Ôèçè÷åñêîå îáðàçîâàíèå â âóçàõ, Ò. 8, ¹ 3, 2002
75
Èíôîðìàöèîííûå òåõíîëîãèè â ôèçèêå Êîìïüþòåðíûé ïðàêòèêóì ïî ýëåêòðîìàãíåòèçìó Í.Ã. Àíèùåíêî, Í.À. Áëèíîâ, È.Ì. Ãðàìåíèöêèé, Â.Ë. Ãðîìîê, Ä.Â. Æóðàâåëü, Þ.À. Êðþêîâ, Î.Â. Êðþêîâà, Ñ.Ã. Ñòåöåíêî, Ñ.À. Ôåäîðîâ, È.È. Øåâ÷óê Ãîñóäàðñòâåííûé óíèâåðñèòåò ïðèðîäû, îáùåñòâà è ÷åëîâåêà «Äóáíà» 141980, Äóáíà Ìîñêîâñêîé îáëàñòè, óë. Óíèâåðñèòåòñêàÿ 19, Óíèâåðñèòåò «Äóáíà» E-mail:
[email protected] Ïðåäñòàâëåíû äâå êîìïüþòåðíûå ëàáîðàòîðíûå ðàáîòû ïî ýëåêòðîäèíàìèêå (öåïè ïîñòîÿííîãî è ïåðåìåííîãî òîêà), ïðîãðàììíîé ïîääåðæêîé äëÿ êîòîðûõ ñëóæèò óíèâåðñàëüíàÿ ñèñòåìà ñõåìîòåõíè÷åñêîãî ìîäåëèðîâàíèÿ “Electronics Workbench 5.12” (EW). Ê ïðàêòèêóìó ïðèëàãàåòñÿ ìåòîäè÷åñêîå îïèñàíèå ñèñòåìû EW, êîòîðîå àäàïòèðîâàíî ê èñïîëüçîâàíèþ â ó÷åáíûõ ïðîãðàììàõ ïî ôèçèêå è ýëåêòðîòåõíèêå äëÿ âóçîâ. Ðàçðàáîòàíî è â òå÷åíèå äâóõ ëåò óñïåøíî èñïîëüçóåòñÿ ïðè äîïóñêå èëè çàùèòå äàííûõ ðàáîò êîìïüþòåðíîå òåñòèðîâàíèå. Ðàçìåùåíèå ïðîãðàìì äëÿ òåñòèðîâàíèÿ è êîìïüþòåðíîãî ïðàêòèêóìà íà ñåðâåðå óíèâåðñèòåòà «Äóáíà» ïîçâîëÿåò îðãàíèçîâàòü îáó÷åíèå ïî ÷àñòè ðàçäåëà «Ýëåêòðîìàãíåòèçì» â ðåæèìå äèñòàíöèîííîãî îáðàçîâàíèÿ.
Îáú¸ìû êóðñîâ, êîòîðûå âåäåò êàôåäðà ôèçèêè óíèâåðñèòåòà «Äóáíà», ñîñòàâëÿþò: • 204 ÷àñà îáùåîáðàçîâàòåëüíîé ïîäãîòîâêè ïî ôèçèêå, â òîì ÷èñëå 24 ÷àñà â ëàáîðàòîðèÿõ ìåõàíèêè, ýëåêòðîìàãíåòèçìà è îïòèêè, − äëÿ ñòóäåíòîâ 2 êóðñà íàïðàâëåíèé «Ýêîëîãèÿ è ïðèðîäîïîëüçîâàíèå», «Èíôîðìàòèêà è âû÷èñëèòåëüíàÿ òåõíèêà» è ñïåöèàëüíîñòè «Íåòðàäèöèîííûå è âîçîáíîâëÿåìûå èñòî÷íèêè ýíåðãèè»; • 476 ÷àñîâ ïðåïîäàâàíèÿ ðàñøèðåííîãî êóðñà îáùåé ôèçèêè, èç íèõ 60 ÷àñîâ − ëàáîðàòîðíûé ïðàêòèêóì, − äëÿ ñòóäåíòîâ 1-3 êóðñîâ íàïðàâëåíèÿ «Ïðîåêòèðîâàíèå è òåõíîëîãèÿ ýëåêòðîííûõ ñðåäñòâ» è ñïåöèàëüíîñòè «Ðàäèàöèîííàÿ áåçîïàñíîñòü ÷åëîâåêà è îêðóæàþùåé ñðåäû». Ëàáîðàòîðíûå ðàáîòû, ïðîâîäèìûå â óíèâåðñèòåòå «Äóáíà» (ñì. Ðèñóíêè 1, 2, 3), íàïðàâëåíû íà ñàìîñòîÿòåëüíîå ýêñïåðèìåíòàëüíîå èçó÷åíèå è ïðîâåðêó çàêîíîâ ïðèðîäû, ïðàêòè÷åñêîå îñâîåíèå ïðîñòåéøèõ èçìåðèòåëüíûõ ïðèáîðîâ, îáó÷åíèå ìåòîäàì èçìåðåíèé (â òîì ÷èñëå, ñ ïîìîùüþ ñëîæíîé âèðòóàëüíîé èçìåðèòåëüíîé òåõíèêè), ïðèâèòèå íàâûêîâ ñòàòèñòè÷åñêîé îáðàáîòêè ýêñïåðèìåíòàëüíûõ äàííûõ. Êðîìå ïðàêòèêóìà ïî ôèçèêå, â ëàáîðàòîðèè ýëåêòðîìàãíåòèçìà ñòóäåíòû 3-ãî êóðñà óêàçàííûõ âûøå íàïðàâëåíèé è ñïåöèàëüíîñòåé ïðîõîäÿò ëàáîðàòîðíûé ïðàêòèêóì ïî äèñöèïëèíàì ýëåêòðîòåõíè÷åñêîãî ïðîôèëÿ.
76
Ôèçè÷åñêîå îáðàçîâàíèå â âóçàõ, Ò. 8, ¹ 3, 2002
Ðèñóíîê 1.
Ðèñóíîê 2.
Êîìïüþòåðíûé ïðàêòèêóì ïî ýëåêòðîìàãíåòèçìó
77
Ðèñóíîê 3.
Ââåäåíèå êîìïüþòåðíûõ òåõíîëîãèé â ìåòîäèêó ïðîâåäåíèÿ ëàáîðàòîðíîãî ïðàêòèêóìà ïî ôèçèêå îñóùåñòâëÿåòñÿ íàìè ñ ðàçóìíîé ïîñòåïåííîñòüþ. Ìû ñ÷èòàåì, ÷òî ñòóäåíòû ìëàäøèõ êóðñîâ âñåõ íàïðàâëåíèé äîëæíû â ïåðâîå âðåìÿ ïîðàáîòàòü ñ ðåàëüíûìè èçìåðèòåëüíûìè ïðèáîðàìè, óñòðîéñòâàìè, ìàãíèòàìè, ïðîâîäíèêàìè, êëåììàìè è ò.ï. È òîëüêî ïîñëå ýòîãî ìîæíî ÷àñòü ëàáîðàòîðíîãî ïðàêòèêóìà ïî ýëåêòðîìàãíåòèçìó ïðîâîäèòü â ïîëíîñòüþ êîìïüþòåðíîì âàðèàíòå. Ó÷èòûâàÿ, ê òîìó æå, íåîáõîäèìîñòü ðàçâèòèÿ äèñòàíöèîííûõ ôîðì îáó÷åíèÿ (â íàñòîÿùåå âðåìÿ − óæå äëÿ ÷åòûð¸õ ôèëèàëîâ óíèâåðñèòåòà «Äóáíà»), íà êàôåäðå ôèçèêè â òå÷åíèå äâóõ ïîñëåäíèõ ëåò ÷àñòü ëàáîðàòîðíîãî ïðàêòèêóìà ïî ýëåêòðîìàãíåòèçìó ïðîâîäèòñÿ â êîìïüþòåðíîì âàðèàíòå.  ñòàòüå ïðåäñòàâëåíû äâå ëàáîðàòîðíûå ðàáîòû ïî ýëåêòðîäèíàìèêå (ýëåêòðè÷åñêèì öåïÿì ïîñòîÿííîãî è ïåðåìåííîãî òîêà). Ïðîãðàììíîé ïîääåðæêîé ðàáîò ñëóæèò óíèâåðñàëüíàÿ ñèñòåìà ñõåìîòåõíè÷åñêîãî ìîäåëèðîâàíèÿ “Electronics Workbench 5.12” (EW), ïîçâîëÿþùàÿ ìîäåëèðîâàòü àíàëîãîâûå, öèôðîâûå, öèôðî-àíàëîãîâûå ýëåêòðè÷åñêèå è ýëåêòðîííûå ñõåìû áîëüøîé ñëîæíîñòè.  ïðîãðàììå EW èñïîëüçóåòñÿ áîëüøîé íàáîð âèðòóàëüíûõ ïðèáîðîâ äëÿ ïðîâåäåíèÿ èçìåðåíèé: àìïåðìåòð, âîëüòìåòð, îñöèëëîãðàô, ìóëüòèìåòð, ãðàôîïîñòðîèòåëü ÷àñòîòíûõ õàðàêòåðèñòèê ñõåì è äð. ïðèáîðû.  ñîîòâåòñòâóþùèõ ìåòîäè÷åñêèõ ïîñîáèÿõ [2, 3, 4] èñïîëüçîâàíû ðåêîìåíäàöèè,
78
Í.Ã. Àíèùåíêî, Í.À. Áëèíîâ, È.Ì. Ãðàìåíèöêèé è äð.
ïðèâåäåííûå â [1]. Äâóõëåòíèé îïûò ïðîâåäåíèÿ äàííîãî êîìïüþòåðíîãî ïðàêòèêóìà â óñëîâèÿõ óíèâåðñèòåòà «Äóáíà» ïîêàçûâàåò, ÷òî òàêèì îáðàçîì óñïåøíî ðåøàþòñÿ äâå çàäà÷è: ñòóäåíòû ïîëó÷àþò íà÷àëüíûå íàâûêè ðàáîòû ñ ïðîãðàììîé EW è îñâàèâàþò îñíîâû àíàëèçà öåïåé ïîñòîÿííîãî è ïåðåìåííîãî òîêà. Ïîëó÷åííûå ñòóäåíòàìè çíàíèÿ è íàâûêè â çíà÷èòåëüíîé ñòåïåíè îáëåã÷àþò ïîñëåäóþùåå îñâîåíèå èìè äèñöèïëèí ýëåêòðîòåõíè÷åñêîãî ïðîôèëÿ íà 3 è 4 êóðñàõ. Äëÿ îñóùåñòâëåíèÿ áîëåå ïîëíîöåííîé çàùèòû ñòóäåíòàìè îáñóæäàåìûõ ëàáîðàòîðíûõ ðàáîò íàìè ðàçðàáîòàíû êîìïüþòåðíûå ïðîãðàììû è ïðîâîäèòñÿ êîìïüþòåðíîå òåñòèðîâàíèå ïî öåïÿì ïîñòîÿííîãî è ïåðåìåííîãî òîêîâ. Ðàçìåùåíèå ñòàíäàðòíûõ è îðèãèíàëüíîé ïðîãðàìì äëÿ òåñòèðîâàíèÿ è êîìïüþòåðíîãî ïðàêòèêóìà íà ñåðâåðå óíèâåðñèòåòà «Äóáíà» ïîçâîëÿåò îðãàíèçîâàòü îáó÷åíèå ïî ôèçèêå (÷àñòü ðàçäåëà «Ýëåêòðîìàãíåòèçì») è äèñöèïëèíàì ýëåêòðîòåõíè÷åñêîãî ïðîôèëÿ â ðåæèìå äèñòàíöèîííîãî îáðàçîâàíèÿ. Ïðåäëàãàåìûé êîìïüþòåðíûé ïðàêòèêóì ñîñòàâëÿåò íå áîëåå òðåòè îò îáùåãî îáú¸ìà ëàáîðàòîðíîãî ïðàêòèêóìà ïî ýëåêòðîìàãíåòèçìó è ñîîòâåòñòâóåò òðåáîâàíèÿì ïî âíåäðåíèþ íîâûõ èíôîðìàöèîííûõ òåõíîëîãèé, èçëîæåííûõ â Ôåäåðàëüíîé öåëåâîé ïðîãðàììå «Ðàçâèòèå åäèíîé îáðàçîâàòåëüíîé èíôîðìàöèîííîé ñðåäû â 2001-2005 ã.ã.» Íèæå â êà÷åñòâå ïðèìåðîâ ïðèâåäåíû ïîðÿäîê è çàäàíèÿ ê ïðîâåäåíèþ íåêîòîðûõ óïðàæíåíèé ïî îáåèì ëàáîðàòîðíûì ðàáîòàì [3,4]. Ïîðÿäîê ïðîâåäåíèÿ ðàáîòû “Öåïè ïîñòîÿííîãî òîêà” Ðàáîòà ñîäåðæèò 7 îñíîâíûõ è 4 äîïîëíèòåëüíûõ óïðàæíåíèé, ýëåêòðè÷åñêèå ñõåìû êîòîðûõ ïðèâåäåíû íèæå. Êàæäàÿ áðèãàäà ñòóäåíòîâ íàêàíóíå ïðîâåäåíèÿ ðàáîòû ïîëó÷àåò çàäàíèå ñ ÷èñëåííûìè çíà÷åíèÿìè àêòèâíûõ è ïàññèâíûõ ýëåìåíòîâ ñõåìû è çíàêîìèòñÿ ñ ðàáîòîé ïðîãðàììû “Electronics Workbench” â ëàáîðàòîðèè ýëåêòðîìàãíåòèçìà èëè â êîìïüþòåðíîì êëàññå óíèâåðñèòåòà. Íåîáõîäèìûå ñâåäåíèÿ ïî ðàáîòå ñ ïðîãðàììîé “Electronics Workbench” ïðèâåäåíû â [1] è [2,3]. Êàæäûé ñòóäåíò äî íà÷àëà ëàáîðàòîðíîé ðàáîòû çàãîòàâëèâàåò ïðîòîêîë îò÷åòà ïî âñåì çàäàíèÿì: ðèñóåò ýëåêòðè÷åñêèå ñõåìû, ïðîèçâîäèò ñîîòâåòñòâóþùèå ðàñ÷åòû, çàïèñûâàåò ðåçóëüòàòû è ïðåäúÿâëÿåò èõ ïåðåä íà÷àëîì ïðîâåäåíèÿ ðàáîòû ïðåïîäàâàòåëþ. Ïîñëå äîïóñêà ê ðàáîòå áðèãàäà, ïîëüçóÿñü óêàçàííûìè â çàäàíèè ôàéëàìè, ïîäêëþ÷àåò ê çàäàííûì ñõåìàì íåîáõîäèìûå èçìåðèòåëüíûå ïðèáîðû è ïðîâîäèò ýêñïåðèìåíò. Åãî ðåçóëüòàò ïðåäúÿâëÿåòñÿ ïðåïîäàâàòåëþ. Ïîñëå îôîðìëåíèÿ ïðîòîêîëà îò÷åòà íåïîñðåäñòâåííî ïåðåä çàùèòîé ëàáîðàòîðíîé ðàáîòû êàæäûé ñòóäåíò ïðîõîäèò ñîîòâåòñòâóþùåå êîìïüþòåðíîå òåñòèðîâàíèå ïî ïðîãðàììå “timon” èëè “tigger” â êîìïüþòåðíîì êëàññå óíèâåðñèòåòà. Ïðè çàùèòå ñòóäåíò ïðåäúÿâëÿåò ïðåïîäàâàòåëþ ðàñïå÷àòêó íà ïðèíòåðå ïðîòîêîëà ñ íåâåðíûìè îòâåòàìè (åñëè òàêîâûå áóäóò) íà âîïðîñû
Êîìïüþòåðíûé ïðàêòèêóì ïî ýëåêòðîìàãíåòèçìó
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êîìïüþòåðíîãî òåñòà. Óïðàæíåíèå 1. Ïðåîáðàçîâàíèå ïàññèâíîãî äâóõïîëþñíèêà ñ ïîñëåäîâàòåëüíûì, ïàðàëëåëüíûì è ñìåøàííûì âêëþ÷åíèåì ðåçèñòîðîâ Äëÿ îäíîé èç ñõåì (âàðèàíò 4 − 5) ïðåäâàðèòåëüíî ðàññ÷èòàéòå ýêâèâàëåíòíîå ñîïðîòèâëåíèå îòíîñèòåëüíî çàæèìîâ À è Â. Èçìåðüòå ñ ïîìîùüþ ïðèáîðîâ ýêâèâàëåíòíîå ñîïðîòèâëåíèå ñõåìû îòíîñèòåëüíî çàæèìîâ À è Â. Äëÿ ýòîãî: ýëåêòðè÷åñêóþ ñõåìó ïîñòðîéòå ñ èñïîëüçîâàíèåì ãîòîâûõ ôàéëîâ, óêàçàííûõ äëÿ êàæäîãî èç âàðèàíòîâ (ñì. òàáëèöó 1); â ñîîòâåòñòâèè ñî ñâîèì âàðèàíòîì âíåñèòå â ñõåìó çíà÷åíèÿ ïàðàìåòðîâ ýëåìåíòîâ ñõåìû è ïîäàéòå íà íåå ïèòàíèå.
Âàðèàíò 4.
80
Í.Ã. Àíèùåíêî, Í.À. Áëèíîâ, È.Ì. Ãðàìåíèöêèé è äð.
Âàðèàíò Íàçâàíèå ôàéëà
4
K1d.ewb
5
K1e.ewb
Íîìèíàëû Âàðèàíò 5. ýëåìåíòîâ
R1 = 12 Îì; R2 = 4 Îì; R3 = 8 Îì; R4 = 2 Îì; R5 = 4 Îì; R6 = 12 Îì; R7 = 3 Îì R1 = 7 Îì; R2 = 2 Îì; R3 = 3 Îì; R4 = 2.33 Îì; R5 = 4 Îì; R6 = 3 Îì; R7 = 5 Îì; R8 = 3 Îì
Òàáëèöà 1.
Óïðàæíåíèå 9. Ïðåîáðàçîâàíèå ñõåìû ñ îäíèì èñòî÷íèêîì Äëÿ ñõåìû íà Ðèñóíêå 4 (ôàéë K9.ewb) â óñòàíîâèâøåìñÿ ðåæèìå îïðåäåëèòå òîêè I 1 è I 3 . Èçìåðüòå ñ ïîìîùüþ ïðèáîðîâ òîê ÷åðåç èñòî÷íèê ïèòàíèÿ I 1 è òîê I 3 . Ñðàâíèòå ñ ðàñ÷åòíûìè çíà÷åíèÿìè. Ïðåäúÿâèòå ðåçóëüòàò ïðåïîäàâàòåëþ. Íîìèíàëû ýëåìåíòîâ äëÿ ñõåì äâóõ (èç øåñòè) âàðèàíòîâ ïðèâåäåíû â Òàáëèöå 2.
Âàðèàíò
1 2
Íîìèíàëû Ðèñóíîê 4.ýëåìåíòîâ
E = 30 Â; R1 = 5 Îì; R2 = 7 Îì; R3 = 5 Îì; R4 = 10Òàáëèöà 2. Îì; R5 = 2 Îì; R6 = 2 Îì; R7 = 1 Îì; R8 = 12 Îì; C1 = 1 ìêÔ; C2 = 1 ìêÔ; L1 = 1 ìÃí E = 40 Â; R1 = 4 Îì; R2 = 6 Îì; R3 = 2 Îì; R4 = 25 Îì; R5 = 3 Îì; R6 = 3 Îì; R7 = 16 Îì; R8 = 6 Îì; C1 = 5 ìêÔ; C2 = 5 ìêÔ; L1 = 2 ìÃí
Êîìïüþòåðíûé ïðàêòèêóì ïî ýëåêòðîìàãíåòèçìó
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Ïîðÿäîê ïðîâåäåíèÿ ðàáîòû “Öåïè ïåðåìåííîãî òîêà” Ðàáîòà ñîñòîèò èç íåñêîëüêèõ óïðàæíåíèé, êàæäîå èç êîòîðûõ — â øåñòè âàðèàíòàõ. Íèæå ïðèâåäåíû ýëåêòðè÷åñêèå ñõåìû è ÷èñëåííûå çíà÷åíèÿ ïàðàìåòðîâ ïàññèâíûõ è àêòèâíûõ ýëåìåíòîâ äëÿ êàæäîãî âàðèàíòà. Íàêàíóíå ïðîâåäåíèÿ ðàáîòû êàæäûé ñòóäåíò ïîëó÷àåò çàäàíèå è çíàêîìèòñÿ ñ ðàáîòîé ïðîãðàììû “Electronics Workbench” â ëàáîðàòîðèè ýëåêòðîìàãíåòèçìà èëè â êîìïüþòåðíîì êëàññå óíèâåðñèòåòà. Íåîáõîäèìûå ñâåäåíèÿ ïî ðàáîòå ñ ïðîãðàììîé “Electronics Workbench” ïðèâåäåíû â [1] è [2,4]. Îáÿçàòåëüíàÿ äîìàøíÿÿ ïîäãîòîâêà ê ïðîâåäåíèþ ðàáîòû: áëàíê îò÷åòà ïî âñåì çàäàííûì óïðàæíåíèÿì ñ ñîîòâåòñòâóþùèìè ýëåêòðè÷åñêèìè ñõåìàìè, ðàñ÷åòàìè. Ïðè ðàñ÷åòàõ ñîïðîòèâëåíèåì èçìåðèòåëüíûõ øóíòîâ ïðåíåáðå÷ü. Ðåçóëüòàòû ðàñ÷åòîâ ïðåäúÿâëÿþòñÿ ïðåïîäàâàòåëþ ïåðåä íà÷àëîì ïðîâåäåíèÿ ðàáîòû. Ïîñëå ïðåäâàðèòåëüíîãî ñîáåñåäîâàíèÿ è äîïóñêà ê ðàáîòå ñòóäåíòû, ïîëüçóÿñü óêàçàííûìè â çàäàíèÿõ ôàéëàìè (èëè ñîñòàâëÿÿ çàäàííûå ñõåìû íà ýêðàíå ìîíèòîðà ñàìîñòîÿòåëüíî), ïîäêëþ÷àþò íåîáõîäèìûå èçìåðèòåëüíûå ïðèáîðû è ïðîâîäÿò ýêñïåðèìåíòàëüíóþ ïðîâåðêó ïîëó÷åííûõ ðàíåå ðåçóëüòàòîâ. Ïîëó÷åííûå íà ýêðàíå ìîíèòîðà ðåçóëüòàòû ïðåäúÿâëÿþòñÿ ïðåïîäàâàòåëþ. Óïðàæíåíèå 1. Ðåçèñòîð, êàòóøêà èíäóêòèâíîñòè è êîíäåíñàòîð â öåïè ñèíóñîèäàëüíîãî òîêà Ïîñëåäîâàòåëüíî îòêðûâàÿ ôàéëû K1a.ewb, K1b.ewb, K1c.ewb (Ðèñóíêè 5, 6 è 7), âíåñèòå ñ êëàâèàòóðû ïàðàìåòðû ñâîåãî âàðèàíòà, ïîñëå ÷åãî îïðåäåëèòå ýêñïåðèìåíòàëüíî: • äåéñòâóþùèå çíà÷åíèÿ òîêîâ â öåïÿõ, ñîîòâåòñòâåííî, ñ R, L è Ñ, äëÿ ÷åãî ïîäêëþ÷èòå àìïåðìåòð, êàê ïîêàçàíî íà Ðèñóíêàõ 5, 6 è 7; • ôàçû òîêîâ â öåïÿõ ñ R, L è Ñ, äëÿ ÷åãî ïîäêëþ÷èòå îñöèëëîãðàô, êàê ïîêàçàíî íà Ðèñóíêàõ 5, 6 è 7.  òàáëèöå 3 äàíû ïàðàìåòðû R, L è Ñ äëÿ 6 âàðèàíòîâ. Ïàðàìåòðû ÝÄÑ äëÿ âñåõ âàðèàíòîâ îäèíàêîâû: â ñõåìàõ ñ R è Ñ (Ðèñóíêè 5 è 6) E = 120  (äåéñòâóþùåå çíà÷åíèå), ÷àñòîòà f = 50Ãö, íà÷àëüíàÿ ôàçà ϕ 0 = 00 , â ñõåìå ñ L (Ðèñóíîê 7) E = 120 Â, f = 5êÃö, ϕ 0 = 90 0 .
Ðèñóíîê 5.
Ðèñóíîê 6.
Ðèñóíîê 7.
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Í.Ã. Àíèùåíêî, Í.À. Áëèíîâ, È.Ì. Ãðàìåíèöêèé è äð.
Òàáëèöà 3
Âàðèàíò
Íîìèíàëû ýëåìåíòîâ R, [Oì]
L, [ìêÃí]
Ñ, [ìêÔ]
1
120
955,4
53
2
240
477,7
106
3
60
636,9
79,5
4
80
318,5
159
5
100
1910,8
318
6
160
1273,9
26,5
Óïðàæíåíèå 2. RC–öåïü íà ïåðåìåííîì òîêå Ýëåêòðè÷åñêàÿ ñõåìà è ïàðàìåòðû ÝÄÑ, îäèíàêîâûå äëÿ âñåõ 6 âàðèàíòîâ (Ðèñóíîê 8 è ôàéë K2.ewb): Å = 100  (äåéñòâóþùåå çíà÷åíèå), ÷àñòîòà f = 50 Ãö, íà÷àëüíàÿ ôàçà ϕ 0 = 0 0 . Ïîñëåäîâàòåëüíî â RC–öåïü êàæäîãî âàðèàíòà âêëþ÷åíî èçìåðèòåëüíîå ñîïðîòèâëåíèå “shunt”, ðàâíîå 1 Îì, êîòîðîå íå ñëåäóåò ó÷èòûâàòü â ïðåäâàðèòåëüíûõ ðàñ÷åòàõ òîêîâ è íàïðÿæåíèé â öåïè.  êàæäîì èç âàðèàíòîâ (òàáëèöà 4) ýêñïåðèìåíòàëüíî îïðåäåëèòå: • äåéñòâóþùèå çíà÷åíèÿ òîêà I è íàïðÿæåíèé íà R(U R ) è C (U C ) , äëÿ ÷åãî èñïîëüçóéòå àìïåðìåòð è äâà âîëüòìåòðà; ýêñïåðèìåíòàëüíûå ðåçóëüòàòû ñðàâíèòå ñ ðàññ÷èòàííûìè çàðàíåå. Ïðè ïðîâåäåíèè äîìàøíèõ ïðåäâàðèòåëüíûõ ðàñ÷åòîâ Âàì íåîáõîäèìî îïðåäåëèòü âõîäíîå êîìïëåêñíîå ñîïðîòèâëåíèå öåïè RC, êîìïëåêñ òîêà â êîíòóðå è íàïðÿæåíèÿ íà R è C. • • • ôàçîâûå óãëû íàïðÿæåíèé U R è U C , äëÿ ÷åãî èñïîëüçóéòå îñöèëëîãðàô, êàê ïîêàçàíî íà Ðèñóíêå 8. Ïî ðåçóëüòàòàì ïðåäâàðèòåëüíûõ ðàñ÷åòîâ è ýêñïåðèìåíòà ïîñòðîéòå • • • âåêòîðíóþ äèàãðàììó äëÿ I , U R è U C , ñ ïîìîùüþ êîòîðîé ñîïîñòàâüòå • • • ýêñïåðèìåíòàëüíûé è ðàñ÷åòíûé ñäâèãè ôàç ìåæäó I , U R è U C .
Âàðèàíò 1 2 3 4 5 6
Íîìèíàëû ýëåìåíòîâ R, [Oì] Ñ, [ìêÔ] 59 39,8 65 58,0 40 58,0 75 45,7 87 65,0 53 45,7
Òàáëèöà 4.
Êîìïüþòåðíûé ïðàêòèêóì ïî ýëåêòðîìàãíåòèçìó
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Ðèñóíîê 8.
Ïðèìåðû âîïðîñîâ êîìïüþòåðíîãî òåñòèðîâàíèÿ ïåðåä çàùèòîé ëàáîðàòîðíîé ðàáîòû ïî öåïÿì ïåðåìåííîãî òîêà: 1.
Òîê â öåïè ïîñëåäîâàòåëüíî ñîåäèíåííûõ r, L è C èçìåíÿåòñÿ ïî çàêîíó i = I m sin ωt Êàêîå èç ïðèâåä¸ííûõ âûðàæåíèé íåñïðàâåäëèâî, åñëè U L > U C è ϕ >0? a) ; b) u L = U mL sin( ωt + π 2 ) ; c) u r = U mr sin ωt ; d) uC = U mC sin( ωt + π 2 ) .
2.
Îò êàêèõ ïåðå÷èñëåííûõ íèæå ïàðàìåòðîâ, âåëè÷èí èëè ñâîéñòâ íå çàâèñèò èíäóêòèâíîå ñîïðîòèâëåíèå êàòóøêè èç íåôåððîìàãíèòíîãî ïðîâîäíèêà? a) êîíôèãóðàöèè êàòóøêè (äëèíû è ñå÷åíèÿ êàòóøêè); b) ÷èñëà âèòêîâ êàòóøêè; c) îòíîñèòåëüíîé ìàãíèòíîé ïðîíèöàåìîñòè μ r ñðåäû, â êîòîðîé íàõîäèòñÿ êàòóøêà; d) òåìïåðàòóðû êàòóøêè (â ïðåäåëàõ äîïóñòèìûõ òåìïåðàòóð 20-120° Ñ); e) ÷àñòîòû òîêà êàòóøêè.
3.
Íà âõîäå ýëåêòðè÷åñêîé öåïè èç ïîñëåäîâàòåëüíî ñîåäèí¸ííûõ r, L è C íàïðÿæåíèå ïåðåìåííîãî òîêà ðàâíî U = 50 B . Êðîìå ýòîãî, äåéñòâóþùèå çíà÷åíèÿ è U r = 30 B . Óêàçàòü ïðàâèëüíûé îòâåò äëÿ U L : a) 90 Â; b) 80 Â; c) 110 Â; d) 50 Â; e) 60 Â.
U u C= U = m20sin( B ωt + ϕ)
.
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Í.Ã. Àíèùåíêî, Í.À. Áëèíîâ, È.Ì. Ãðàìåíèöêèé è äð. •
•
•
•
ο
4.
 óçåë âòåêàþò òîêè I 1 è I 2 , à âûòåêàåò I 3 . Ïî ðàñ÷¸òàì îêàçàëîñü, ÷òî I 1 = 40e j160 , • ο à I 2 = 30e j 70 . Óêàæèòå ïðàâèëüíûé îòâåò äëÿ I 3 : a) 70 À; b) 10 À; c) 50 À; d) 40 À.
5.
Öåïü ïåðåìåííîãî òîêà ñîñòîèò èç ïîñëåäîâàòåëüíî ñîåäèí¸ííûõ C, r è L , íà âõîäå • • • ο öåïè òîê I è íàïðÿæåíèå U , ïðè÷¸ì X C > X L . Åñëè ïðèíÿòü, ÷òî U C = U C e j 0 , òî êàêàÿ èç çàïèñåé ñîäåðæèò îøèáêó? •
a) I = Ie j
•
π
2
•
; b) U r = U r e
jπ
2
•
•
; c) U L = U L e jπ ; d) U = Ue
j( π + ϕ) 2 .
ÂÛÂÎÄÛ: Äâóõëåòíèé îïûò ïðîâåäåíèÿ äàííîãî êîìïüþòåðíîãî ïðàêòèêóìà ïî ýëåêòðîäèíàìèêå ïîçâîëèë óñïåøíî ðåøèòü äâå çàäà÷è: - ñòóäåíòû ïîëó÷èëè íà÷àëüíûå íàâûêè ðàáîòû ñ ïðîãðàììîé “Electronics Workbench”; - îíè ïîçíàêîìèëèñü ñ îñíîâàìè ïðîâåäåíèÿ àíàëèçà ýëåêòðè÷åñêèõ öåïåé ïîñòîÿííîãî è ïåðåìåííîãî òîêà, ÷òî îáëåã÷èëî ïîñëåäóþùåå îáó÷åíèå ïî äèñöèïëèíàì ýëåêòðîòåõíè÷åñêîãî ïðîôèëÿ íà ñòàðøèõ êóðñàõ.
•
•
Ðàçðàáîòàíû ìåòîäèêà è ïðîãðàììíîå îáåñïå÷åíèå, íàêîïëåí äîñòàòî÷íûé îïûò ïî ïðîâåäåíèþ êîìïüþòåðíîãî òåñòèðîâàíèÿ ñòóäåíòîâ íà óñâîåíèå òåîðåòè÷åñêîãî ìàòåðèàëà ïðàêòèêóìà. Ðàçìåùåíèå ïðîãðàìì “timon” è “tigger” äëÿ òåñòèðîâàíèÿ è êîìïüþòåðíîãî ïðàêòèêóìà íà ñåðâåðå óíèâåðñèòåòà «Äóáíà» ïîçâîëÿåò îðãàíèçîâàòü îáó÷åíèå â ðåæèìå äèñòàíöèîííîãî îáðàçîâàíèÿ.
Ëèòåðàòóðà 1.
Ïàíôèëîâ Ä.È. è äð. Ýëåêòðîòåõíèêà è ýëåêòðîíèêà â ýêñïåðèìåíòàõ è óïðàæíåíèÿõ. Òîì 1. Ì.: Äîäýêà, 1999.
2.
Àíèùåíêî Í.Ã. è äð. Îñâîåíèå ïðîãðàììû Electronics Workbench è ïðîâåäåíèå íåêîòîðûõ èçìåðåíèé ñ ïîìîùüþ åå èíñòðóìåíòàðèÿ. (Ìåòîäè÷åñêîå ïîñîáèå ê ëàáîðàòîðíîé ðàáîòå ¹ 1Ê.). Äóáíà: Óíèâåðñèòåò «Äóáíà», 2001.
3.
Àíèùåíêî Í.Ã. è äð. Öåïè ïîñòîÿííîãî òîêà. (Ìåòîäè÷åñêîå ïîñîáèå ê ëàáîðàòîðíîé ðàáîòå ¹ 2Ê). Äóáíà: Óíèâåðñèòåò «Äóáíà», 2001.
4.
Àíèùåíêî Í.Ã. è äð. Öåïè ïåðåìåííîãî òîêà. (Ìåòîäè÷åñêîå ïîñîáèå ê ëàáîðàòîðíîé ðàáîòå ¹ 3Ê). Äóáíà: Óíèâåðñèòåò «Äóáíà», 2001.
