Электротехн.Раб.прогр.(2010) - Новгородский государственный

Министерство образования и науки Российской Федерации
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«НОВГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ
ЯРОСЛАВА МУДРОГО»
Кафедра общей и экспериментальной физики
-
УТВЕРЖДАЮ
Директор ИЭИС
________Б.И.Селезнев
«____»_______2010 г.
Электротехника
для студентов специальности 050203 – физика
Рабочая программа
СОГЛАСОВАНО
Начальник УМУ
____________Е.И.Грошев
«____»_______2010 г.
Заведующий выпускающей
кафедрой ОЭФ
____________В.В.Гаврушко
«____»_______2010 г.
Принято на заседании кафедры
Заведующий кафедрой ОЭФ
____________В.В.Гаврушко
«____»________2010 г.
Разработал
Доцент кафедры ОЭФ
_____________Н.П.Самолюк
«____»________2010 г.
2
Великий Новгород
1 Введение
1.1. Цели изучения дисциплины
Согласно государственному образовательному стандарту по
специальности 050203.65 – физика, дисциплина «Электротехника» включена
в федеральный компонент блока дисциплин предметной подготовки.
Изучение этой дисциплины преследует следующие цели:
1.1 Сформировать у студентов представления о принципах работы
электрических приборов и устройств.
1.2 Сформировать у студентов представления об устройстве и
принципах действия электрооборудования.
1.3 Сформировать у студентов представления о применении законов
физики для объяснения принципов работы школьного электрооборудования
1.4 Сформировать у студентов представления о правилах техники
безопасности при работе с электрооборудованием.
Для достижения поставленных целей необходимо решить следующие
задачи:
- изучить электротехнические приборы и оборудование, работа
которого основана на законах постоянного тока;
- изучить электротехническое оборудование кабинета физики;
- изучить законы однофазного переменного тока и оборудования,
работающего на переменном токе;
- изучить устройство и принцип действия электроизмерительных
приборов.
1.2. Требования к уровню освоения программы
Содержание программы по дисциплине «Электротехника» должно
быть освоено на уровне формирования навыков использования простейшего
электротехнического оборудования. При этом студенты должны приобрести
первичные навыки работы с литературой по электротехнике и по
использованию знаний по электротехнике в будущей педагогической и
научной деятельности.
1.3.Взаимосвязь дисциплины «Электротехника» с другими
дисциплинами ООП
Основой для изучения дисциплины «Электротехника» являются
полученные студентами знания по общей и экспериментальной физике и по
теоретической физике. Кроме того, названная дисциплина использует знания,
умения и навыки, полученные студентами при выполнении физического
практикума и лабораторных работ по «Теории и методике обучения физике».
3
Знания, полученные студентами по электротехнике, могут успешно
применяться при изучении дисциплин методического цикла, а также
использоваться во время подготовки и проведения уроков на педагогической
практике.
2 Объем дисциплины, виды учебной работы, формы контроля
Согласно стандарту высшего профессионального образования
специальности 050203.65 – физика, на изучение электротехники выделяется
72 часа. Эта дисциплина включена в федеральный компонент блока
дисциплин предметной подготовки. По видам учебной работы это время
распределяется в соответствии с данными таблицы, составленной для
организации учебной работы по очной форме обучения.
По результатам изучения истории физики студенты сдают экзамен.
Таблица. Объем дисциплины, виды учебной работы, формы контроля
Всего
часов
Часов по семестрам
7 семестр
Аудиторные занятия
28
28
Лекции
10
10
Лабораторные работы
18
18
Самостоятельная работа
44
44
Всего
72
72
Вид учебных занятий
Формы контроля
экзамен
3 Содержание дисциплины
3.1 Темы и содержание теоретических занятий
Теоретические занятия по электротехнике осуществляются в форме
лекций и самостоятельной работы студентов по изучению отдельных тем из
следующего списка:
3.1.1 Система уравнений электромагнитного поля. Электрические токи
проводимости и смещения. Принцип непрерывности электрического тока.
Электродвижущая сила, электрическое напряжение и разность электрических
потенциалов
4
3.1.2 Физические явления в электрических цепях. Параметры электрических
цепей - сопротивление, емкость, индуктивность.
3.1.3. Цепи с распределенными и сосредоточенными параметрами. Линейные
и нелинейные цепи. Идеальные активные и пассивные элементы схем
замещения электрических цепей.
3.1.4. Идеализированные линейные электрические цепи с сосредоточенными
параметрами и их схемы. Законы электрических цепей. Установившиеся и
переходные процессы.
3.1.5. Электрические цепи с источниками постоянных ЭДС и токов.
Применение законов Кирхгофа к расчету электрических цепей.
3.1.6. Методы узловых потенциалов и контурных токов. Принцип наложения.
Метод эквивалентного генератора. Методы преобразования электрических
схем.
3.1.7. Синусоидальные ЭДС, напряжения и токи, векторные диаграммы.
Основы комплексного метода расчета цепей с синусоидальными токами.
3.1.8. Свойства элементов R, L, C , их последовательного и параллельного
соединений при синусоидальных напряжениях и токах. Комплексные
сопротивления и проводимости.
3.1.9. Законы Ома и Кирхгофа в комплексной форме. Методика расчета
цепей синусоидального тока в комплексной форме.
3.1.10. Энергетические процессы в цепях синусоидального тока. Активная,
реактивная и полная мощности. Комплексная мощность. Баланс мощностей в
цепи синусоидального тока.
3.1.11. Энергетические процессы в цепях синусоидального тока. Активная,
реактивная и полная мощности. Комплексная мощность. Баланс мощностей в
цепи синусоидального тока.
3.1.12. Резонанс при последовательном и параллельном соединении
элементов R, L, C . Частотные характеристики.
3.1.13. Резонанс в сложных электрических цепях. Расчет цепей при наличии
взаимной индукции. Индуктивно-связанные элементы электрической цепи.
3.1.14. Метод развязки индуктивной связи. Трансформатор с линейными
характеристиками. Идеальный трансформатор. Передача энергии через
индуктивно-связанные элементы.
5
3.1.15. Трехфазные цепи и системы ЭДС, напряжений и токов. Расчет
трехфазных цепей при симметричных и несимметричных режимах.
Получение вращающегося магнитного поля. Метод симметричных
составляющих и его применение к расчету трехфазных цепей.
3.1.16. Выражения основных законов электромагнитного поля в
дифференциальной форме. Полная система уравнений электромагнитного
поля. Баланс мощности для произвольного объема электромагнитного поля.
Теорема Умова - Пойнтинга.
3.2 Темы лабораторных работ
1.
Лабораторная работа № 1. Последовательное соединение R, L, C .
Резонанс напряжений.
2.
Лабораторная работа № 2. Параллельное соединение L и C . Резонанс
токов.
3.
Лабораторная работа № 3. Исследование трехфазной системы,
соединение звездой
4.
Лабораторная работа № 4. Исследование трехфазной системы,
соединение треугольником
5.
Лабораторная работа № 5. Изучение основных схем выпрямителей
6.
Лабораторная работа № 6. Расширение пределов измерения и поверка
приборов магнитоэлектрической системы
7.
Лабораторная работа № 7. Измерение энергии в цепи однофазного
переменного тока и поверка счетчика
8.
Лабораторная работа № 8. Исследование однофазного трансформатора
9.
Лабораторная работа № 9. Трехфазный асинхронный двигатель с
короткозамкнутым ротором
10. Техника безопасности при проведении лабораторных работ
3.3. Самостоятельная работа
Самостоятельная работа по дисциплине «Электротехника» включает в
себя повторение курса «Электричество», необходимого для изучения
дисциплины. При этом основное внимание уделяется следующим темам:
1.
Постоянный электрический ток. Необходимые и достаточные
условия существования электрического тока.
2.
Закон Ома для однородного участка цепи. Закон Ома для
полной цепи. Закон Ома для неоднородного участка цепи.
3.
Законы последовательного и параллельного соединения
проводников и конденсаторов.
4.
Правила Кирхгофа. Расчет простейших электрических схем с
применением правил Кирхгофа.
5.
Работа и мощность постоянного тока. Закон Джоуля – Ленца.
6
6.
7.
8.
9.
Электроизмерительные приборы. Шунты и дополнительные
сопротивления.
Переменный электрический ток. Закон Ома для переменного
тока.
Работа и мощность переменного тока.
Явление электромагнитной индукции. Закон Фарадея.
Правило Ленца.
Вторая часть самостоятельной работы включает подготовку к
выполнению лабораторных работ, оформление отчетов по лабораторным
работам и подготовка к защите лабораторных работ.
4 Учебно – методическое обеспечение
4.1 Список рекомендуемой литературы
1. Иванов И.И., Лукин А.Ф. Электротехника. Основные положения, примеры
и задачи. М.: Наука,2002. – 192 с.
2. Электротехника. Сборник лабораторных работ. /Сост. Е.П. Александров,
НовГУ им. Ярослава Мудрого – Великий Новгород, 2009. – 73 с.
3. Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника. – М.: Издательский центр
Академия, 2005. – 544 с.
4.2. Вопросы к экзамену
1. Постоянный электрический ток. Необходимые и достаточные условия
существования электрического тока. Сила тока. Плотность тока. Напряжение.
Электродвижущая сила источника тока.
2. Закон Ома для однородного участка цепи. Закон Ома для полной цепи.
Закон Ома для неоднородного участка цепи. Закон Ома в интегральной и
дифференциальной форме.
3. Законы последовательного и параллельного соединения проводников и
конденсаторов.
4. Правила Кирхгофа. Расчет простейших электрических схем с применением
правил Кирхгофа.
5. Работа и мощность постоянного тока. Закон Джоуля – Ленца.
6.
Электроизмерительные
приборы.
Шунты
и
дополнительные
сопротивления.
7. Переменный электрический ток. Закон Ома для переменного тока.
8. Работа и мощность переменного тока.
9. Явление электромагнитной индукции. Закон Фарадея. Правило Ленца.
10. Система уравнений электромагнитного поля. Электрические токи
проводимости и смещения.
11. Принцип непрерывности электрического тока. Электродвижущая сила,
электрическое напряжение и разность электрических потенциалов
7
12. Физические явления в электрических цепях. Параметры электрических
цепей - сопротивление, емкость, индуктивность.
13. Цепи с распределенными и сосредоточенными параметрами. Линейные и
нелинейные цепи.
14. Идеальные активные и пассивные элементы схем замещения
электрических цепей
15. Идеализированные линейные электрические цепи с сосредоточенными
параметрами и их схемы.
16. Законы электрических цепей. Установившиеся и переходные процессы.
17. Методы узловых потенциалов и контурных токов
18. Принцип наложения. Метод эквивалентного генератора.
19. Методы преобразования электрических схем.
20. Синусоидальные ЭДС, напряжения и токи, векторные диаграммы.
21. Основы комплексного метода расчета цепей с синусоидальными токами.
22. Свойства элементов R, L, C , их последовательного соединения при
синусоидальных напряжениях и токах. Комплексные сопротивления и
проводимости.
23. Свойства элементов R, L, C , их параллельного соединения при
синусоидальных напряжениях и токах. Комплексные сопротивления и
проводимости.3.1.9. Законы Ома и Кирхгофа в комплексной форме.
Методика расчета цепей синусоидального тока в комплексной форме.
24. Энергетические процессы в цепях синусоидального тока. Активная,
реактивная и полная мощности.
25. Комплексная мощность. Баланс мощностей в цепи синусоидального тока.
26. Энергетические процессы в цепях синусоидального тока. Активная,
реактивная и полная мощности.
27.Комплексная мощность. Баланс мощностей в цепи синусоидального тока.
28. Резонанс при последовательном и параллельном соединении элементов
R, L, C . Частотные характеристики.
29. Резонанс в сложных электрических цепях. Расчет цепей при наличии
взаимной индукции. Индуктивно-связанные элементы электрической цепи.
30. Метод развязки индуктивной связи. Трансформатор с линейными
характеристиками.
31.Идеальный трансформатор. Передача энергии через индуктивносвязанные элементы.
32. Трехфазные цепи и системы ЭДС, напряжений и токов.
33. Расчет трехфазных цепей при симметричных и несимметричных
режимах.
34.Получение вращающегося магнитного поля. Метод симметричных
составляющих и его применение к расчету трехфазных цепей.
35.Выражения
основных
законов
электромагнитного
поля
в
дифференциальной форме.
8
36. Полная система уравнений электромагнитного поля. Баланс мощности
для произвольного объема электромагнитного поля. Теорема Умова Пойнтинга.
37. Выпрямители переменного тока. Основные схемы выпрямителей.