Министерство образования Республики Беларусь
Учреждение образования «Республиканский институт высшей школы»
Учреждение образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники»
Утверждаю
Республики Беларусь
_________________А.И. Жук
16.01.2006
Согласовано
УМО вузов Республики Беларусь
по образованию в области
информатики и радиоэлектроники
М. П. Батура
09.12.2005
Управление высшего и среднего
специального образования
Ю.И. Миксюк
10.01.2006
Учреждение образования «Республиканский институт высшей школы»
В.И. Дынич
10.01.2006
Эксперт
С.М. Артемьева
10.01.2006
Минск 2005
Составители:
В.М. Коваленко, доцент кафедры теоретических основ электротехники Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», кандидат технических наук;
Л.Ю. Шилин, профессор кафедры теоретических основ электротехники Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», доктор технических наук;
И.Л. Свито, доцент кафедры теоретических основ электротехники Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», кандидат технических наук
Рецензенты:
Кафедра электротехники и электроники Учреждения образования «Белорусский национальный технический университет (протокол № 3 от 19.10.2005 г.);
Кафедра автоматизации производственных процессов и электротехники Учреждения образования «Белорусский государственный технологический университет» (протокол № 3 от 17.10.2005 г.)
Рекомендована к утверждению в качестве типовой:
кафедрой теоретических основ электротехники Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол № 4 от 10.10.2005 г.);
Научно-методическим советом Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол №2 от 23.11.2005 г.)
Ответственный за редакцию: Т.Н. Крюкова
Ответственный за выпуск: Ц.С. Шикова
Целью изучения дисциплины является обеспечение профессиональной подготовки, развитие всех позитивных творческих способностей инженера, его умения формулировать и исследовать на должном научном уровне общетеоретических проблем будущей специализации, развивать и реализовывать свои знания в этой области инженерной практики.
Курс “ОТЭЦ” занимает основное место среди фундаментальных дисциплин, определяющих теоретический уровень профессиональной подготовки инженеров.
Предметом изучения курса являются электромагнитные явления и их применение для решения проблем радиоэлектроники, автоматики, вычислительной техники при разработке электротехнических устройств, отвечающих современным требованиям.
Большую роль при решении перечисленных проблем предполагается отвести современным средствам вычислительной техники - персональным ЭВМ, что особенно важно в условиях быстро увеличивающегося объема научно-технической информации. Это позволит освоить основы методов вычислительного эксперимента, что связано с развитием вопросов теории и разработок многочисленных алгоритмов электротехнических расчетов с применением ЭВМ.
Основная задача изучения курса “ОТЭЦ” состоит в усвоении современных методов моделирования электромагнитных процессов, методов анализа, синтеза и расчета электрических цепей, знание которых необходимо для понимания и успешного решения инженерных проблем будущей специальности. При этом предполагается разумное и обоснованное применение средств и методов вычислительной техники.
Изучение электротехники должно способствовать выработке развитых представлений о методах применения теории электромагнитных явлений и методологии курса “ОТЭЦ” в специальных дисциплинах.
При изложении курса “ОТЭЦ” предполагается знание студентами курса физики, особенно разделов электричества и магнетизма, а также таких разделов курса высшей математики, как теория матриц, дифференциальные уравнения и методы их решения, включая численные методы, теорию функций комплексного переменного, преобразование Фурье-Лапласа и др.
Содержание курса “ ОТЭЦ ” составляет обобщение понятий и законов из области электромагнитных явлений на основе сведений, полученных при изучении курса физики, а также развитие формулировок и определений главных понятий и законов теории электрических и магнитных цепей, относящихся ко всем разделам курса. Здесь формулируются основные физические понятия курса “ОТЭЦ”, что имеет большое значение для правильной математической формулировки задач, решаемых методами, излагаемыми в последующих разделах курса. Материал курса состоит из теории линейных и нелинейных электрических цепей, где рассматриваются главным образом вопросы анализа на основе изучения свойств таких цепей. Задачи синтеза изучаются только для линейных электрических цепей.
При освоении современных методов анализа и синтеза электрических цепей необходимо широкое, проблемно-ориентированное применение средств и методов вычислительной техники. При этом важнейшей составной частью процесса изучения курса является контролируемая самостоятельная работа студентов в виде системы расчетных заданий разумной сложности, ориентированных на использование вычислительной техники и оптимально приближенных к реальным инженерным задачам будущей специальности. Выбор и составление задач для практических занятий должны также наиболее полно учитывать инженерные проблемы по данной специальности. Необходимо выявление наиболее актуальных и теоретически важных примеров-задач общефизических и расчетно-теоретических положений курса с учетом специфики методических подходов, применяемых в данной специальности.
В курсе предполагается широкое использование матричной алгебры и решения матричных уравнений с помощью ЭВМ. В дальнейшем подразумевается, что многие методы расчета электрических цепей формируются в матричном виде.
Программа составлена в соответствии с требованиями образовательных стандартов и рассчитана на объем 153 учебных часов. Примерное распределение учебных часов в 2, 3, и 4 семестрах по видам занятий: лекций – 85 ч, лабораторных работ – 34 ч, практических занятий – 34 ч.
В результате освоения курса “ОТЭЦ” студент должен:
знать:
- свойства и методы анализа линейных и нелинейных электрических цепей;
- методы синтеза линейных электрических цепей;
- свойства и методы анализа магнитных цепей;
уметь анализировать:
- установившиеся процессы в цепях с сосредоточенными параметрами;
- переходные процессы в цепях с распределенными параметрами;
- процессы в нелинейных цепях;
приобрести навыки:
- правильной математической формулировки задач, решаемых методами, излагаемыми в курсе;
- применения средств и методов вычислительной техники.
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Раздел 1. ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ
И ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ
Тема 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ЗАКОНЫ ТЕОРИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ
И МАГНИТНЫХ ЦЕПЕЙ
Электрические и магнитные цепи. Элементы электрических цепей. Активные пассивные электрические цепи. Физические явления в электрических цепях. Научные абстракции, принимаемые в теории электрических цепей, их практическое значение и границы применяемости. Цепи с распределенными и сосредоточенными параметрами.
Параметры электрических цепей. Линейные и нелинейные электрические и магнитные цепи. Условно-положительные направления тока и ЭДС в элементах цепи и напряжения на их зажимах. Источники ЭДС и источники тока. Схемы электрических цепей. Топологические понятия схемы электрической цепи. Граф цепи. Матрицы соединений, контуров, сечений и связь между ними.
Законы электрических цепей. Узловые и контурные уравнения электрических цепей. Полная система уравнений электрических цепей. Дифференциальные уравнения процессов в цепях с сосредоточенными параметрами. Анализ и синтез – две основные задачи теории электрических цепей.
Тема 2. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ЗАКОНЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ
Электромагнитное поле и системы уравнений Максвелла. Закон сохранения энергии в электродинамике. Электростатическое поле. Электростатическая емкость, энергия и силы в электростатическом поле. Поле постоянного тока. Постоянное магнитное поле и методы его расчета. Индуктивность, энергия и силы в магнитном поле. Электромагнитные волны в идеальных изотропных диэлектриках, электромагнитные волны в поглощающих и анизотропных средах. Электромагнитное поле в направляющих системах, резонаторы.
Раздел 2. ТЕОРИЯ ЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ
Тема 3. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА И ЭКВИВАЛЕНТНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ ПРИ СИНУСОИДАЛЬНЫХ ТОКАХ