Таврійський державний агротехнологічний університет
Енергетичний факультет
Кафедра теоретичної і загальної електротехніки
Тематичний
навчально-методичний комплекс
дисципліни
«Електротехніка і електроніка»
для студентів
Тема 1
ЛІНІЙНІ НЕРОЗГАЛУЖЕНІ ЕЛЕКТРИЧНІ кола ПОСТІЙНОГО струму
М
елітополь, 2012
ВСТУП
Електротехніка і електроніка є фундаментальною дисципліною, на базі якої вивчаються всі інші електротехнічні дисципліни навчального плану спеціальності. У свою чергу фізика та вища математика є базовими для дисципліни «Електротехніка і електроніка».
Важливу роль відіграють знання фізичних явищ і законів, зокрема семи електромагнітних: електризації тіл, взаємодії зарядів, електричного струму, теплової дії електричного струму, електромагнетизму, електромагнітної індукції, електромагнітної сили. Тому в тематичному навчально-методичному комплексі дисципліни для студента (ТНМКДС) використовуються основні вихідні знання цих явищ і законів.
ТНМКДС виконано таким чином, щоб студенти мали можливість самостійно вивчити курс електротехніки і електроніки за допомогою базового підручника. Для цього кожна тема дисципліни містить завдання для самостійної пізнавальної діяльності студентів: інформаційно-репродуктивні, практично-стереотипні, логічно-поянтійні, експериментальні, тематичні комплексні кваліфікаційні. Експериментальні дослідження пропонується проводити студентам під керівництвом викладача, для чого вони вичають принципову електричну схему експериментальної установки, продумують, як необхідно провести експеримент і проаналізувати отримані результати. Комплексні кваліфікаційні задання студенти виконують самостійно у відповідності до свого варіанту для чого у ТНМКДС наведено алгоритм розв’язання цих завдань. Всі вказані вище завдання виконуються студентами до початку відповідних занять, у противному випадку студент до занять не допускається. На заняттях в лабораторії проводиться детальний розгляд вивчаємого матеріалу за активної участі студентів. Наприкінці лабораторних занять студенти отримують бали за свою роботу в аудиторії пропорційно позитивній участі у занятті.
Для успішного вивчення курсу електротехніки і електроніки необхідно послідовно та ритмічно виконувати програму, прагнучи повного розуміння матеріалу, що викладається, не пропускаючи жодного розділу, тому що курс електротехніки і електроніки є цільним і безперервним.
Завдання інформаційно-репродуктивні, практично-стереотипні та логічно-понятійні виконуються студентами самостійно в наступному порядку:
прочитуються й усвідомлюються по базовому підручнику розділи, з яких складені завдання;
по черзі на поставлені в таблицях запитання й завдання знаходяться, на думку студентів, правильні відповіді з таблиць із такими ж номерами та індексом «а»;
знайдені номери правильних відповідей проставляються у вихідні таблиці.
Студенти мають можливість переконатися в тому, що вони успішно освоїли навчальний матеріал. Для цього вони окремо підсумовують номери правильних відповідей на непарні запитання та завдання й окремо підсумовують номери правильних відповідей на парні запитання та завдання. Від першої суми віднімають другу суму й одержують певне число. Якщо отримане число збігається із тим числом, що приводиться наприкінці кожної таблиці, то це говорить про повне засвоєння вивченого навчального матеріалу. У випадку розбіжності чисел, отриманих студентом і наведених наприкінці таблиць, студенти повинні розуміти, що навчальний матеріал ними повністю не засвоєний. Тому студентам необхідно повторно опрацювати даний навчальний матеріал.
Таким чином, даний ТНМКДС сприяє самостійній пізнавальній діяльності студентів на трьох рівнях: знань, умінь і творчого мислення, забезпечуючи як вивчення навчального матеріалу, так і розвиток мислення, що є основною вимогою кредитно-модульної системи освіти.
Графік наскрізної самостійної пізнавальної діяльності студентів з дисципліни «Електротехніка і електроніка»
№ п/п |
Номери занять Види завдань |
1 |
1 |
Тема і розділи теоретичного матеріалу |
Т.1 1.3 – 1.8 |
2 |
Номери таблиць навчаюче-контролюючих завдань |
1.1 – 1.7 |
3 |
Номери лабораторних робіт |
1 |
4 |
Номери індивідуальних (логічно-понятійних) завдань |
1.8 |
5 |
Номер тематичного комплексного кваліфікаційного завдання |
ККЗ 1 |
Тема 1
ЛІНІЙНІ НЕРОЗГАЛУЖЕНІ ЕЛЕКТРИЧНІ кола ПОСТІЙНОГО струму
1.3 Явище електричного струму і закон Ома
1.4 Явище теплової дії електричного струму
і закон Ленца – Джоуля
Завдання інформаційно-репродуктивного характеру
Таблиця 1.1
Номер запитання, завдання |
Запитання, завдання |
Номер вірної відповіді |
|
|
У чому суть явища електричного струму? |
|
|
|
Дайте визначення електрорушійної сили. |
|
|
|
Дайте визначення сили електричного струму. |
|
|
|
Як розрахувати опір провідника електричному струму? |
|
|
|
Сформулюйте закон Ома для ділянки кола. |
|
|
|
Виконайте математичний запис закону Ома для ділянки кола. |
|
|
|
У чому суть явища теплової дії електричного струму? |
|
|
|
Сформулюйте закон теплової дії електричного струму. |
|
|
|
Виконайте математичний запис закону Ленца – Джоуля. |
|
|
|
Дайте визначення потужності електричного струму. |
|
|
|
Вкажіть одиниці фізичних величин, що характеризують явище теплової дії електричного струму. |
|
У разі вірного виконання завдань Σнепарних – Σпарних = 6.
Таблиця 1.1а
Номер відповіді |
Відповіді |
|
|
Кількість теплоти, що виділяється у провіднику, прямо пропорційна опору провідника, квадрату сили електричного струму і часу його дії. |
|
|
Заряд, що проходить через поперечний переріз провідника за одиницю часу. |
|
|
|
|
|
При зіткненні рухомих зарядів з молекулами (атомами) вони віддають їм частину своєї енергії, збільшуючи швидкість теплового руху молекул (атомів), що приводить до нагрівання провідника. |
|
|
[W] = Дж; [R] = Ом ; [I] = А ; [t] = с. |
|
|
В упорядкованому спрямованому русі вільних зарядів під дією сил електричного поля. |
|
|
Питомий опір провідника помножити на його довжину і поділити на площу поперечного перерізу провідника. |
|
|
|
|
|
Кількість електричної енергії, що виділяється в провіднику за одиницю часу. |
|
|
Фізична величина, що чисельно дорівнює відношенню роботи, що виконують сторонні сили джерела по перенесенню зарядів проти сил електричного поля, до значення цих зарядів. |
|
|
Сила струму у провіднику прямо пропорційна напрузі (різниці потенціалів) на затискачах провідника і обернено пропорційна опору провідника. |
.
.
Завдання практично-стереотипного характеру
Таблиця 1.2
Номер запитання, завдання |
Запитання, завдання |
Номер вірної відповіді |
|
|
Сторонні сили джерела переносять заряд величиною 220 Кл проти сил електричного поля. При цьому виконується робота, яка дорівнює 44000 Дж. Визначте значення електрорушійної сили в вольтах, яку розвиває джерело. |
|
|
|
За 120 секунд через поперечний переріз провідника проходить заряд величиною 240 Кл. Визначте силу електричного струму в амперах. |
|
|
|
Провідник з питомим опором, який дорівнює 0,017 (Оммм2)/м, має довжину 2000 м і переріз 3,4 мм2. Визначте опір провідника в омах. |
|
|
|
По провіднику, що має опір 300 Ом, проходить електричний струм силою 20 А на протязі 1 хвилини. Визначте кількість тепла в джоулях, що виділиться в провіднику за цей час. |
|
|
|
Визначте потужність електричного струму в завданні 4, в ватах. |
|
У разі вірного виконання завдань Σнепарних – Σпарних = 5.
Таблиця 1.2а
Номер відповіді |
Відповіді |
|
|
10. |
|
|
7 200 000. |
|
|
2. |
|
|
120 000. |
|
|
200. |
1.5 Електричне коло і його елементи
1.6 Принципова електрична схема кола
1.7 Розрахункова схема електричного кола
1.8 Розрахунок нерозгалуженого електричного кола
Завдання інформаційно-репродуктивного характеру
Таблиця 1.3
Номер запитання, завдання |
Запитання, завдання |
Номер вірної відповіді |
|
|
Дайте визначення електричного кола. |
|
|
|
Які елементи електричного кола є основними? |
|
|
|
Які елементи електричного кола є допоміжними? |
|
|
|
Що таке вольт-амперна характеристика елемента електричного кола? |
|
|
|
Які елементи електричного кола називаються лінійними? |
|
|
|
Що таке лінійне електричне коло? |
|
|
|
Дайте визначення принципової електричної схеми кола. |
|
|
|
Дайте визначення розрахункової схеми електричного кола. |
|
|
|
Що таке потенціал точки розрахункової схеми електричного кола? |
|
|
|
Що таке напруга (спадання напруги) на ділянці кола? |
|
|
|
Сформулюйте закон Ома для замкнутого кола. |
|
|
|
Сформулюйте закон Ома для ділянки кола без електрорушійної сили. |
|
У разі вірного виконання завдань Σнепарних – Σпарних = 24.
Таблиця 1.3а
Номер відповіді |
Відповіді |
|
|
Графічне і літерне позначення окремих елементів кола, з’єднаних між собою. |
|
|
Залежність між силою струму і напругою на елементі кола. |
|
|
Графічне і літерне позначення фізичних явищ і процесів, які спостерігаються в окремих елементах кола. |
|
|
Сила електричного струму прямо пропорційна напрузі (різниці потенціалів) на ділянці електричного кола і обернено пропорційна опору на ділянці кола. |
|
|
Електричне коло, що складається з лінійних елементів. |
|
|
Джерело, приймач і проводи, що їх з’єднують. |
|
|
Різниця потенціалів на ділянці електричного кола. |
|
|
Вимикачі, рубильники, електровимірювальні прилади та інше. |
|
|
Відношення потенціальної енергії, якою володіють заряди, що рухаються у даній точці кола, до величини цих зарядів. |
|
|
Це сукупність пристроїв, що забезпечують можливість створення електричного струму. |
|
|
Сила електричного струму у колі прямо пропорційна алгебраїчній сумі електрорушійних сил, що діють у колі, і обернено пропорційна сумарному опору кола. |
|
|
Елементи, у яких вольт-амперна характеристика є прямою лінією. |
Завдання практично-стереотипного характеру
Таблиця 1.4
Номер запитання, завдання |
Запитання, завдання |
Номер вірної відповіді |
Д
|
||
1. |
Визначте силу електричного струму в колі в амперах. |
|
2. |
Визначте потенціал точки 4 в вольтах. |
|
3. |
Визначте потенціал точки 1. |
|
4. |
Визначте потенціал точки 3. |
|
5. |
Визначте напругу на ділянці 4-1 в вольтах. |
|
6. |
Визначте напругу на ділянці 1-2 в вольтах. |
|
7. |
Визначте напругу на ділянці 1-3 в вольтах. |
|
8. |
Визначте напругу на ділянці 3-2 в вольтах. |
|
ля
розрахункової схеми електричного
кола
відомо: е.р.с. джерела
E
= 200
В;
внутрішній
опір джерела
Rв
=
5
Ом
;
опір
з'єднувальних проводів Rл
= 15
Ом
; опір
навантаження
Rн
=
30
Ом
; потенціал
точки 2 φ2
=
0.У разі вірного виконання завдань Σнепарних – Σпарних = 10.
Таблиця 1.4а
Номер відповіді |
Відповіді |
|
|
200. |
|
|
120. |
|
|
20. |
|
|
180. |
|
|
4. |
|
|
120 В. |
|
|
180 В. |
|
|
60. |
Завдання інформаційно-репродуктивного характеру
Таблиця 1.5
Номер запитання, завдання |
Запитання, завдання |
Номер вірної відповіді |
Н
|
||
|
|
Запишіть розрахунковий вираз для напруги на затискачах джерела. |
|
|
|
Як розрахувати спадання напруги в лінії електропередачі? |
|
|
|
Як розрахувати напругу на навантаженні? |
|
|
|
Як розрахувати потужність, яку розвиває джерело? |
|
|
|
Як розрахувати втрати потужності в джерелі? |
|
|
|
Як розрахувати втрати потужності в лінії електропередачі? |
|
|
|
Як розрахувати потужність приймача? |
|
|
|
Як скласти баланс потужностей? |
|
|
|
Як розрахувати коефіцієнт корисної дії лінії електропередачі? |
|
|
|
Як розрахувати коефіцієнт корисної дії джерела? |
|
|
|
Як розрахувати коефіцієнт корисної дії електроустановки? |
|
|
|
Запишіть формулу для розрахунку енергії, що споживає навантаження. |
|
|
|
За якої умови по лінії можна передати навантаженню максимальну потужність? Чому буде дорівнювати к.к.д. лінії у цьому випадку? |
|
а
розрахунковій схемі електричного
кола наведено: е.р.с. джерела
E;
внутрішній
опір джерела Rв;
опір
лінії електропередачі
Rл;
опір
навантаження Rн,
сила електричного струму I,
напруга
на затискачах
джерела
UГ,
спадання
напруги в лінії
електропередачі
UЛ,
напруга
на затискачах
навантаження
UН.У разі вірного виконання завдань Σнепарних – Σпарних = 37.
Таблиця 1.5а
Номер відповіді |
Відповіді |
|
|
|
|
|
За умови, що опір лінії дорівнює опору навантаження. Коефіцієнт корисної дії при цьому буде дорівнювати 50 %. |
|
|
Відношення потужності, що віддається генератором у лінію, до потужності, що розвивається ним. |
|
|
Добуток опору лінії електропередачі на квадрат сили електричного струму в лінії. |
|
|
Добуток опору лінії електропередачі на силу електричного струму в лінії. |
|
|
Добуток електрорушійної сили джерела на силу електричного струму в ньому. |
|
|
Добуток опору навантаження на силу електричного струму в ньому. |
|
|
Потужність, що розвивається джерелом, дорівнює сумі потужностей на окремих ділянках електричного кола. |
|
|
Добуток внутрішнього опору джерела на квадрат сили електричного струму в ньому. |
|
|
Добуток опору навантаження на квадрат сили електричного струму в ньому. |
|
|
Відношення потужності приймача до потужності, що розвивається генератором. |
|
|
|
|
|
Відношення потужності навантаження до потужності, що віддається генератором у лінію електропередачі. |
.
.
Завдання практично-стереотипного характеру
Таблиця 1.6
Номер запитання, завдання |
Запитання, завдання |
Номер вірної відповіді |
Д
|
||
|
|
Визначте силу електричного струму в колі в амперах. |
|
|
|
Визначте напругу на затискачах генератора в вольтах. |
|
|
|
Визначте спадання напруги в лінії електропередачі в вольтах. |
|
|
|
Визначте напругу на затискачах навантаження в вольтах. |
|
|
|
Визначте потужність, яку розвиває генератор, в ватах. |
|
|
|
Визначте втрати потужності в генераторі в ватах. |
|
|
|
Визначте потужність, що віддає генератор, в ватах. |
|
|
|
Визначте втрати потужності в лінії електропередачі в ватах. |
|
|
|
Визначте потужність, яку споживає навантаження, в ватах. |
|
|
|
Визначте коефіцієнт корисної дії лінії електропередачі в відносних одиницях. |
|
|
|
Визначте коефіцієнт корисної дії генератора в відносних одиницях. |
|
|
|
Визначте коефіцієнт корисної дії всієї електроустановки в відносних одиницях. |
|
|
|
Визначте кількість електричної енергії, яку споживе електроосвітлювальний пристрій за 2000 годин роботи в кіловат-годинах. |
|
|
|
Визначте вартість електричної енергії у гривнах, яку споживе електроосвітлювальний пристрій за 2000 годин при вартості 1 кВтгод. електричної енергії 0,2 грн. |
|
ля
розрахункової схеми електричного
кола відомо: е.р.с. генератора E
= 150
В;
внутрішній
опір генератора
Rв
=
5
Ом
;
опір
лінії електропередачі
Rл
= 10
Ом
; опір
навантаження
Rн
=
35
Ом.У разі вірного виконання завдань Σнепарних – Σпарних = 47.
Таблиця 1.6а
Номер відповіді |
Відповіді |
|
|
0,78. |
|
|
90. |
|
|
0,7. |
|
|
45. |
|
|
126. |
|
|
105. |
|
|
630. |
|
|
135. |
|
|
405. |
|
|
3. |
|
|
0,9. |
|
|
30. |
|
|
315. |
14. |
450. |
Завдання практично-стереотипного характеру
Таблиця 1.7
Номер запитання, завдання |
Запитання, завдання |
Номер вірної відповіді |
Д
|
||
|
|
Запишіть значення силу струму в колі при замкненому вимикачу в амперах. |
|
|
|
Запишіть значення напруги на затискачах генератора при замкненому вимикачу в вольтах. |
|
|
|
Запишіть значення напруги на затискачах навантаження при замкненому вимикачу в вольтах. |
|
|
|
Визначте спадання напруги в лінії в вольтах. |
|
|
|
Визначте опір лінії в омах. |
|
|
|
Визначте втрати потужності в лінії в ватах. |
|
|
|
Визначте потужність, що віддається генератором, в ватах. |
|
|
|
Визначте потужність навантаження в ватах. |
|
|
|
Визначте опір навантаження в омах. |
|
|
|
Визначте показання амперметра при розімкненому вимикачу в амперах. |
|
|
|
Визначте показання другого вольтметра при розімкненому вимикачу в вольтах. |
|
|
|
Визначте електрорушійну силу генератора. |
|
|
|
Визначте спадання напруги на внутрішньому опорі генератора. |
|
|
|
Визначте внутрішній опір генератора в омах. |
|
|
|
Визначте втрати потужності в генераторі в ватах. |
|
|
|
Визначте потужність, що розвивається генератором, в ватах. |
|
|
|
Визначте коефіцієнт корисної дії лінії електропередачі. |
|
|
|
Визначте коефіцієнт корисної дії генератора. |
|
|
|
Визначте коефіцієнт корисної дії електроустановки. |
|
|
|
Що таке зовнішня характеристика джерела? |
|
|
|
Запишіть рівняння зовнішньої характеристики джерела. |
|
|
|
Запишіть рівняння зовнішньої характеристики генератора з коефіцієнтами при невідомих. |
|
|
|
Коли напруга на затискачах працюючого генератора буде найбільшою? |
|
ана
принципова електрична схема кола,
для якої відомі показання
електровимірювальних приладів при
проведенні
експериментів:
при
замкненому вимикачу SА
амперметр РА
показав
10
А;
вольтметр РV1
показав 240
В
; вольтметр РV2
показав
220
В
; при розімкненому вимикачу SА
вольтметр РV1
показав 250
В.У разі вірного виконання завдань Σнепарних – Σпарних = 46.
Таблиця 1.7а
Номер відповіді |
Відповіді |
|
|
250 В. |
|
|
2. |
|
|
10 В. |
|
|
200. |
|
|
1. |
|
|
240. |
|
|
100. |
|
|
20. |
|
|
2500. |
|
|
220. |
|
|
0,92. |
|
|
10. |
|
|
0,96. |
|
|
2200. |
|
|
0,88. |
|
|
0. |
|
|
Залежність напруги на затискачах джерела від сили струму в колі. |
|
|
22. |
|
|
|
|
|
2400. |
|
|
При розімкненому вимикачу. |
|
|
250. |
|
|
|
.
.Завдання логічно-понятійного характеру
Таблиця 1.8
Номер запитання, завдання |
Запитання, завдання |
Номер вірної відповіді |
Лінійне нерозгалужене електричне коло постійного струму містить реальний генератор, реальну лінію і приймач з регульованою величиною опору. Провести порівняльний аналіз режимів роботи генератора і приймача за наступним алгоритмом, вибравши відповіді з таблиці 1.8а. |
||
|
|
Яким загальним поняттям можна об’єднати генератор і приймач? |
|
|
|
Приведіть чотири ознаки подібності режимів роботи генератора і приймача. |
|
|
|
Приведіть три ознаки розходження режимів роботи генератора і приймача. |
|
|
|
Виділіть головну ознаку подібності режимів роботи генератора і приймача. |
|
|
|
Обгрунтуйте головну ознаку подібності режимів роботи генератора і приймача. |
|
|
|
Виділіть головну ознаку розходження режимів роботи генератора і приймача. |
|
|
|
Обгрунтуйте головну ознаку розходження режимів роботи генератора і приймача. |
|
|
|
Виділіть три шляхи взаємодії генератора і приймача між собою. |
|
|
|
Установіть причинно-наслідковий зв'язок режимів роботи генератора і приймача. |
|
У разі вірного виконання завдань Σнепарних – Σпарних = 16.
Таблиця 1.8а
Номер відповіді |
Варіанти відповіді |
|
|
За допомогою електричного поля. |
|
|
Перетворювачі енергії. |
|
|
Зміною електрорушійної сили. |
|
|
Однаковий струм. |
|
|
Зміною опору навантаження. |
|
|
Різні перетворення енергії. |
|
|
Причиною зміни режиму роботи може бути як джерело, так і приймач. |
|
|
Функціональне призначення. |
|
|
Різні напруги на затискачах. |
|
|
Елемент електричного кола. |
|
|
Є вільні заряди. |
|
|
Різні потужності. |
|
|
Однакові напруги на затискачах. |
|
|
Однакові потужності. |