Расчет электрических цепей в Smath Studio (учебное пособие)

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Оренбургский государственный университет»

Н.Ю. Ушакова, Л.В. Быковская

РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ В

SMATH STUDIO

Практикум

Рекомендовано ученым советом федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Оренбургский государственный университет» для обучающихся по образовательным программам высшего образования по направлениям и специальностям подготовки, входящим в образовательную область «Инженерное дело, технологии и технические науки»

Оренбург

2024

УДК 621.3.01(07) ББК 31.21я7

У 93

Рецензент - кандидат технических наук, доцент Греков Э.Л.

Ушакова, Н.Ю.

У 93 Расчет электрических цепей в SMath Studio: практикум / Н.Ю.Ушакова, Л.В.Быковская; Оренбургский гос. ун-т. – Оренбург:

ОГУ, 2024. – 110 с. ISBN

Практикум предназначен для выполнения расчетно-графических заданий и курсовых работ по дисциплинам «Теоретические основы электротехники» и «Электротехника» в программе компьютерной математики SMath Studiо (https://smath.com/ru-RU). Содержит краткое руководство по работе в программе, примеры выполнения расчетов электрических цепей. Может быть использовано в других дисциплинах, предполагающих изучение раздела «Электротехника».

Практикум предназначен для студентов всех форм обучения, обучающихся по образовательным программам высшего образования по направлениям бакалавриата, входящим в образовательную область «Инженерное дело, технологии и технические науки».

УДК 621.3.01(07)

ББК 31.21я7

© Ушакова Н.Ю., Быковская Л.В., 2024

© ОГУ, 2024

ISBN

2

3

Введение

В процессе освоения курса электротехники обучающимися по образовательным программам высшего образования по направлениям и специальностям подготовки, входящим в образовательную область

«Инженерное дело, технологии и технические науки» требуется проводить сложные математические вычисления. До недавнего времени основным программным пакетом, обладающим всем необходимым математическим аппаратом для электротехнических расчетов, был Mathcad.

В последние годы значительно повысился интерес российских пользователей к бесплатной математической программе SMath Studio, разра-

ботчиком которой является российский программист Андрей Ивашов. Это связано как с реализуемой в настоящее время государственной политикой последовательного перехода организаций в различных областях деятельности на преимущественное использование отечественного и свободного программного обеспечения (ПО) [1], так и с потребностью в доступных и бесплатных программах при дистанционном режиме обучения или работы.

По сравнению с другими математическими программами SMath Studio

имеет ряд явных преимуществ: доступность, малый объем, возможность установки при различных операционных системах как на стационарный компьютер (Windows, Linux), так и на любое мобильное устройство (смартфон,

планшет), наличие облачной версии [2].

В первой главе практикума приведены краткие сведения о пакете SMath Studio, описаны основы работы с программой, необходимые на этапе освоения вычислений. Во второй главе рассмотрены примеры использования пакета

SMath Studio для решения основных задач курсов «Теоретические основы электротехники» и «Электротехника». Приведенные примеры могут быть использованы при выполнении расчетно-графических заданий и в курсовом проектировании.

4

1 Краткое руководство по работе в пакете программной математики SMath Studio

1.1 О программе SMath Studio

SMath Studio (ЭсМат Студио) – это пакет компьютерной математики,

предназначенный для выполнения расчетов в любых областях науки [3].

Программа использует простой синтаксис записи выражений. С её помощью возможно решить практически любую задачу в символьной или цифровой форме, построить двумерные и трехмерные графики, программировать свои собственные математические функции и вызывать их из других программ.

Автором-разработчиком программы является российский программист Андрей Ивашов, руководитель ООО «ЭсМат», рисунок 1.1. Программа внесена в Реестр Российского программного обеспечения (№12849 от 14.02.2022).

Рисунок 1.1 – Контакты разработчика SMath Studio

Для установки программы необходимо зайти на официальный сайт https://www.smath.com/ru-RU , рисунок 1.2.

Рисунок 1.2 – Страница сайта https://www.smath.com/ru-RU

5

SMath Studio совместима с такими операционными системами, как

Windows, Windows Mobile и Linux, доступна в облаке для использования любым современным веб-браузером, имеет мобильную версию (Android, iOS).

Основные достоинства SMath Studio:

–полноценная мультиязычная поддержка (перевод интерфейса более, чем на 30 языков);

–сотни дополнений, распространяемых с открытым исходным кодом,

созданные сторонними разработчиками;

– встроенная возможность сохранения расчётов в виде исполняемых файлов (*.exe) и создания своего приложения с использованием математических формул и других доступные элементы управления.

1.2 Начало работы и интерфейс SMath Studio

После запуска SMath Studio открывается окно (лист), показанное на рисунке 1.3 [3], в котором пользователь будет вводить математические выражения и проводить все необходимые вычисления.

Рисунок 1.3 – Окно программы SMath Studio (Лист)

6

Таблица 1.1 – Кнопки на панели инструментов

В верхней части окна, рисунок 1.3, располагается главное меню, под ним – панель инструментов. В правой части экрана располагаются дополнительные панели, которые служат для быстрого выполнения наиболее

7

часто применяемых команд: «Арифметика», «Матрицы», «Булева», «Функции», «График», «Программирование», «Символы «alfa - omega»

строчные», «Символы «alfa - omega» заглавные». Рядом с названием каждой панели есть значок «+»/«-», позволяющий развернуть или свернуть панель инструментов.

При наведении курсора на пункты главного меню (Файл – Правка – Вид

– Вставка – Вычисление – Сервис – Листы – Помощь) открывается список

«подпунктов», доступных для пользователя. Назначение наиболее используемых кнопок панели инструментов приведено в таблице 1.1.

1.3 Ввод данных

SMath Studio позволяет вводить уравнения и текст в любом месте рабочего листа.

1.3.1 Ввод математических выражений

Перед началом работы на экране курсор имеет вид красного крестика,

который можно поставить в любую выбранную часть поля. В момент ввода математического выражения курсор приобретает вид черного уголка,

охватывающего один или несколько символов.

Для объявления переменной необходимо написать «имя», поставить знак

«присваивания» «:=» с помощью кнопки на панели «Арифметика» или двоеточием на клавиатуре, ввести значение переменной или формулу.

Часть символов, охваченная уголком, – это операнд для следующей операции. Для перемещения уголка на уровень выше используется клавиша пробела, для движения по уровням клавиши со стрелками. Например, для ввода

«пробел», чтобы уголок маркера охватил все выражение, далее нажать оператор

8

«деления» «/», потом опять «пробел», чтобы маркер охватил всю дробь и только после этого вводить «+» d.

Для ввода числовых значений и математических выражений используются клавиатура, дополнительные панели в правой части окна программы, подпункты меню «Вставка». Для ускорения ввода можно активно использовать «горячие клавиши». Подсказка с комбинацией клавиш высвечивается при нажатии на оператор или функцию на панели, или на подпункт меню. Некоторые наиболее часто используемые при вводе «горячие клавиши» приведены в таблице 1.2.

Таблица 1.2 – «Горячие клавиши»

При наборе формулы, необходимо помнить, что при вводе открывающейся скобки SMath Studio вставляет сразу и закрывающуюся скобку. Поэтому после ввода в скобки переменной, перед вводом следующей операции, нужно предварительно не забыть выйти за скобки.

При вводе SMath Studio показывает границу вокруг любой области, в

которой Вы в настоящее время работаете. Когда Вы щелкаете вне области,

окружающая граница исчезает.

9

По умолчанию разделителем целой и дробной части числа в SMath

Studio установлена запятая, разделителем аргументов (например, в функции с несколькими аргументами) – точка с запятой. При желании эти установки можно поменять во вкладке Сервис – Опции – Интерфейс.

Редактирование введенных выражений производится стандартными для всех Windows приложений способами. Копирование, вырезка, вставка областей осуществляется либо через верхнее меню или меню правой кнопки мыши, либо традиционным сочетанием клавиш.

Рабочие листы SMath Studio читаются сверху вниз и слева направо.

Соответственно ссылаться на введённую величину можно только ниже и правее от уравнения, которое определяет её.

После ввода выражения для его подсчета необходимо ввести знак

«равенства» «=».

1.3.2 Ввод текстовой области

Текстовую область можно ввести несколькими способами.

–нажав клавишу «пробел» при введении выражения, при этом вводимое математическое выражение автоматически преобразуется в текст, а маркер из уголка превратится в вертикальную линию;

–выбрав пункт Текстовая область из меню Вставка;

–нажав комбинацию клавиш <Shift>+ <"> (двойные кавычки) на английской раскладке клавиатуры.

1.3.3 Форматирование математической и текстовой областей

В SMath Studio на панели инструментов есть достаточно широкий набор

кнопок, позволяющих форматировать введенные математические и текстовые

выражения и фрагменты:

10