Міністерство освіти і науки України

Черкаський політехнічний технікум

Електротехніка та електроніка

Методичні вказівки

та індивідуальні завдання

для практичних робіт

спеціальність 5.090240

2006

Міністерство освіти і науки України

Черкаський політехнічний технікум

Затверджено

Заступник директора

з навчальної роботи

_________ Д.В. Галат

Електротехніка та електроніка

Методичні вказівки та індивідуальні завдання для практичних робіт спеціальність 5.090240 „Обслуговування та ремонт автомобілів і двигунів”

Розробила____Л.О. Король

Розглянуто і схвалено на засіданні циклової комісії електротехнічних дисциплін протокол № від 2006р.

Голова комісії _________М.М. Сахно

2006

Передмова

Даний посібник призначений для студентів ІІ курсу спеціальності 5.090240 Черкаського політехнічного технікуму.

Зміст програми відповідає програмі курсу „Електротехніка та електроніка” .

Метою курсу є вивчення фізичних властивостей електричного і магнітного поля, фізичних процесів в електричних колах постійного струму, однофазного та трифазного змінного струму, методів розрахунку електричних та магнітних кіл.

„Електротехніка та електроніка” – база для всіх електротехнічних дисциплін, які вивчаються на даній сціальності.

На основі законів та положень теоретичної електротехніки вирішуються багато задач та виконується розташування різних електротехнічних пристроїв та установок.

Матеріали методичних вказівок викладаються з дотриманням норм міжнародної системи одиниць СИ, термінологію ГОСТ 19800-74, буквене позначення та правила виконання схем у відповідності до стандартів ЄСКД.

В результаті вивчення дисципліни студенти повинні знати:

• основні величини, які характеризують електричне і магнітне поле, співвідношення між цими величинами;

• фізичні процеси, які відбуваються в лінійних та нелінійних електричних і магнітних колах постійного і змінного струму;

• методи електричних вимірювань.

Студенти повинні вміти:

• розраховувати прості електричні і магнітні поля;

• розраховувати лінійні та нелінійні електричні і магнітні поля;

• розраховувати лінійні та нелінійні електричні і магнітні кола;

• використовувати електричні прилади для вимірювання електричних величин.

Розділ 1. Електричні кола постійного струму. Електрична ємність

Електротехніка ­ це наука про використання електричної енергії для практичної роботи.

Електрифікація – широке впровадження електричної енергії в промислове виробництво, сільське господарство, транспорт, побут.

Переваги електричної енергії: одержання з різних джерел, дешева (відносно), швидко передається на великі відстані, перетворюється в інші види енергії.

Велику роль у розвитку електротехніки відіграли такі вчені, як М.В. Ломоносов, Петров, Якобі, Ленц, Столетов, Ладигін, Яблочков, Солов’янов, Доліво-Добровольський.

Електричне та магнітне поле являються однією із сторін єдиного електромагнітного поля, яке має властивість силової дії на заряджені частинки та на провідники зі струмом.

З акон Кулона виражає силу взаємодії між двома зарядженими частинками

(Н)

де F – сила взаємодії між зарядами, Н

– пробні заряди точкових тіл (Кл)

r – відстань між зарядами (м)

– електрична стала

­ - коефіцієнт пропорційності

ε – середовище

Характеристики електричного поля

1. Напруженість – сила дії на одиничний пробний заряд

2. Електричний потенціал – робота сил поля по перенесенню електричного заряду , (В)

3. Електрична напруга – робота сил поля по переносу заряду з однієї точки в іншу

, (В)

, (В)

Електричний струм у провідниках

Провідники поділяються на два види:

І виду – метали і їх сплави (носії електричного струму електрони);

ІІ виду – розчини солей, кислоти (носії електричного струму).

Електрони та іони починають направлено рухатись під дією електричного поля. Це явище носить назву електричний струм.

Струм визначається електричними зарядами усіх частинок, які проходять через поперечний переріз провідника за одиницю часу.

де І – сила струму (А)

Q – заряд (Кл)

t – час (с)

1 кА = 1000 А; 1 мА = 0,001 А; 1 мкА = 0,000001 А

Електричний струм, який протягом тривалого часу не змінюється за величиною і напрямком називається постійним. Густина електричного струму визначається за формулою

j – густина струму (А/м²)

І – струм (А)

S – площа поперечного перерізу (м², мм²)

Закон Ома для ділянки кола

де I – сила струму, А

U – напруга, В

R – опір, Ом

Рис. 1

Сила струму прямопропорційна електричній напрузі та обернено пропорційна електричному опору.

- закон Ома для повного кола

де Е – електрорушійна сила, В

R – електричний опір, Ом

– внутрішній опір джерела живлення живлення, Ом

Рис. 2

Сила струму прямопропорційна електрорушійній силі, та обернено пропорційна сумі опорів на внутрішньому та зовнішньому контурах.

Закон Джоуля Ленца. Робота та потужність електричного кола.

де Q – кількість теплоти, Дж

І – струм, А

R – опір, Ом

t – час, с

Кількість теплоти, яка виділяється в провіднику під час проходження електричного струму, залежить від квадрату струму, опору провідника, та часу, протягом якого проходить електричний струм.

Електрична енергія проявляється під час виконання роботи

A = Q∙U = It ∙ U (Дж)

Потужність споживача:

Потужність джерела:

Баланс потужності:

- потужність втрат всередині джерела живлення

ККД джерела:

Електричний опір – перешкода проходження електричному струму з боку матеріалу провідника

Ом

Величина обернена електричному опору називається провідністю

, (См)

Електричний опір залежить:

• від матеріалу провідника;

• від довжини провідника;

• від площі поперечного перерізу провідника.

Матеріал провідника визначається його питомим опором

,

Величина обернена питомому опору називається питомою провідністю:

Електричне коло та його елементи

Електричне коло – це сукупність пристроїв і об’єктів, які утворюють шлях для проходження

електричного струму.

Рис. 3

На рис.3 показано найпростіше електричне коло. Електричне коло складається з основних елементів і допоміжних елементів.

Основні елементи:

1. джерело живлення

2. приймач електричної енергії

3. з’єднувальні проводи

Допоміжні елементи, прилади для:

• керування

• захисту

• регулювання

• контролю

Джерело електричної енергії – це перетворювач будь-якого виду неелектричної енергії в електричну.

Приймачі призначені для перетворення електричної енергії на інші види енергії.

З’єднувальні проводи призначені для передачі та розподілу електричної енергії.

Схеми електричних кіл

Схема електричного кола – це графічне зображення електричного кола що містить умовні позначення його елементів і показує з’єднання цих елементів.

• електрична батарея

• джерело живлення

• резистор

• індуктивність

• вимикач

• конденсатор

• запобіжник

На рис.4 зображено електричне коло та показано додатні напрямки струму у вітках схеми.

Рис. 4

Вітка електричного кола – це ділянка електричного кола, уздовж якої проходить один і той же струм.

Вузол – місце з’єднання декількох віток (не менше трьох).

Контур – це будь-який замкнутий шлях, що проходить на декількох вітках. Додатній напрямок напруги на ділянці кола збігається з напрямком струму – від точки з більшим потенціалом до точки з меншим потенціалом. У приймача напрямки напруги і струму збігаються, у джерела вони протилежні.

Конденсатори. Способи з’єднання.

Конденсатори – це пристрої для накопичення електричних зарядів.

Е лектрична ємність – це здатність провідникових тіл накопичувати та утримувати електричний заряд

Рис. 5 (Ф)

де: С – електрична ємність (Ф)

Q – заряд однієї з пластин (Кл)

U – різниця потенціалів (напруга), В

Способи з’єднання та властивості

– послідовне з’єднання

Рис. 6

1) Заряд на всіх конденсаторах однаковий

2) Напруга на еквівалентному конденсаторі дорівнює сумі напруг

3 )

• паралельне з’єднання

1. Еквівалентна ємність дорівнює сумі окремих ємностей

2) Еквівалентний заряд дорівнює сумі зарядів

3. Напруга між обкладинками конденсаторів однакова

– змішане з’єднання

Рис. 8

Для розрахунку мішаного з’єднання конденсаторів використовують властивості послідовного і паралельного з’єднання конденсаторів.

С пособи з’єднання пасивних елементів

Послідовне з’єднання

Рис. 9

1. Струм при послідовному з’єднанні однаковий

2. Напруга дорівнює алгебраїчній сумі спадів напруг на кожному резисторі

3. Загальний опір нерозгалуженого кола дорівнює сумі опорів його окремих ділянок

Паралельне з’єднання

Рис. 10

1. До всіх віток паралельного кола прикладена та сама напруга

2. Струм до розгалуження дорівнює сумі струмів в окремих ділянках

3. Еквівалентний опір вузлів визначається за формулою

Еквівалентна провідність дорівнює сумі провідностей

Для двох опорів:

Рис. 11