Добавить материал и получить бесплатное свидетельство о публикации в СМИ
Эл. №ФС77-60625 от 20.01.2015
Инфоурок / Физика / Другие методич. материалы / Лабораторные работы по электротехнике для профессии станочник

Лабораторные работы по электротехнике для профессии станочник



  • Физика

Поделитесь материалом с коллегами:

Лабораторная работа №1.


«Тренировочные упражнения по сборке электрических схем. Выбор электроизмерительных приборов и аппаратуры для заданных условий».


Цель работы: приобретение первоначальных практических навыков в сборке простейших электрических схем и выборе электроизмерительных приборов, используемых в схеме.


Оборудование: амперметр, вольтметр, лампочка, резистор, реостат, соединительные проводники, источник тока, ключ.


Кратка теория.


Электрическая цепь представляет собой совокупность устройств, предназначенных для прохождения в них электрического тока.

В электрической цепи происходит преобразование энергий: механическая и химическая переходят в электрическую, а электрическая – в тепловую, световую, механическую и др.

Электрические цепи могут быть неразветвлёнными и разветвлёнными.

Ветвью называют участок цепи, по которому протекает один и тот же ток, а узлом-- место соединения ветвей электрической цепи.

Наибольшие трудности возникают при сборке электрических цепей и анализе их работы. Хорошо зная условия существования тока в цепи, правила включения электроизмерительных приборов и нагрузки, некоторые обучающиеся затрудняются произвести электрической цепи, выполнить соответствующие измерения или подобрать параметры элементов цепи. Поэтому первым этапом работы будет работа с графическим дидактическим материалом.

Формирование навыка сборки электрических цепей—задача более сложная и требует сочетания различных видов деятельности. В её решении необходимо проделать следующую работу: научиться соединять изображенные элементы электрической цепи произвольными линиями, символизирующими соединительные провода, в соответствии с заданными условиями, по этому рисунку составить принципиальную схему и по ней собрать электрическую цепь из имеющихся элементов.


Порядок выполнения работы.


  1. Соединить, изображенные элементы электрической цепи произвольными линиями, символизирующими соединительные провода, в соответствии с заданными условиями.

  2. По выполненному рисунку собрать электрическую цепь, для чего выбрать из предложенных приборов необходимые элементы цепи.

  3. Снять показания измерительных приборов.

  4. Сделать вывод.

















































Лhello_html_m4e60c1b0.gifабораторная работа №2.



«Исследование работы электрической цепи и её элементов. Неразветвлённая цепь с переменным сопротивлением приёмника энергии».


Цель работы: научиться собирать электрические цепи, снимать показания приборов и с их помощью определять другие величины и строить графики зависимости I=f(R); U=f(R) и Р= f(R).


Оборудование: источник тока, ключ, приёмник энергии с переменным сопротивлением (реостат, магазин сопротивлений), амперметр, вольтметр, соединительные проводники.


Краткая теория.


Физические явления, происходящие в неразветвлённой цепи постоянного тока с переменным сопротивлением приёмника энергии, сопротивление которой меняется от нуля до бесконечности, можно объяснить с помощью закона Ома для всей цепи.

Ток в этом случае определяется по формуле: I=ε/(R+R0).

Напряжение на зажимах источника питания будет равно:U=I·R=ε-I·R0.

Мощность источника питания: Р1= ε·I, а мощность потребителя: Р2=I·U.

Зная мощности Р1 и Р2 , можно определить коэффициент полезного действия:η= Р1/ Р2 .

При холостом ходе(х.х), когда R=∞( сопротивление нагрузки бесконечно велико), Iх.х=ε/(∞+R0)=0; при этом напряжение на зажимах источника питания будет иметь наибольшее значение, равное ЭДС: Uх.х = ε.

При коротком замыкании (к.з), когда R=0 ток достигает наибольшего значения: Iк.з=ε/R0, а напряжение на зажимах питания: Uк.з=0.



Порядок выполнения работы и указания:


  1. Ознакомиться с измерительными приборами и оборудованием, необходимым для выполнения работы.

  2. Собрать электрическую цепь по приведённой схеме и представить преподавателю для проверки.






  1. Установить наибольшее сопротивление в цепи, измерить силу тока и напряжение измерения занести в таблицу.

  2. Уменьшая постепенно сопротивление приёмника энергии измерить ток и напряжение (2-3 раза) измерения занести в таблицу.

  3. По результатам измерений рассчитать R, Р12, η , полученные величины занести в таблицу.



Контрольные вопросы:


  1. Какой режим электрической цепи называется режимом холостого хода?

  2. Какой режим электрической цепи называется режимом короткого замыкания?

  3. При каком соотношении сопротивления нагрузки и внутреннего сопротивления источника питания развивается наибольшая полезная мощность?

  4. Какой режим электрической цепи обеспечивает наибольший коэффициент полезного действия?

  5. Как изменяется коэффициент полезного действия при изменении тока?




















Лабораторная работа №3.


«Изучение законов Кирхгофа в применении к многоконтурной цепи».

Цель работы: проверить законы Кирхгофа опытным путём.


Приборы и оборудование: два источника постоянного тока, три амперметра, вольтметр, три резистора, два ключа, соединительные проводники.



Краткая теория.


Для расчёта электрических цепей любой конфигурации и сложности часто используют законы Кирхгофа, являющиеся следствием закона сохранения энергии.

Первый закон Кирхгофа применяется к узлам электрической цепи и формулируется следующим образом: в узле электрической цепи алгебраическая сумма токов равна нулю: Σ I n=0.


В эту сумму входят токи с разными знаками, в зависимости от их направления по отношению к узлу: токи, направленные к узлу, принято считать положительными, а токи, направленные от узла,- отрицательными. С учётом этого положения можно дать другую формулировку первого закона Кирхгофа: сумма токов, направленных к узлу электрической цепи, равна сумме токов, направленных от этого узла. I общ = I1+ I2+ I n .

Второй закон Кирхгофа применяют к контурам электрических цепей, и выражает баланс напряжений в них: в любом замкнутом контуре электрической цепи алгебраическая сумма ЭДС равна алгебраической сумме падений напряжений на сопротивлениях, входящих в контур: Σ Е = Σ I·R.

При составлении уравнений по закону Кирхгофа ЭДС, направление которой совпадает с направлением произвольно выбранного обхода контура, учитывается со знаком «+», при несовпадении этих направлений - со знаком «-». Если направление тока в сопротивлении совпадает с направлением обхода, то падение напряжения на этом сопротивлении учитывается со знаком «+», если не совпадает – со знаком «-».








Порядок выполнения работы и указания.


  1. Ознакомиться с приборами и оборудованием, используемыми в работе.

  2. До сборки электрической цепи измерить ЭДС источников питания Е1 и Е2.

  3. Собрать электрическую цепь согласно рисунку и показать её преподавателю для проверки.

  4. Включить оба источника ЭДС и измерить токи в ветвях цепи и падение напряжения на сопротивлениях.

  5. По данным измерений рассчитать сопротивления резисторов.

  6. Результаты измерений и вычислений записать в таблицу:



  1. Проверить по первому закону Кирхгофа баланс токов для узла цепи.

  2. Проверить по второму закону Кирхгофа баланс напряжений и ЭДС для всех контуров электрической цепи.

  3. Сделать выводы относительно опытного подтверждения законов Кирхгофа и составить отчет о проделанной работе.


Контрольные вопросы:


  1. Как формулируется первый закон Кирхгофа?

  2. Какие токи при составлении уравнений по первому закону Кирхгофа следует считать положительными, а какие отрицательными?

  3. Как формулируется второй закон Кирхгофа?

  4. Какие ЭДС и падения напряжений при составлении уравнений по второму закону Кирхгофа следует считать положительными и какие отрицательными?

  5. Сколько контуров в исследуемой электрической цепи?














Лабораторная работа №5.


«Последовательное соединение катушки индуктивности и резистора».



Цель работы: исследовать работу электрической цепи переменного тока, содержащей последовательно включенные активное и индуктивное сопротивления и определить индуктивность катушки.


Приборы и оборудование: источник переменного тока, амперметр, вольтметр, реостат, катушка индуктивности с подвижным стальным сердечником, разъединитель цепи, соединительные проводники.


Краткая теория.


Магнитный поток пронизывающий катушку пропорционален току, протекающему через катушку: Ф = L·I,

где L- коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом самоиндукции или индуктивностью катушки.

Индуктивность катушки зависит от её параметров: L= µµ0NS/l,

где N-число витков катушки,

S – площадь поперечного сечения катушки [м2],

l - длина катушки[м ] ,

µ - магнитная проницаемость сердечника.

В цепи постоянного тока катушка обладает только активным сопротивлением R, которое равно сопротивлению провода, которым намотана катушка.

В цепи переменного тока идеальная катушка (активное сопротивление корой равно нулю) обладает только индуктивным сопротивлением: XL= ω· L,

где ω – круговая или циклическая частота переменного тока[рад/с]: ω=2πf, где f=50Гц – промышленная частота переменного тока.

Синусоидальный ток через идеальную катушку отстаёт по фазе от напряжения на катушке на 900.

При включении в цепь переменного тока реальной катушки т.е. обладающей и активным и индуктивным сопротивлением, её полное сопротивление будет равно: Z = √ R2 + (ω· L)2.

Фазовый угол, на который отстает ток в реальной катушке от приложенного напряжения, определяется по формуле: tg φ = ω· L/ R.

Включив катушку в цепь переменного тока и измерив ток и напряжение, мы можем по закону Ома определить её полное сопротивление: Z = U/R.

Из формулы Z = √ R2 + (ω· L)2 определяем индуктивность: L=√Z2 – R2/ ω.



Порядок выполнения работы.


  1. Для проведения измерений соберите электрическую цепь:









  1. После проверки преподавателем подключите источник питания.

  2. Изменяя реостатом силу тока в цепи, проведите три измерения силы тока и напряжения без сердечника и три измерения с сердечником.

  3. Результаты измерений занесите в таблицу (значение R уточните у преподавателя). Оформить отчёт.


Контрольные вопросы.


  1. Чему равно индуктивное сопротивление, и в каких единицах его измеряют?

  2. Каким образом можно изменить индуктивное сопротивление?

  3. Почему при включении катушки в цепь переменного тока, ток протекающий по катушке отстает от напряжения на угол φ?















Лабораторная работа №6.


«Последовательное соединение конденсатора и резистора».


Цель работы: исследовать работу неразветвленной цепи переменного тока, содержащей активное и емкостное сопротивления.


Оборудование: батарея конденсаторов, вольтметр, амперметр, реостат, источник переменного тока.


Краткая теория.


Между зарядом проводника q и его потенциалом φ существует прямо пропорциональная зависимость: q = С ·φ.

Коэффициент С зависит только от размеров и формы проводника, а так же от диэлектрической проницаемости диэлектрика, проложенного между проводниками и называется ёмкостью проводника.

Конденсатор – это элемент электрической цепи, состоящий из двух металлических обкладок, отделённых одна от другой слоем диэлектрика. Ёмкость плоского конденсатора определяется по формуле:

С=εε0 S/d, где

S- площадь обкладки конденсатора [м2];

ε - диэлектрическая проницаемость диэлектрика;

ε0 –электрическая постоянная;

d – расстояние между обкладками [м].

Если к конденсатору приложено синусоидальное напряжение:

U=U0 sin ωt,

то ток зарядки-разрядки конденсатора будет равен:

І=ωСU0 sin(ωt + 900).

Таким образом, ток на участке цепи, содержащем ёмкость, будет опережать напряжение на 900 ,и также будет иметь синусоидальную форму:

І= І0 sin(ωt + 900),

Где І0 = ωСU0 – амплитуда силы тока,

Іэф = ωСUэф – действующее (эффективное ) значение тока,

Xс – емкостное сопротивление: Xс = 1/ωС.

Таким образом, Іэф = Uэф / Xс ; Xс = Uэф/ Іэф ; С= Іэф / ωUэф









Порядок выполнения работы.


  1. Собрать электрическую цепь по схеме:









  1. Изменяя реостатом величину тока в цепи, провести три измерения тока и напряжения.

  2. Записать показания вольтметра и амперметра в таблицу:


  1. По формуле С= Іэф / ωUэф вычислить три значения ёмкости С и найти среднее. Записать его в таблицу.



Контрольные вопросы:


  1. От чего зависит величина емкостного сопротивления?

  2. Каково значение емкостного сопротивления для постоянного тока?

  3. К сети с синусоидальным напряжением частотой 50 Гц подключен конденсатор, последовательно с ним включен амперметр, который показывает 2А, Параллельно конденсатору включен вольтметр, который показывает 220 В. Определить величину емкости.













Лабораторная работа №8.


Исследование работы двигателя постоянного тока.


Цель работы: изучить принцип действия и устройство двигателя постоянного тока.


Оборудование: модель электродвигателя, источник тока, ключ, магнит дугообразный. Соединительные проводники, подставка для якоря электродвигателя.


Краткая теория.


Двигатель постоянного тока, как и любой электродвигатель, преобразует электрическую энергию, потребляемую из сети (источника питания), в механическую энергию вращения на валу электродвигателя.

Двигатель состоит из электромагнитов постоянного тока(или постоянных магнитов) и якоря, снабженного коллектором и щетками.


Ход работы.


  1. Включить электродвигатель в цепь и пронаблюдать за его работой.

  2. Изменяя напряжение на зажимах электродвигателя, определите визуально и на слух, как изменяется число оборотов электродвигателя.

  3. Приподнимите щетки, отверните винт крепления подшипников и выньте якорь. Рассмотрите устройство и укажите назначение таких частей электродвигателя: сердечник якоря; обмотка якоря; коллектор; шкив; подшипники якоря; щетки; катушки возбуждения и их полюсные наконечники. Как осуществляется подводка тока к катушкам возбуждения?

  4. Собрать электродвигатель с постоянным магнитом, для чего уложить якорь в прорези подставки и установить над ним дугообразный магнит. Прикосновением к пластинам коллектора, оголенными концами проводов, соединенных с источником тока, привести якорь во вращение.

  5. Поменять местами полюсы дугообразного магнита, а затем направление тока в обмотке якоря. Как это повлияет на направление вращения якоря?

  6. Поставить якорь на свое место в статоре электродвигателя и включением тока привести его в действие.

  7. Написать отчет.





Контрольные вопросы.


  1. На чем основан принцип работы электродвигателя?

  2. Назовите основные части электродвигателя.

  3. В чем состоит принцип обратимости электрических машин?








































Лабораторная работа №9.


«Исследование работы однофазного трансформатора».


Цель работы: практическое усвоение приемов лабораторного исследования однофазного трансформатора и определение его параметров.


Оборудование: трансформатор школьный разборный с двумя одинаковыми катушками, выпрямитель, имеющий вывод регулируемого переменного напряжения в 8-20В, авометр школьный. Реостат ползунковый на 0.4 а, 1000 Ом, ключ лабораторный, провода соединительные.

Краткая теория.


Применяемый в работе трансформатор состоит из двух катушек и разборного сердечника, Г-образные части которого соединяются стяжным болтом с барашком.

В данной работе надо ознакомиться с устройством трансформатора и определить его параметры: коэффициент трансформации и КПД.

Коэффициент трансформации рассчитывают по формуле: k =U1/ U2,

где U1 и U2 – действующие значения напряжений в первичной и вторичной обмотках трансформатора. Напряжения измеряют с помощью авометра при разомкнутой вторичной обмотке (холостой ход).

Во время работы трансформатора под нагрузкой часть энергии расходуется на нагревание обмоток (потри в меди) и сердечника (потери в стали). Определив потери, можно вычислить коэффициент полезного действия трансформатора: η= Р2/ Р1, где Р1- мощность, потребляемая первичной обмоткой из сети, а Р2- мощность, выделяемая во вторичной обмотке.


Выполнение работы.


  1. Ознакомьтесь с устройством трансформатора. Подготовьте таблицу для записей результатов измерений и вычислений.





  1. Отвинтите барашек и разберите трансформатор. К катушке на 127 В присоедините источник переменного напряжения в 8В и авометр, переключив его предварительно на измерение переменного тока до 500 мА. Измерьте ток в цепи После этого измерьте ток в той же катушке при введении в неё сначала половины сердечника , а затем при полном замыкании сердечника. Сравните результаты и объясните изменение тока.

  2. Соберите трансформатор с двумя одинаковыми катушками на 127-220 В. Секцию на 127В одной из катушек подсоедините через ключ к зажимам переменного напряжения 20В. Переключите авометр на измерение переменного напряжения до 50 В и измерьте напряжение U1 и U2 на зажимах первой и второй катушек.

  3. Вычислите коэффициент трансформации.

  4. Разомкните цепь и подключите к зажимам 220 В вторичной катушки реостат так, чтобы он полностью был введен.

  5. Измерьте напряжения, а затем токи в первичной и вторичной обмотках. Для измерения напряжения воспользуйтесь шкалой переменного напряжения авометра до 50 В. А тока - шкалой переменного тока до 500 мА.

  6. Вычислите потребляемую мощность Р1, полезную мощность Р2 и коэффициент полезного действия η.

  7. Опыт повторите еще три раза, меняя с помощью реостата сопротивление нагрузки так, чтобы напряжение на вторичной обмотке менялось каждый раз примерно на 5 В.


Контрольные вопросы.


  1. Почему сердечник трансформатора собирают из пластин электротехнической стали?

  2. Почему напряжение измеряют при определении коэффициента трансформации при разомкнутой вторичной цепи?

  3. Почему КПД промышленных трансформаторов значительно больше , чем применяемого в работе?













Лабораторная работа №10.


«Исследование работы полупроводникового диода».


Цель работы: практическое усвоение приемов лабораторного исследования работы полупроводникового диода и снятие вольт – амперной характеристики.


Оборудование: полупроводниковый диод, выпрямитель или батарея аккумуляторов, миллиамперметр, вольтметр, потенциометр на 100 Ом, выключатель, соединительные провода с наконечниками.



Краткая теория.


Основной деталью полупроводникового диода является монокристаллическая пластинка германия (или кремния). К одной из сторон этой пластинки приварена капля индия. В результате в пластинке, имеющей сначала лишь электронную проводимость, образовались две разграниченные области с электронной (n) и дырочной (р) проводимостями. На границе этих областей образовался так называемый электронно – дырочный переход (n-р).

Основным свойством n – р- перехода является односторонняя проводимость т.е. хорошо проводит ток прямого направления и практически не проводит ток обратного направления.

ВАХ – вольт - амперная характеристика – это график зависимости силы тока от напряжения f=I(U), состоит из двух ветвей прямой Iпр (возрастающей) и обратной Iобр (практически совпадающей с осью абсцисс).

Прямой ток велик, так как создан основными носителями заряда, а их очень много при подключении напряжения прямой полярности (направление внешнего поля противоположно направлению контактного поля, что уменьшает запирающий слой у границы раздела р - и n- областей) ширина двойного слоя уменьшается, и в цепи возникает большой прямой ток Iпр.

Обратный ток очень мал, так как создан неосновными носителями заряда при подключении напряжения обратной полярности (направление внешнего поля совпадает по направлению с контактным полем и вызывает рост запирающего слоя и не даёт возможности проходить основным носителям заряда через n – р- переход ).








Порядок выполнения работы.


  1. Подготовьте в тетради две таблицы для записей результатов измерений и вычислений.

Таблица 1.

Таблица 2.
  1. Исследуйте зависимость прямого тока от величины приложенного напряжения. Для этого соберите электрическую цепь по схеме, показанной на рисунке. Диод включите в пропускном направлении, обратив внимание на знаки + и - ,указанные на его панели. Источником тока в этих измерениях служит выпрямитель или один аккумулятор. Напряжение на диод подают с потенциометра и измеряют вольтметром со шкалой 3В. Прямой ток диода_ миллиамперметром, включенным вначале со шкалой 7,5 мА, а затем со шкалами 15 и 30 мА. Увеличивая напряжение на диоде каждый раз примерно на 0,02 В, запишите показания обоих приборов в таблицу1.

  2. Исследуйте зависимость обратного тока диода от величины, приложенного к диоду напряжения. Для этого соберите электрическую цепь по новой схеме, изображенной на рис 3., обратите внимание на отличие включения диода и вольтметра. Увеличивая напряжение на 1В, каждый раз измеряйте величину обратного тока диода. Результмты измерений запишите в таблицу 2.

  3. по данным двух таблиц постройте график зависимости силы тока от приложенного напряжения.


Контрольные вопросы.

  1. Почему при длительном прохождении прямого тока через диод сопротивление диода уменьшается?

  2. Зачем изменяют схему включения приборов при измерении прямого и обратного токов в диоде?

  3. На каком участке вольт -амперной характеристики сопротивление диода остается почти постоянным?


Автор
Дата добавления 30.11.2016
Раздел Физика
Подраздел Другие методич. материалы
Просмотров46
Номер материала ДБ-402865
Получить свидетельство о публикации


Включите уведомления прямо сейчас и мы сразу сообщим Вам о важных новостях. Не волнуйтесь, мы будем отправлять только самое главное.
Специальное предложение
Вверх