Методические указания к практическим занятиям (работам) «Изучение последовательного, параллельного и смешанного соединения резисторов, сборка (монтаж) различных электрических схем, измерения»

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Кубанский государственный университет»

Факультет педагогики, психологии и коммуникативистики

Конкурс «Учебник года-2019». Преподаватель ГБПОУ КК «КМТ» Тиунов С.В.

https://konkurs-spo.knorus.ru/

13.00.00 ЭЛЕКТРО-И ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА

11.00.00 ЭЛЕКТРОНИКА, РАДИОТЕХНИКА и СИСТЕМЫ СВЯЗИ

МЕТОДИЧЕСКАЯ УКАЗАНИЯ

К ПРактическим занятиям (РАБОТам) №__

НА ТЕМУ:

«Изучение последовательного, параллельного и смешанного соединения резисторов, сборка (монтаж) различных электрических схем, измерения»

20__

Обоснованность актуальности работы (проекта)

Для подготовки хорошего специалиста в области образования и энергетики, требуются углублённые знания, профессионализм и индивидуальный подход в подготовке. Актуальность нашей работы обусловлена необходимостью индивидуального выполнения лабораторно –практических работ, для этого мы с нашим научным руководителем создали стенд для выполнения практических работ по изучению последовательного, параллельного и смешанного соединения резисторов. Данный стенд позволит подробно изучить электро-радиотехнику, электротехнику и электронику.

Обоснованность новизны конкурсной работы (проекта), основная идея (идеи) предлагаемого инновационного продукта

Новизна нашей работы обусловлена созданием стенда, который позволяет изучать радиодетали, изучать разные схемы, производить электрические измерения и при этом каждая лабораторно-практическая работа будет выполнена студентами по индивидуальному заданию. Так же, идея нашего предлагаемого инновационного продукта заключается в огромном количестве заданий для выполнения данных работ.

Методологическая основа (цель, задачи, гипотеза для научно-исследовательских и опытно-экспериментальных работ, методы исследования и проектирования, этапы работы (тезисно))

Цель проекта:

Цель и задача нашего проекта- добиться индивидуальности выполнения лабораторно-практических работ обучающимися, что позволит исключить списывание. Работа будет выполнена индивидуально каждым обучающимся.

Основные этапы:

Этапами данной работы является научно- исследовательская и опытно- экспериментальная работа во время которой был собран стенд с определённым набором радиодеталей.

Данный стенд выполнен из металлического листа, покрытого краской, на котором расположены следующие радиодетали: переменные резисторы (R1, R2, R3, R4) с номинальной мощностью R1 - 15 Ом , R2 - 470 Ом, R3 - 680 Ом, R4 - 10000 Ом; тумблеры; провода; платформа; постоянные резисторы; зажимы.

На нашем стенде как говорилось ранее есть переменные и постоянные резисторы. Для каждого переменного резистора есть переключатель сопротивления для измерения, а вот номинальная мощность постоянного резистора нужно будет узнать студенту самостоятельно, путём измерений разными приборами. Также есть SA1, SA2, SA3, они присутствуют на данном стенде, чтобы производить сборку различных схем.

Все измерения нужно производить мультиметром. С помощью переключателей 1-3 можно так же во время измерений изменять схему (добавлять или убавлять определенное сопротивление резисторов).

Вот пример используемых радиодеталей и схем:

Виды соединений:

Смешанное соединение:

Этапы выполнения работы:

Итоговые фотографии:

Обоснование тематики работы, её теоретическая и эмпирическое содержание

В данной нашей работе теоретические знания и проводимые различные расчёты можно подтвердить экспериментальным путём при выполнении практической работы, произведя определённые измерения. Тем самым можно будет доказать или опровергнуть полученные расчётные данные. При выполнении работ заполняются таблицы с расчётными и измеренными данными, производится сравнение и вывод о проделанной работе.

При последовательном соединении все элементы связаны друг с другом так, что включающий их участок цепи не имеет ни одного узла.

При параллельном соединении все входящие в цепь элементы объединены двумя узлами и не имеют связей с другими узлами, если это не противоречит условию.

Смешанное соединение резисторов является комбинацией последовательного и параллельного соединения. Иногда подобную комбинацию называют последовательно-параллельным соединением.

Направленность работы на передовые технологии отраслей экономики

Так как в данной работе используется дешёвый материал, запчасти и радиодетали, то данный стенд является общедоступным для его сборки и реализации в учебном процессе. Экономическая составляющая нашего проекта при реализации выполнения ЛПС (лабораторно практического стенда) и определённых затрат составляет 1,5 – 2 тыс. рублей, что по сравнению с аналогичными в десятки раз дешевле.

Возможность внедрения в практику

Данный стенд может быть использован при выполнении различных лабораторно-практических работ по таким предметам как: “Электрорадио техника”, “Электротехника”, “Электричество и магнитизм”, “Электрические измерения”, “Электротехника и электроника”, “Физика” и т.д. Благодаря нашей разработке можно добиться не только индивидуальной работы обучающегося, но и приобретение навыков чтения и сборки электрических схем, электрических измерений и в дальнейшем профессионализма.

Степень апробации работы

Данные стенды были апробированы на занятиях по следующим предметам в КубГУ и ГБПОУ КК «КМТ: «Электрорадиотехника», «Электричество и магнетизм», “Электротехника и электроника”, “Электрические измерения”, а так же в кружке технического творчества “Энергия”. Получен положительный отзыв от преподавателей и студентов.

Приложение 1

1.1 Закон Ома

Закон Ома показывает причинно-следственную связь между напряжением U и величиной тока I. Различают закон Ома для участка цепи и замкнутой цепи, а также закон Ома для участка цепи, содержащего источник электродвижущей силы (ЭДС).

Закон Ома для участка цепи

На рисунке 1 показан участок электрической цепи, представляющей собой резистор R, на концах которого действует напряжение U (разность электрических потенциалов) и по которому протекает электрический ток I.

Резистором называется элемент электрической цепи, который предназначен для ограничения величины тока, и параметром которого является электрическое сопротивление R. В резисторе происходит необратимый процесс преобразования энергии электрической в энергию тепловую.

Закон Ома для участка цепи формулируется следующим образом: ток I прямо пропорционален напряжению U и записывается в виде:

(1)

где I – сила тока (ток, величина тока). Единица измерения тока – ампер [A]^. Ампер – такая величина тока, при которой через поперечное сечение проводника в одну секунду протекает электрический заряд q в один кулон [Кл]. 1 А = Кл/с. Таким образом, сила тока I – это количество электричества q, протекающее

Математически ток i представляет собой в общем случае производную от заряда q по времени t: ;

– коэффициент пропорциональности между током и напряжением. R – электрическое сопротивление, измеряемое в омах [Ом]. Проводник обладает сопротивлением в один Ом, если по нему протекает ток один ампер при напряжении в один вольт [Ом] = [В] / [A];

– электрическая проводимость, то есть величина, обратная сопротивлению; единица ее измерения – сименс [См], [См] = [Ом^-1].

Электрическое сопротивление твердого проводника зависит от его геометрических размеров и материала, из которого он изготовлен. Оно рассчитывается по формуле:

(2)

где l – длина проводника в метрах [м];

S – сечение проводника [м²];

ρ – удельное сопротивление материала [Ом∙м].

В формулу (2) можно подставить величину удельной проводимости материала :

(2а)

(3)

где R_t – сопротивление при температуре t;

R_t0 – сопротивление при температуре t₀;

t₀ – начальная температура проводника, которая принимается равной 20°С;

α [град^-1] – температурный коэффициент сопротивления – ТКR, который для металлов и большинства их сплавов – положительная величина (α 0).

В частности для меди и алюминия ТКR α 0,004 град^-1. Например, при t₀ = 20°С и повышении температуры до величины t = 120°С (рабочая температура большинства электротехнических установок) согласно выражению (3)

то есть сопротивление медных и алюминиевых проводов увеличивается на 40%, что необходимо учитывать при тепловых и вентиляционных расчетах на стадии проектирования электрических машин, трансформаторов и другого электрооборудования.

Увеличение электрического сопротивления металлов (ТКR 0) объясняется тем, что при повышении температуры увеличиваются частота и амплитуда колебаний узлов кристаллической решетки, и повышается число их столкновений с движущимися направленно электронами.

2 Резистор

Резистор – элемент электрической цепи, предназначенной для использования его электрического сопротивления (рис. 7). Резистор преобразует электрическую энергию в тепловую.

Резистор обладает активным сопротивлением и является потребителем электрической энергии.

Сопротивление – коэффициент пропорциональности R между током I, протекающим через резистор и напряжением U, возникающим (падающим) на нем.

На электрических схемах резистор показывается с помощью условного графического обозначения (УГО) (см. рис. 8)

Классификация резисторов

Резисторы общего назначения используются в подавляющем большинстве случаев, когда к резисторы не предъявляются специальные требования. Пример: нагрузка, балласт (поглотитель напряжения), делитель в цепях питания, элемент фильтра, шунт.

Высоковольтные резисторы рассчитаны на работу при больших рабочих напряжениях (свыше 1 кВ) и отличаются повышенными габаритами. Область применения – в качестве делителей напряжения, искрогасителей, поглотителей (балласт), в зарядных и разрядных высоковольтных цепях и т.п.

применения – в устройствах измерения малых токов (измерительные аппаратура, цепи с малыми токами).

Список используемых источников

1. Г.Н Акимова «Электронная техника» Москва 2015г.

2. Б.И. Горошков, А.Б. Горошков «Электронная техника» 2015г.В.А. Шахнов «Конструкторско-технологическое проектирование электронной аппаратуры»

3. В.И. Лачин Н.С., Савелов «Электроника»2005г.

^ Единицы измерения физических величин, названные в честь ученых, обозначаются заглавной буквой.