Преобразовании механической энергии

Преобразовании механической энергии

Введение

Изучение дисциплины «Общая электротехника и электроник» для студентов высших учебных заведений предусмотрено федеральным государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по направлению подготовки 19060 Эксплуатация транспортно - технологических машин и комплексов (квалификация (степень) «Бакалавр»)

Настоящий федеральный государственный образовательный стандарт высшего профессионального образования (ФГОС ВПО) представляет собой совокупность требований, обязательных при реализации основных образовательных программ бакалавриата по направлению подготовки 190600 Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов образовательными учреждениями высшего профессионального образования (высшими учебными заведениями, вузами) на территории Российской Федерации, имеющими государственную аккредитацию.

Область профессиональной деятельности бакалавров по направлению подготовки 190600 Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов включает в себя области науки и техники, связанные с эксплуатацией, ремонтом и сервисным обслуживанием транспортных и транспортно-технологических машин различного назначения (транспортных, подъемно-транспортных, портовых, строительных, дорожно-строительных, сельскохозяйственных, специальных и иных машин и их комплексов), их агрегатов, систем и элементов.

1. Федеральный государственный образовательный стандарт высшего профессионального образования по направлению подготовки 190600 эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов (КВАЛИФИКАЦИЯ (СТЕПЕНЬ) "БАКАЛАВР")

Дисциплина «140448 Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования (по отраслям)» включена в профессиональный цикл общепрофессиональных дисциплин:

Выписка

2. План-конспект ЛАБОРАТОРНО-практического занятия

1.   Дисциплина: «Общая электротехника и электроника»

2.       Тема раздела: Преобразовании механической энергии

.        Тема занятия: Генератор переменного тока

4.  Норма времени: 2 ч.

5.   Тип занятия: лабораторно-практическое

6.  Форма организации обучения: групповая

7.   Цель занятия: научить выполнять сборку простейшего генератора. определение переменного тока, параметры, характеризующие ток (амплитуда, период, частота, фаза), сформировать умение аналитическим и графическим методом определять параметры переменного тока;

8.   Задачи:

Образовательная - повторить устройство и принцип работы простейшего генератора.

Развивающая - развивать техническое мышление, кругозор, познавательный интерес, конструктивное мышление.

Воспитывающая - воспитывать умение работать с технической документацией, аккуратность, точность при выполнении чертежей.

9.  В результате проведения занятия обучающийся должен

знать: технику безопасности, принцип работы генератора;

уметь: работать согласно методическими указаниями, выполнять сборку механических элементов.

владеть: навыками мышления, основами электростатики и механики.

10. Методы обучения: словесные (объяснение), наглядное (демонстрация) т.д.

11.     Материально-техническое обеспечение урока - методическими указаниями «Последовательность сборки простейшего генератора», осциллограф, модель простейшего генератора.

.        Межпредметные связи: графика, детали машин, математика и т.д.

.        Норма времени: 2 часа

.        Тип занятия: лабораторно практическая.

Структура занятия: - 90 мин.

. Организационный момент (2-3мин.).

. Сообщение темы, цели, задачи урока; мотивация учебной деятельности.(5-8 мин.).

.Лабораторно - практическая работа (65-70 мин.).

. Закрепление изученного материала (5-7 мин.).

. Подведение итога занятия (3-5мин.).

Ход занятия:

1. Организационный момент (5-7мин.).

Приветствие. Отметка присутствующих.

. Сообщение темы, цели, задачи занятия; мотивация учебной деятельности.(3 мин.).

. Лабораторно практическая работа (65-70мин.).

После того как преподаватель проверил готовность студентов, он просит открыть тетради и записать тему лабораторно практической работы.

. Конспект

Генераторами называются машины, преобразующие механическую энергию в электрическую <#"705426.files/image001.gif"> <#"705426.files/image002.gif"> <#"705426.files/image003.gif"> <#"705426.files/image004.gif"> <#"705426.files/image005.gif">. Две равные порознь вертикальные стороны контура (см. рисунок5) являются активными, так как их пересекают магнитные линии магнитного поля. Две равные порознь горизонтальные стороны контура - не активные, так как магнитные линии магнитного поля их не пересекают, магнитные линии скользят вдоль горизонтальных сторон, электродвижущая сила в них не образуется.

В каждой из активных сторон контура индуктируется электродвижущая сила, величина которой определяется по формуле:

 и

Где рис. 5В прямоугольном контуре вращается постоянный магнит.

 и  - мгновенные значения электродвижущих сил <#"705426.files/image013.gif"> - магнитная индукция <#"705426.files/image014.gif"> - длина каждой из активных сторон контура в метрах <#"705426.files/image015.gif"> - линейная скорость <#"705426.files/image016.gif"> в метрах в секунду;

 - время <#"705426.files/image018.gif"> и  - углы <#"705426.files/image020.gif">, то есть индуктированная электродвижущая сила в контуре изменяется по синусоидальному <#"705426.files/image020.gif">, выразив её через максимальный магнитный поток , пронизывающий контур.

Относительная линейная скорость  активных сторон равна произведению радиуса вращения  на угловую скорость , то есть .

Тогда получим

,

где

 - амплитуда <#"705426.files/image018.gif"> - фаза <#"705426.files/image005.gif"> - угловая скорость <#"705426.files/image025.gif"> и формула будет выглядеть так: .

. Лабораторно - практическая часть

Изучить методом наблюдения процесс изменения энергии с механического в электрическую. Преподаватель в моделе показывает принцип действия и ход работы простейшего генератора.

Студенты наблюдают, изучают переменные токи с помощью осциллографа. Демонстрация синусоиды, которая получается при определенной настройке прибора.

Напряжение изменяется по гармоническому закону (из опытов с осциллографом).

Значит, напряженность электрического поля внутри проводника меняется по тому же закону. Изменения поля вызывают гармонические колебания силы тока. Хотя поле и распространяется с огромной скоростью, все-таки при изменении напряжения поле не меняется мгновенно во всей цепи. Хотя приближенно это считается мгновенным распространением.

Рассмотрим простейший генератор в котором, магнитный поток Ф, пронизывает проволочную рамку S. Магнитный поток зависит (прямо пропорционально) от QUOTE между нормалью к рамке и вектором магнитной индукции. Ф =B S QUOTE

При вращении (равномерном) угол б увеличивается со временем: б = 2рnt; n - частота вращения. Перепишем первую формулу: Ф = В S QUOTE

В этой формуле 2рn=щ - число колебаний магнитного потока или циклическая частота.

Значит, Ф= В S QUOTE . Найдем производную потока магнитной индукции по времени:= - Ф′= - B S ( = В Sщ QUOTE = оM QUOTE ; где оM= В S щ - амплитуда ЭДС индукции. По аналогии запишем: u=UM QUOTE ; u= UM QUOTE UM - амплитуда напряжения или максимальное по величине значение напряжения.

Так как переменное напряжение имеет частоту щ, то и сила тока имеет ту же частоту.

Колебания тока и напряжения не всегда совпадают по фазе. Для cилы тока формула примет вид: i= IM QUOTE . IM- амплитуда силы тока;

О практическом применении вынужденных электромагнитных колебаниях.

. Задания

Задание №1

Вариант - 1

№1 В каких случаях можно получить незатухающие электромагнитные колебания в контуре?

А) При R =0 - контур не имеет сопротивления; Б) При периодической подаче энергии в контур; В) При выполнении или условия (А), или условия (Б)

№2. В колебательный контур включили катушку переменной индуктивности. Какая величина, создаваемых контуром колебаний при этом изменится?

А) Амплитуда; Б) Энергия; В) Частота

№3. Как изменится период колебаний контура, если пластины конденсатора, включенного в данный контур, сближают?

А) Уменьшится. Б) Останется без изменения. В) Увеличится

№4. Если индуктивность в контуре уменьшить в 3, а емкость в 3 раза увеличить, что произойдет с собственными колебаниями в контуре? Считать сопротивления контура R= 0.

А) Ничего не изменится. Б) Изменится частота колебаний. В) Изменится амплитуда.

№5 В колебательном контуре заряд на обкладках конденсатора меняется по закону:= 2·10-6 р t) Кл. Найти частоту и период колебаний, амплитуду колебаний заряда, записать уравнение для силы тока в контуре от времени.

А) q = 2 мкКл, щ = 10⁴р рад/с, Т = 0,2 мс, г = 5 кГц, I = 0,0628 QUOTE

Б) q = 4 мкКл, щ = 10Ір рад/с, Т =0,4 мс, г = 2,5 кГц, i= 0,0314cos(102р t +р/4)

Вариант - 2

Конденсатор зарядили, а потом заряд уменьшился в 2 раза. Как при этом изменилась

полная энергия электрического поля конденсатора и магнитного поля катушки?

А) Уменьшилась в 2 раза. Б) Увеличилась в 2 раза. В) Уменьшилась в 4 раза.

№2. При работе колебательного контура разность потенциалов на конденсаторе увеличилась на 20 В при увеличении силы тока в 2 раза. Чему равно начальное напряжение?

А) 20 В, Б) 10 В. В) 40 В.

№3. В колебательный контур включили конденсатор переменной емкости. Какая величина, создаваемых контуром колебаний при этом изменится?

А) Энергия. Б) Частота. В) Амплитуда.

) В катушку колебательного контура ввели железный сердечник. Как при этом изменилась частота электромагнитных колебаний контура?

А) Увеличится. Б) Останется прежней. В) Уменьшится.

) В колебательном контуре заряд на обкладках конденсатора меняется по закону:

= 0, 002 QUOTE   Кл.

найти частоту и период колебаний, амплитуду колебаний заряда, записать уравнение для силы тока в контуре от времени.

А) q= 2·10-3Кл, щ = 104р рад/с, Т =2 ·10-4с, г =5 кГц, I = 0,628 QUOTE  

Б) q= 2·10І Кл, щ = 10⁴рt рад/с, Т= 4·10І с, г = 3 кГц, I = 0.0314 QUOTE  

Задание №2

На методических указаниях, розданных учащимся, с правой стороны хаотично расположены правильные ответы; с левой стороны записаны формулы, законы, выражения величин, по изученной теме.

Список использованной литературы

1. Вольдек А. И., Попов В. В. Электрические машины. Введение в электромеханику. Машины постоянного тока и трансформаторы: Учебник для вузов. - СПб: «Питер», 2008. - 320 с.

2.       ГилемашаваА. Г. «Молекулярная физика и термодинамика» Издательство Юрайт; ИД Юрайт, 2011- 128 с..

3.       Федеральный государственный образовательный стандарт высшего профессионального образования по специальности 140448 Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования (по отраслям), 2010 г.