Раздел 1. Электрическое поле
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
Методические указания
по изучению курса
Предназначены для учащихся заочного отделения специальности 162105
Егорьевск 2013
ВВЕДЕНИЕ
Дисциплина «Электротехника» имеет цель:
- дать знания по теории электрических и магнитных цепей постоянного и переменного тока;
- привить навыки по проведению экспериментальных исследований и использованию методов расчета электрических и магнитных цепей;
- дать знания по конструкции, принципу действия, технической эксплуатации трансформаторов, электрических машин постоянного и переменного тока; научить рассчитывать их основные параметры.
Дисциплина «Электротехника» является общепрофессиональной, устанавливающей базовые знания для изучения специальных дисциплин.
В результате изучения дисциплины учащиеся должны
иметь представление:
- о роли и месте знаний по дисциплине при освоении основной профессиональной деятельности;
знать:
- основные электрические и магнитные явления, используемые в электротехнической практике;
- характеристики электрических и магнитных полей, электрических цепей постоянного и переменного токов;
- методы расчета простейших электрических и магнитных цепей;
- назначение, основные характеристики электроизмерительных приборов, трансформаторов, электрических машин постоянного и переменного токов, электрических и магнитных элементов автоматики;
- простейшие методы электрических измерений;
уметь:
- производить расчет и исследование несложных линейных электрических цепей постоянного и переменного тока;
- практически измерять электрические величины;
- производить сборку электрических цепей;
- определять режимы работы трансформаторов и электрических машин.
По дисциплине выполняется две контрольные работы. Изучение предмета заканчивается экзаменом.
ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН
| Наименование разделов и тем | Количество часов | |
| всего | Лаб. и прак. занятия | |
| Раздел 1. Электрическое поле Раздел 2. Электрические цепи постоянного тока Раздел 3. Электромагнетизм. Раздел 4. Электрические цепи переменного тока Раздел 5. Электрические машины | - - | |
| Всего |
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
Основные источники:
1. Евдокимов Ф.Е. Теоретические основы электротехники: учебник.-9-е изд.- М.: Академия, 2005.- 560 с. Гриф Минобразования
2. Данилов И.А., Иванов П.М. Общая электротехника с основами электроники.- М.: ВШ, 2005.- 475 с.
3. Касаткин А.С. Электротехника: учебник.- 12 изд., стер.- М.: Академия ИЦ, 2008.- 376 с.
4. Башарин С.А., Федоров В.В. Теоретические основы электротехники: учебное пособие для вузов.-2-е изд.- М,: Академия,2007.- 520 с.
5. Попов В.П. Основы теории цепей: Учебник для вузов.- М.,2007.- 535 с.
6. Комиссар М.И. Авиационные электрические машины и источники питания. М. Машиностроение. 1975г.
7. Кацман М.М. Электрические машины: Учебник – 4-е изд. – М.: Высш. шк., 2003.
8. Кацман М.М. Сборник задач по электрическим машинам: Учеб. пособие. – М.: Академия, 2003.
Дополнительные источники:
1. Полещук В.И. Задачник по электротехнике и электронике: учебное пособие.- 5-е изд., стер. - М.: Академия ИЦ , 2009.- 256 с.
2. Лобзин С.А. Электротехника. Лабораторный практикум: учебное пособие.- М.: Академия ИЦ, 2010.-192 с.
3. Немцов М.В. Электротехника и электроника: учебник.- 2-е изд., стер.- М.:Академия ИЦ, 2009.- 432 с.
4. Крылов Н.И., Семенов А.С. Электротехника: Метод. указания по выполнению лабораторных работ.- Егорьевск: ЕАТК ГА, 2005
5. Федоров В.И. Электротехника. Анализ и расчет трехфазных цепей: Тексты лекций.- Егорьевск: ЕАТК ГА, 2006
СОДЕРЖАНИЕ ПРОГРАММЫ
Раздел 1. Электрическое поле
Электронная теория. Структура и электрические заряды молекулы, атома, иона. Молекулярная структура проводников, полупроводников и изоляторов (диэлектриков).
Статическое электричество: заряд и его электрическое поле. Единицы заряда. Закон Кулона (электростатические законы притяжения и отталкивания заряженных частиц). Основные характеристики электрического поля: напряженность, электрический потенциал, разность потенциалов, электрическое напряжение, электродвижущая сила ЭДС. Электропроводность твердых веществ, жидкостей, газов и вакуума. Работа, энергия и мощность (потенциальная и кинетическая) электрического поля, формулы для их определения. Электронный поток. Электрическая емкость. Конденсатор. Свойства конденсатора, конструкция конденсаторов. Условные графические обозначения. Факторы, влияющие на емкость конденсаторов: площадь обкладок, расстояние между обкладками, свойства диэлектрика и его диэлектрическая постоянная, напряжение. Формулы зависимостей.
Энергия электрического поля конденсатора. Экспоненциальная зарядка и разрядка конденсатора, постоянная времени. Испытание конденсаторов: напряжение пробоя. Маркировка конденсаторов.
Задачи и вопросы для самопроверки
1. Какое поле называют электростатическим?
2. Что такое напряженность электрического поля? Имеет ли эта величина направление?
3. В каких единицах выражают напряженность электрического поля?
4. Что называют напряжением между двумя точками поля? Приведите связь между напряженностью поля и напряжением.
5. Можно ли считать водный раствор щелочи проводником второго рода? Для каких проводников характерна электронная электропроводность?
6. Каким зарядом обладает конденсатор емкостью 2 мкФ, если напряжение между его пластинами равно 100 В? Ответ: Кл.
7. Напишите формулу для емкости плоского конденсатора. Как изменится его емкость, если одновременно уменьшить площадь пластин в 2 раза, а расстояние между ними в 3 раза? Ответ: увеличится в 1,5 раза.
8. Определите емкость плоского конденсатора, если площадь его пластин равна 0,001 м2, расстояние между пластинами 0,1 мм, а относительная диэлектрическая проницаемость 7,0. Ответ: Ф.
9. Определите энергию, запасенную в конденсаторе емкостью 10 мкФ при напряжении на пластинах 100 В. Ответ: 0,05 Дж.
10. Три конденсатора емкостью 3, 6 и 2 мкФ соединили сначала параллельно, а затем последовательно. Во сколько раз изменилась их общая емкость? Ответ: в 11 раз.
11. Поясните явление поляризации диэлектрика. Почему поляризованные атомы ослабляют внешнее поле?
12. Перечислите основные типы диэлектриков: газообразных, жидких и твердых. Какие из них используются в электрических аппаратах и электрических машинах?
Раздел 2. Электрические цепи постоянного тока
Ток проводимости, ток переноса, ток смещения. Электрический ток в твердых и жидких проводниках: величина, направление, плотность тока. Удельная электрическая проводимость и сопротивление. Сопротивление проводников. Зависимость сопротивления проводников от температуры (положительная и отрицательная температурная электропроводность, температурный коэффициент). Резистор. Рассеяние мощности резистором.
Электрический ток в вакууме, газах.
Электрический ток в полупроводниках. Постоянные и переменные резисторы: конструкция, стабильность сопротивления, допуски и отклонения. Ограничения по применению. Конструкция потенциометров и реостатов. Функционирование и использование потенциометров и реостатов. Маркировка резисторов, величины и допуски, номинальные величины, оценка мощности. Конструкция электрического моста. Функционирование электрического моста Физические процессы в электрических цепях.Состав электрических цепей: источники и потребители электрической энергии. Получение электрической энергии из других видов энергии: световой, тепловой, химической и других. Преобразование электрической энергии в другие виды энергии. Конструкция (элементы и материалы) и принцип действия (носители зарядов и их концентрация) источников электрической энергии: химических (кислотно-свинцовых, щелочно-никелеевых и кадмиевых), термопар, фотоэлементов. Последовательное и параллельное соединение источников. Внутреннее сопротивление источника электрической энергии и его влияние на электрическую цепь. ЭДС, мощность, работа и энергия источника (формулы для их определения). Коэффициент полезного действия источника электрической энергии. Работа источника электрической энергии в режиме потребителя. Законы Ома, Кирхгофа. Неразветвленная электрическая цепь. Эквивалентное сопротивление последовательно соединенных резисторов. Потенциальная диаграмма неразветвленной электрической цепи. Разветвленная электрическая цепь. Эквивалентное сопротивление параллельно соединенных резисторов. Эквивалентная проводимость. Смешанное соединение резисторов. Расчет электрических цепей методом преобразования схем. Электрические цепи с несколькими источниками ЭДС. Метод узловых и контурных уравнений. Нелинейные элементы электрических цепей постоянного тока. Практическое применение нелинейных элементов. Вольтамперная характеристика нелинейных элементов. Статическое и динамическое сопротивление нелинейных элементов. Нелинейные резисторы: терморезисторы, резисторы напряжения. Графический расчет нелинейных электрических цепей постоянного тока при последовательном, параллельном и смешанном соединении элементов.
Практическое занятие № 2. Расчет линейных электрических цепей постоянного тока.