методичка Семенов

Министерство образования и науки РФ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Самарский государственный архитектурно-строительный университет

А.В. Семенов

ЭЛЕКТРИЧЕСТВО

И МАГНЕТИЗМ

Методические указания

Самара

2011

Министерство образования и науки РФ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Самарский государственный архитектурно-строительный университет

Кафедра физики

А.В. Семенов

Электричество и магнетизм

Методические указания по выполнению лабораторных работ № 20 – 30

Самара

2011

1

УДК 537+538

Э45

А.В. Семенов

Электричество и магнетизм: методические указания к лабораторным работам № 20 – 30 для студентов - очников, заочников. Самара: СГАСУ, 2011. 80 с.

Вметодических указаниях содержатся описания лабораторных работ

№20 - 30 по электричеству и магнетизму для студентов первого и второго курса очной и заочной форм обучения специальностей 290500 «Городское строительство и хозяйство», 060800 «Экономика и управление на предприятии (в строительстве)», 290300 «Промышленное и гражданское строительство», 290700 «Теплогазоснабжение и вентиляция», 330400 «Пожарная безопасность», 071900 «Информационные системы и технологии», 080507 «Менеджмент организации», 220501 «Управление качеством», 290400 «Гидротехническое строительство», 290600 «Производство строительных материалов, изделийиконструкций», 290800 «Водоснабжениеиводоотведение», 291000 «Автомобильные дороги и аэродромы», 291300 «Механизация и автоматизация строительства», 291500 «Экспертиза и управление недвижимостью», 330200 «Инженернаязащитаокружающейсреды» СГАСУ.

Редактор Ю.В. Любаева Технический редактор И.В. Сафонова Корректор Е.В. Пенина

Подписано в печать 16.06.11. Формат 60×90/16. Бумага офсетная. Печать оперативная. Уч.-изд. л. 5. Усл. печ. л. 5. Тираж 50 экз.

© Самарский государственный архитектурно-строительный университет, 2011

2

ВВЕДЕНИЕ

Впредлагаемом цикле работ изучаются простейшие электрические цепи, широко используемые в электро- и радиотехнике.

Основной целью лабораторных работ является развитие необходи-

мых для инженера практических навыков чтения, сборки схем и работы с контрольно-измерительными приборами.

Такие навыки наилучшим образом развиваются в самостоятельной деятельности. Поэтому в данных работах предлагается самостоятельно собрать электрическую цепь в соответствии с принципиальной схемой. При боязни запутаться, целесообразно расположить элементы цепи и приборы, максимально воспроизводя схему, и в соответствии с ней соединить клеммы проводниками. Перед включением цепи необходимо обеспечить минимально возможные напряжения и токи, т.е. вывести реостаты и регулировки блоков питания в соответствующие положения. При выполнении работ, начиная от малых напряжений и токов, необходимо следить за показаниями приборов и не допускать их перегрузки и зашкаливания. При необходимости измерения больших напряжений и токов необходимо переключить пределы измерения либо пользоваться другими измерительными приборами. Все переключения необходимо проводить при выключенном питании. Помните, что даже при небольших токах в проводниках, в соответствии с законом Джоуля – Ленца, выделяется тепло, поэтому, во избежание перегрева, рекомендуется измерения проводить быстро, установку периодически выключать, а по окончании измерений обязательно обесточить.

Вся история электричества – это изучение взаимосвязи этого раздела физики с другими. Электричество начиналось 200 лет назад с исследований физиолога Л. Гальвани и химика А. Вольта. Впоследствии, самые значительные результаты этого раздела получены на стыках, во взаимодействии с другими разделами: механикой, термодинамикой, магнетизмом, оптикой и т.д. И мы можем продолжить изучать взаимосвязь всего со всем. Определяющим здесь является свежесть восприятия и тяга к истине, что так свойственно молодости.

Вданных работах изучаются природа электрического тока, полей и их взаимодействие. Несмотря на кажущуюся изученность этих понятий, изучение их продолжается в лучших физических лабораториях с возрастающей тщательностью, а главные эксперименты, определяющие природу электромагнетизма, еще не сделаны.

Взаключительной части сборника (Л.р. № 27 – 30) -предпри

3

ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ В ЛАБОРАТОРИИ «ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ»

1 Общие требования безопасности

1.1.К проведению лабораторного практикума по физике студенты в верхней одежде не допускаются.

1.2.Сумки, портфели, тубусы складываются в специально отведенном месте. К рабочему месту студенты допускаются только с необходимыми канцелярскими принадлежностями и методическими указаниями по выполнению лабораторных работ.

1.3.В лаборатории строго соблюдается учебная дисциплина, запрещается бесцельное хождение по лаборатории.

1.4.При проведении лабораторных работ возможно воздействие следующих опасных и вредных производственных факторов:

поражениеэлектрическимтокомприработесэлектроустановками;

термические ожоги при нагревании жидкостей и различных физических тел;

порезы рук при небрежном обращении с лабораторной посудой и приборами из стекла;

возникновение возгораний при неаккуратном обращении с легковоспламеняющимися и горючими жидкостями или коротком замы-

кании в электрической цепи.

1.5.При проведении лабораторных работ студент обязан соблюдать правила пожарной безопасности, знать места расположения первичных средств пожаротушения и электрического щита по обесточиванию лаборатории.

1.6.При неисправности оборудования, приспособлений и инструмента прекратить работу и сообщить преподавателю или лаборанту.

1.7.Студенты, допустившие нарушение инструкции по охране труда, отстраняются от выполнения лабораторной работы и подвергаются внеочередной проверке знаний норм и правил охраны труда.

2 Требования безопасности перед началом работы

2.1.Студент обязан внимательно изучить содержание и порядок проведения лабораторной работы, а также безопасные приемы ее выполнения.

2.2.Студент обязан подготовить к работе рабочее место, убрать посторонние предметы. Приборы и оборудование разместить таким образом, чтобы исключить их падение и опрокидывание.

2.3.Студент обязан проверить исправность оборудования, приборов, целостность лабораторной посуды и приборов из стекла.

4

3 Требования безопасности во время работы

3.1.Лабораторную работу могут выполнять одновременно не более двух студентов. Около установки во время проведения измерений могут находиться только выполняющие эту работу, лаборант или преподаватель. Другим лицам находиться у рабочего места запрещается.

3.2.Студент обязан соблюдать осторожность при обращении с приборами из стекла и лабораторной посудой, не бросать, не ронять и не ударять их.

3.3.Необходимо следить за исправностью всех креплений в приборах и приспособлениях, не прикасаться и не наклоняться близко к вращающимся и движущимся частям машин и механизмов.

3.4.Запрещается пользоваться разбитой или треснутой стеклянной посудой, применять приборы и устройства, не соответствующие требованиям безопасности труда. Запрещается применять оборудование, приборы, провода и кабели с открытыми токоведущими частями.

3.5.При сборке электрических схем следует вначале присоединить все провода, кроме проводов, идущих от источника питания. Подключить источники питания или включать приборы в сеть можно только после того, как вся схема будет проверена лаборантом или преподавателем. Следует помнить, что нарушение правил включения электрических схем приводит к порче приборов.

3.6.Студент обязан не допускать предельных нагрузок измерительных приборов.

3.9.Студент обязан не оставлять без надзора не выключенные электрические устройства и приборы.

4 Требования безопасности в аварийных ситуациях

4.1.При обнаружении неисправности в работе электрических устройств, находящихся под напряжением, повышенном их нагревании, появлении искрения, запаха горелой изоляции и т.д. немедленно отключить источник электропитания и сообщить об этом преподавателю или лаборанту.

4.2.При коротком замыкании в электрических устройствах и их загорании, немедленно отключить их от сети. Студенты должны организованно покинуть лабораторию. О пожаре сообщить по телефону «01» (с мобильных телефонов – 112) и приступить к тушению очага возгорания с помощью первичных средств пожаротушения.

5

ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ И ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА

Выполнение каждой лабораторной работы проводят по следующей схеме:

1.Внимательно читают описание лабораторной работы в данном практикуме. Бесполезно приступать к выполнению работы без четкого представления об основных чертах теории изучаемого явления. Поэтому студент в обязательном порядке предварительно проходит собеседование по основным теоретическим вопросам изучаемого явления с преподавателем, который дает допуск к практическому выполнению работы.

2.Знакомятся с приборами и принадлежностями, которые необходимы для проведения работы. Работу с незнакомыми приборами можно начинать, лишь прочтя до конца инструкции и выяснив все необходимые меры предосторожности. Не следует вскрывать приборы, прикасаться пальцами к оптическим поверхностям и тонким деталям. Нужно вырабатывать в себе бережное отношение к оборудованию.

С другой стороны, ознакомление с прибором должно быть активным. Необходимо не только осмотреть и понять принцип действия прибора, но и установить нулевые показания стрелок, удалить грязь с оптических поверхностей и т.д. Приступают к установке приборов или сборке установки в соответствии с описанием. Иногда работа выполняется на готовой установке.

3.Производят измерения физических величин. Эта часть работы является наиболее ответственной и ее надо проводить очень аккуратно и тщательно, согласно указаниям, которые даны в данном практикуме по каждой лабораторной работе. Все результаты измерений записываются

втаблицы, которые даны в конце каждой работы.

4.Обрабатывают результаты измерений: вычисляют искомую величину по расчетным формулам и определяют погрешности измерений.

Для оформления отчетов по физическому практикуму необходимо завести специальную тетрадь, которая должна предъявляться преподавателю во время сдачи работы.

Запись в тетради проводят в следующей последовательности: а) записывают название и номер работы;

б) дают краткое описание теории метода и измерительных схем и установок, подготавливают таблицу для записи результатов измерений

с указанием единиц измерения в системе СИ; в) в таблицу вносят результаты всех первичных измерений;

г) порасчетнойформулепроводятвычислениеопределяемойвеличины; д) вычисляют погрешности измерения; е) при необходимости строят график.

Пункт б) отчета рекомендуется подготовить дома.

7

Лабораторная работа № 20

ВВОДНЫЙ ПРАКТИКУМ ПО ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКЕ

Целью работы является ознакомление и практическое использование основных контрольно-измерительных приборов – мультиметров и овладение навыками сборки простейших схем.

Основы теории. Эксперимент – критерий истины. Поэтому экспериментальное оборудование является важнейшим инструментом познания, а без контрольно-измерительной техники просто не мыслима практическая инженерная деятельность. Современное естествознание и практика обладают сложнейшими измерительными системами, и усложнение продолжается вместе с усложнением решаемых задач. В этой лабораторной работе необходимо освоить, «подружиться» и научиться обращаться с простыми, но необходимыми устройствами – мультиметрами, способными измерять сопротивления резисторов, емкости конденсаторов, индуктивности катушек и многое другое.

На рисунке 20.1 представлена фотография трех типовых мультиметров изучаемых и используемых в данной работе. Два первых прибора (М830В и М890F) способны измерять постоянные и переменные напряжения. На первом мультиметре эти режимы обозначены как DCV и ACV. Многие функции первых двух приборов повторяются, например – измерение сопротивлений и постоянного тока. Но M890F значительно превосходит М830В по возможностям. Он способен измерять переменные токи и емкости и имеет более широкий диапазон измеряемых величин. Третий прибор (VC6243) предназначен для измерения емкостей и индуктивностей в довольно широком диапазоне изменения этих величин (~ 6 порядков).

Основными достоинствами современных мультиметров является компактность, простота использования, удобство считывания показаний, многофункциональность.

При использовании мультиметров необходимо знать:

1.Провода к входным гнездам (рис. 20.1, позиция 1) необходимо подключать только после подготовки прибора к измерениям с выставленным в необходимое положение переключателем рода работы и диапазонов измерений (рис. 20.1, позиция 2). Рекомендуется пределы измерений выставлять с перестраховкой, чтобы не пережечь защитные предохранители высокочувствительных входных цепей, имеющих малые пределы измерений. Поскольку в лучшем случае перегорают предохранители, в худшем портится вся электроника прибора.

8