробляють електричну енергію, а елемент з е. p. c. E2 її споживає. Якщо як джерела е. р. с. у цьому випадку вважати акумулятори, то джерела E1 і E2 розряджаються, а джерело E3 заряджається.

В елементах кола, які характеризуються опорами R1, R2 і R3, електрична енергія перетворюється на теплову. Розглядаючи як приклад схему рис. 4.1, неважко переконатися втому, що друге правило Кірхгофа є наслідком закону збереження енергії в застосуванні його до контуру електричного кола.

Для цього досить помножити рівняння (4.7) на /, перенісши попередньо E2 в ліву частину:



image027

Дістанемо рівняння балансу потужності для розглядуваного кола: сума потужностей джерел електричної енергії дорівнює сумі потужностей приймачів.

Струм у колі з послідовним з'єднанням елементів (рис. 4.1) не зміниться і баланс потужностей збережеться, якщо зробити перестановку елементів кола, згрупувавши е. р. с. і опори, як показано на рис. 4.2, а.

Послідовне з'єднання пасивних елементів

Ділянка кола 4-5-6-1 являє собою послідовне з'єднання пасивних елементів, наприклад резисторів. На розглядуваній ділянці діє напруга U, яка дорівнює алгебраїчній сумі е. р. с. лівої частини



image029

схеми Ідин. праву частину рівняння (4.7)]. Ця напруга дорівнює також сумі спадів напруги в правій частині схеми [див. ліву частину рівняння (4.7)]:


image031

Відношення UII = R — це деякий опір, еквівалентний за своєю дією всім трьом опорам:



ПЛАН ЗАНЯТТЯ

Вид: лекція тематична
Тема: Магнітне поле і його характеристики.
Мета:

1. Навчальна – вивчити основні характеристики електромагнітного поля, властивості речовин до намагнічування.

2. Розвиваюча – формування і розвиток пізнавальних інтересів і здібностей.

3. Виховна – виховувати інтерес до технічних знань і їх поглиблення.
Методичне та матеріально-технічне забезпечення: плакати, моделі електродвигунів, трансформаторів.
Організаційна структура лекції
1. Визначення навчальних цілей і мотивація – принцип дії електричних машин і апаратів оснований на явищі електромагнітної індукції.

2. Питання лекції

1.) Зображення магнітного поля на кресленні. Правило буравчика для провода зі струмом і для електромагніта.

2.) Напруженість магнітного поля.

3.) Магнітна індукція. Магнітний потік.

4.) Властивості речовин до намагнічування:

а) парамагнетики;

б) діамагнетики;

в) феромагнетики.

5.) Електромагнітна сила. Правило лівої руки.

6.) Розв’язування задач № 3.18, № 3.20, № 3.11, № 3.24.



3. Додаткові елементи заняття – студенти приводять приклади, застосування явища електромагнітної індукції. Самостійно креслять петлі гістерезису для різноманітних матеріалів.

  1. Висновки лекції, відповіді на можливі запитання – без електричного поля не існує магнітного поля і навпаки.

Необхідні знання з електротехніки для гарного спеціаліста.

  1. Завдання для самопідготовки студентів – вивчити параграф 3.1, 5, 6 і принцип

дії електродвигунів.

Викладач В.В.ХоружИЙ




Лекція



Поділіться з Вашими друзьями:
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11


База даних захищена авторським правом ©divovo.in.ua 2017
звернутися до адміністрації

войти | регистрация
    Головна сторінка


загрузить материал