Электротехника – наука о применении электрической энергии в практических целях. Электротехника рассматривает вопросы производства электрической энергии, ее распределение и преобразование в другие виды энергии.
История развития электротехники, основные этапы, вклад русских ученых.
Значение электроники как основного средства для управления, автоматизации и контроля сложных производственных процессов в различных отраслях, развитии современной техники и прогрессивных технологий.
РАЗДЕЛ 1. ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ
Тема 1.1. Электрическое поле
Студент должен знать:
· основные характеристики электрического поля;
· определение емкости плоского конденсатора.
Уметь:
· производить расчеты цепей со смешанным соединением конденсаторов.
Основные характеристики электрического поля.
Проводник и диэлектрик в эл. поле. Эл.ёмкость. Конденсаторы. Соединение конденсаторов.
Методические указания
Всякое тело содержит электрические заряды, которые взаимодействуют друг с другом. Взаимодействие объясняется тем, что каждый заряд окружает электрическое поле.
Электрическое поле обладает электрической энергией.
Электрическое поле характеризуется электрической силой, напряженностью, потенциалом, напряжением. В зависимости от концентрации носителей заряда определяется электрическая проводимость вещества. Все вещества в зависимости от электрической проводимости и зависимости её от ряда физических факторов делятся на проводники, диэлектрики и полупроводники.
Проводники обладают высокой проводимостью (металлы, их сплавы). Диэлектрики, наоборот, обладают ничтожной проводимостью (газы, минеральные масла, лаки и т.д.). Полупроводники обладают промежуточной проводимостью между проводниками и диэлектриками (кремний, германий, селен и др.)
При внесении диэлектрика в электрическое поле под действием сил поля орбиты электронов смещаются в направлении, противоположном полю. Явление смещения называется поляризацией диэлектрика. Способность диэлектрика поляризоваться оценивается диэлектрической проницаемостью.
Система из двух проводников, разделенных диэлектриком, представляет собой электрический конденсатор. Конденсатор характеризуется электрической емкостью. Конденсаторы выпускаются различных емкостей и напряжений; устройства и назначения.
Вопросы для самоконтроля:
1. Сформулируйте определение эл. напряжения, напряженности, потенциала.
2. В чем смысл явления поляризации диэлектрика?
3. Что такое электрическая емкость?
4. Чему равна эквивалентная емкость при параллельном и последовательном соединении конденсаторов
[1,2,3,]
Тема 1.2. Электрические цепи постоянного тока
Студент должен знать:
· основные законы электротехники;
· правила последовательного и параллельного соединений резисторов.
Уметь:
Производить электрические расчеты с использованием законов Ома и Кирхгофа.
Общие сведения об электрических цепях: определение, классификация. Направление, величина и плотность электрического тока. Электрическая проводимость и сопротивление проводников; закон Ома; зависимость электрического сопротивления проводников от температуры.
Основные элементы электрических цепей: источники и приемники электрической энергии, их мощность и к.п.д.
Основы расчета электрических цепей постоянного тока: понятие о режимах электрических цепей (номинальный, рабочий, холостого хода, короткого замыкания), условные обозначения, применяемые в электрических схемах; участки схем электрических цепей, ветвь, узел, контур; законы Кирхгофа. Последовательное, параллельное и смешанное соединение элементов и их свойства. Расчеты электрических цепей методом преобразования
Методические указания
Электрической цепью называют совокупность устройств и объектов, предназначенных для распределения, взаимного преобразования и передачи электрической и других видов энергии и (или) информации. Свое назначение цепь выполняет при наличии в ней электрического тока.
Электрическая цепь состоит из отдельных частей, выполняющих определенные функции и называемых элементами цепи. Основными элементами цепи являются источники и приемники электрической энергии.
Основной закон электротехники – закон Ома, применяемый для расчета электрических цепей. При изучении методов расчета электрических цепей постоянного тока обратить внимание на используемые способы и приемы, а также на основные законы (Ома и Кирхгофа)
Вопросы для самопроверки:
1. Физ. смысл эл. сопротивления. От чего оно зависит?
2. В чем различие между ЭДС и напряжением?
3. Как рассчитать эквивалентное сопротивление цепи при смешанном соединении резисторов?
4. Какова методика расчета сложных эл. цепей?
[1,2,3]
Лабораторная работа 1
Изучение соединений резисторов и проверка законов Ома и Кирхгофа
Тема 1.3. Электромагнитизм
Студент должен знать:
· определение характеристик магнитного поля, определение индукции, самоиндукции и взаимоиндукции.
Уметь:
· объяснять явления электромагнитной индукции, самоиндукции и взаимоиндукции.
Основные свойства и характеристики магнитного поля, силовое действие магнитного поля, закон Ампера, магнитная индукция, магнитный поток, потокосцепление.
Индуктивность: собственная индуктивность, индуктивной катушки, взаимная индуктивность, коэффициент магнитной связи.
Электромагнитные силы: сила, действующая на проводник с током в магнитном поле, правило левой руки; сила, действующая на параллельные провода с током; тяговое усилие электромагнита; энергия магнитного поля.
Магнитные свойства веществ: намагниченные вещества; магнитная проницаемость: абсолютная и относительная; напряженность магнитного поля; ферромагнитные материалы, их свойства и применение. Работа А.Г.Столетова по исследованию магнитных свойств железа.
Понятие о расчете магнитных цепей; общие сведения о магнитных полях; закон полного тока; неразветвленные магнитные цепи; разветвленные магнитные цепи.
Электромагнитная индукция. Закон электромагнитной индукции. Э.д.с. самоиндукции и взаимоиндукции, вихревые токи.
Э.д.с. в проводнике, движущемся в магнитном поле, правила правой руки; принцип преобразования механической энергии в электрическую и электрической энергии в механическую.
Методические указания
Магнитное поле – это один из видов материи. Магнитное поле всегда сопутствует электрическому току и обладает энергией. Магнитное поле можно изобразить графически, определяя направление по правилу буравчика. Основные характеристики магнитного поля – магнитная индукция, магнитный поток, напряженность, электромагнитная сила.
При расчетах магнитных цепей вводится понятие закона Ома для магнитных цепей, а также закон полного тока. При изучении такого явления как электромагнитная индукция следует обратить внимание на его прикладное значение.
Вопросы для самоконтроля:
1. Физическая сущность характеристик магнитного поля.
2. Как привести законы полного тока к виду, подобному второму закону Кирхгофа?
3. В чем проявляется явление гистерезиса?
4. В чем сущность электромагнитной индукции?
[1,2,3]
Тема 1.4. Электрические измерения
Студент должен знать:
· условное обозначение приборов, устройство, принцип действия систем приборов ( магнитоэлектрической, электромагнитной, электродинамической и др.)
Уметь:
· производить измерение тока, напряжения, мощности.
· определять погрешности измерения электрических величин.
Общие сведения об электрических измерениях и электроизмерительных приборах; физические величины и их единицы измерения; средства измерений ( меры, измерительные приборы, измерительные преобразователи); прямые и косвенные измерения; погрешности измерений; классификация электроизмерительных приборов; условные обозначения на электроизмерительных приборах.
Измерение токаи напряжения: магнитоэлектрический измерительный механизм; электромагнитный измерительный механизм; приборы и схемы для измерения электрического тока; приборы и схемы для измерения электрического напряжения; расширение пределов измерения амперметров и вольтметров.
Измерение мощности и энергии: электродинамический измерительный механизм; измерение мощности в цепях постоянного и переменного тока; индукционный измерительный механизм; измерение электрической энергии индукционным счетчиком.
Измерение электрического сопротивления: измерительные механизмы омметров ( однорамочный, двухрамочный, мегомметр); косвенные методы измерения сопротивления (метод сравнения измеряемого сопротивления с образцовым, метод замещения, одинарная мостовая схема).
Методические указания
Измерить какую-либо величину – это значит сравнить её с другой величиной того же рода, условно принятой за единицу измерения. Устройство, при помощи которого производится сравнение измеряемой величины с единицей измерения, называется измерительным прибором.
При изучении данной темы следует обратить внимание на приемы и принципы, применяемые при измерениях основных электрических величин, а также на приборы, используемые при этом.
Вопросы для самоконтроля:
1. Привести условные обозначения систем измерительных механизмов?
2. Как определить цену деления шкалы многопредельного прибора?
3. Почему при замере необходимо выбрать прибор со шкалой, где стрелка бы находилась в правой половине?
4. Почему амперметр должен включаться последовательно с нагрузкой, а вольтметр - параллельно?
[1,2,3]
Лабораторная работа 2
Исследование методов измерения сопротивлений с применением омметров, измерительных мостов, мегомметра.
Тема 1.5.Однофазные электрические цепи переменного тока.