Тести практично-стереотипного характеру

Таблиця 1.12

Номер запитання, завдання

Запитання, завдання

Номер вірної відповіді

R₂

U₃₆

U₁₃

U₅₁

E₁

R₁

U₃₄

U₁₂

E₂

Для розрахункової схеми електричного кола зарядки акумулятора відомо: е.р.с. генератора Е₁ = 140 В,внутрішній опір генератора R₁ =3 Ом, опір регулюючого реостата R = 5 Ом,внутрішній опір акумулятора R₂ =2 Ом, е.р.с. акумулятора
Е₂ =40 В.

Визначте силу електричного струму в колі в початковий момент зарядки акумулятора в амперах.

Визначте спадання напруги на внутрішньому опорі генератора в початковий момент зарядки акумулятора в вольтах.

Визначте напругу на затискачах генератора в початковий момент зарядки акумулятора в вольтах.

Визначте спадання напруги на опорі регулювального реостата в початковий момент зарядки акумулятора в вольтах.

Визначте напругу на затискачах акумулятора в початковий момент його зарядки в вольтах.

Визначте спадання напруги на внутрішньому опорі акумулятора в початковий момент його зарядки.

Визначте потужність, що розвиває генератор в початковий момент зарядки акумулятора, в ватах.

Визначте втрати потужності в генераторі в початковий момент зарядки акумулятора в ватах.

Визначте потужність, що віддає генератор в початковий момент зарядки акумулятора, в ватах.

Визначте втрати потужності в регулювальному реостаті в початковий момент зарядки акумулятора в ватах.

Визначте потужність, що споживає акумулятор в початковий момент його зарядки, в ватах.

Визначте втрати потужності в акумуляторі в початковий момент його зарядки в ватах.

Визначте потужність, що накопичується в акумуляторі в початковий момент його зарядки, в ватах.

R₁

Е₁

R₂

Е₂

Для розрахункової схеми ділянки електричного кола відомо: е.р.с. першого джерела E₁ = 25 B, е.р.с. другого джерела
E₂ = 50 B, опори: R₁ = 20 Ом, R₂ = 30 Ом, напруга на затискачах а-b U = 75 B.

Визначте силу електричного струму в амперах.

Визначте спадання напруги на першому резисторі в вольтах.

Визначте спадання напруги на другому резисторі.

Визначте потужність, що виділяється у вигляді тепла на ділянці кола.

U₁

R₂

U_Л

R_Л

U₂

Для розрахункової схеми електричного кола відомо: е.р.с. генератора Е = 120 В, опір лінії електропередачі Rл= 3 Ом, опір навантаження R₂ будемо змінювати від 0 до ∞.

Запишіть умову, за якої по лінії електропередачі можна передати максимальну потужність навантаженню.

Визначте силу електричного струму в колі для даних умов в амперах.

Визначте максимальну потужність, яку можна передати навантаженню, в ватах.

У разі вірного виконання тестів Σ_{непарних} – Σ_парних = –10.

Таблиця 1.12а

Номер відповіді Відповіді

1200.

1100.

30.

500.

110.

600.

60.

200.

10.

400.

50.

2.

20.

40.

60 В.

200 Вт.

300.

1400.

20 В.

R_н = R_л = 3 Ом.

Тести практично-стереотипного характеру

Таблиця 1.13

Номер запитання, завдання Запитання, завдання Номер вірної відповіді

РV₂

РA

РV₁

SA

+

–

ЛЕП

ЛЕП

G

ЕL

Дана 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.

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?

У разі вірного виконання тестів Σ_{непарних} – Σ_парних = 46.

Таблиця 1.13а

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 1.14

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 1.14а.

1. Яким загальним поняттям можна об’єднати генератор і приймач?

2. Приведіть чотири ознаки подібності режимів роботи генератора і приймача.

3. Приведіть три ознаки розходження режимів роботи генератора і приймача.

4. Виділіть головну ознаку подібності режимів роботи генератора і приймача.

5. Обгрунтуйте головну ознаку подібності режимів роботи генератора і приймача.

6. Виділіть головну ознаку розходження режимів роботи генератора і приймача.

7. Обгрунтуйте головну ознаку розходження режимів роботи генератора і приймача.

8. Виділіть три шляхи взаємодії генератора і приймача між собою.

9. Установіть причинно-наслідковий зв'язок режимів роботи генератора і приймача.

У разі вірного виконання завдань Σ_{непарних} – Σ_парних = 16.

Таблиця 1.14а

Номер відповіді Варіанти відповіді

1. За допомогою електричного поля.

2. Перетворювачі енергії.

3. Зміною електрорушійної сили.

4. Однаковий струм.

5. Зміною опору навантаження.

6. Різні перетворення енергії.

7. Причиною зміни режиму роботи може бути як джерело, так і приймач.

8. Функціональне призначення.

9. Різні напруги на затискачах.

10. Елемент електричного кола.

11. Є вільні заряди.

12. Різні потужності.

13. Однакові напруги на затискачах.

14. Однакові потужності.

Лабораторна робота № 1.1

1. Опис експериментальної установки

Експериментальна установка складається з генератора постійного струму G, освітлювальної установки EL, вимикача SA, амперметра РА, вольтметра РV.

РV

SА

+

–

G

ЕL

РA

Принципова електрична схема експериментальної установки наведена на рисунку 1.1.

Рисунок 1.1 - Принципова електрична схема експериментальної установки.

Для складання схеми необхідно мати 6 провідників (на схемі позначені номерами 1-6).

2. Розрахункова схема експериментальної установки

При складанні розрахункової схеми прийняті наступні допущення:

- фізичними явищами в джерелі нехтують;

- опори з’єднувальних проводів і контактів вимикача дорівнюють нулю;

- опір обмотки амперметра дорівнює нулю;

- опори обмоток вольтметрів дорівнюють нескінченності, тобто електричний струм у них не протікає.

Тоді розрахункова схема електричного кола експериментальної установки має вигляд, наведений на рисунку 1.2.

I

R_Н

U_Н

Рисунок 1.2 - Розрахункова схема ділянки електричного кола експериментальної установки.

На розрахунковій схемі введені наступні умовні позначення:

U_Н – напруга на затискачах освітлювальної установки (на навантаженні), В;

R_Н – опір освітлювальної установки (навантаження), Ом;

I – сила струму в колі (на ділянці навантаження), А.

3. Завдання з виконання експериментального дослідження

3.1 Зібрати схему експериментальної установки.

3.2 Подати напругу на затискачі експериментальної установки.

3.3 Зняти показання приладів, результати занести в таблицю 1.15.

Таблиця 1.15

№ п/п Умови проведення експерименту Показання приладів

I, А U, В

Вимикач SА замкнений

3.4 Визначити за допомогою експериментальних даних опір освітлювального пристрою, використовуючи закон Ома для ділянки кола:

.

3.5 Визначити потужність, спожиту освітлювальним пристроєм, використовуючи рівняння:

.

3.6 Визначити енергію, спожиту освітлювальним пристроєм за 1000 годин роботи, використовуючи рівняння:

,

де t – час роботи електроосвітлювального пристрою, с.

3.7 Визначити електричну енергію, спожиту освітлювальним пристроєм за
1000 годин роботи, використовуючи рівняння:

,

де t – час роботи електроосвітлювального пристрою, год.

3.8 Занести отримані значення в таблицю 1.16.

Таблиця 1.16

№ п/п Фізичні величини, що характеризують ділянку кола

R_Н, Ом Р_Н, Вт Q_Н, Дж W_Н, кВт∙год

3.9 Підтвердити за допомогою експериментальних даних закон Ома для ділянки кола без електрорушійної сили, використовуючи його рівняння для досліджуваної ділянки кола:

.

Лабораторна робота № 1.2

1. Опис експериментальної установки

Експериментальна установка складається з генератора постійного струму G, лінії електропередачі ЛЕП, освітлювальної установки EL, вимикача SA, амперметра РА, двох вольтметрів РV₁ і РV₂.

РV₂

РA

SА

+

–

ЛЕП

ЛЕП

G

ЕL

РV₁

Принципова електрична схема експериментальної установки наведена на рисунку 1.3.

Рисунок 1.3 - Принципова електрична схема експериментальної установки.

Для складання схеми необхідно мати 10 провідників (на схемі позначені номерами 1-10).

2. Розрахункова схема експериментальної установки

При складанні розрахункової схеми прийняті наступні допущення:

- опори з’єднувальних проводів і контактів вимикача дорівнюють
нулю;

- опір обмотки амперметра дорівнює нулю;

- опори обмоток вольтметрів дорівнюють нескінченності, тобто електричний струм у них не протікає.

U_П

R_П

U_В

E

R_B

U_Н

R_H

U_Г

I

R_З

U_З

Тоді розрахункова схема електричного кола експериментальної установки має вигляд, наведений на рисунку 1.4.

Рисунок 1.4 - Розрахункова схема електричного кола експериментальної установки.

На розрахунковій схемі введені наступні умовні позначення:

Е – е.р.с. генератора, В;

R_В – внутрішній опір генератора, Ом;

R_П – опір прямого проводу ЛЕП, Ом;

R_З – опір зворотного проводу ЛЕП, Ом;

R_Н – опір освітлювальної установки (навантаження), Ом;

U_В – спадання напруги на внутрішньому опорі генератора, В;

U_П – спадання напруги на прямому проводі лінії, В;

U_З – спадання напруги на зворотному проводі лінії, В;

U_Г – напруга на затискачах генератора, В;

U_Н – напруга на затискачах освітлювальної установки (на навантаженні),В;

I – сила струму в колі, А.

3. Завдання з виконання експериментального дослідження

3.1 Зібрати схему експериментальної установки.

3.2 Подати напругу на затискачі експериментальної установки.

3.3 Зняти показання приладів, результати занести в таблицю 1.17.

Таблиця 1.17

№ п/п Умови проведення експерименту Показання приладів

I, А U₁, В U₂, В

Вимикач SА розімкнений

Вимикач SА замкнений

3.4 Визначити за допомогою експериментальних даних електрорушійну силу генератора, використовуючи рівняння зовнішньої характеристики
генератора:

і дослід холостого ходу, тобто роботи генератора без навантаження (перший експеримент).

3.5 Визначити за допомогою експериментальних даних загальний опір лінії електропередачі, використовуючи рівняння спадання напруги в лінії:

де U_Л – спадання напруги в лінії, В;

R_Л – загальний опір лінії, що складається із суми опорів прямого і зворотного проводів, Ом;

I – cила струму в колі, А;

і показання приладів (другий експеримент).

3.6 Визначити за допомогою експериментальних даних опір освітлювального пристрою, використовуючи закон Ома для ділянки кола:

і показання приладів при навантаженні генератора (другий експеримент).

3.7 Визначити внутрішній опір генератора, використовуючи рівняння
зовнішньої характеристики генератора:

і показання приладів при навантаженні генератора (другий експеримент).

3.8 Визначити потужність, що розвивається генератором при навантаженні, використовуючи рівняння:

і експериментальні дані.

3.9 Визначити потужність, що віддається генератором при навантаженні в лінію електропередачі, використовуючи рівняння:

і експериментальні дані.

3.10 Визначити потужність, спожиту освітлювальним пристроєм, використовуючи рівняння:

.

3.11 Визначити потужність, що втрачається в генераторі при навантаженні, використовуючи рівняння:

і експериментальні дані.

3.12 Визначити потужність, що втрачається в лінії електропередачі при
навантаженні, використовуючи рівняння:

і експериментальні дані.

3.13 Скласти баланс потужностей, використовуючи розрахункові дані:

.

3.14 Визначити коефіцієнт корисної дії лінії електропередачі, використовуючи рівняння:

і експериментальні дані.

3.15 Визначити коефіцієнт корисної дії генератора при навантаженні,
використовуючи рівняння:

.

3.16 Занести отримані значення в таблицю 1.18.

Таблиця 1.18

№ п/п Фізичні величини, що характеризують коло

Е, В R_В, Ом R_Л, Ом R_Н, Ом Р, Вт Р_В, Вт Р_Г, Вт Р_Л, Вт Р_Н, Вт η_Л η_Г

3.17 Підтвердити за допомогою експериментальних даних закон Ома для замкненого кола, використовуючи його рівняння для досліджуваного кола:

.

3.18 Експериментально підтвердити три умови виникнення електричного струму.

ТЕМАТИЧНЕ КОМПЛЕКСНЕ КВАЛІФІКАЦІЙНЕ ЗАВДАННЯ

Умова

Від машинного генератора постійного струму за допомогою лінії електропередачі, яка складається з двох металевих проводів, живиться електроосвітлювальний пристрій.

Технічна характеристика генератора: номінальна напруга U_н.г, номінальна сила струму I_н.г, напруга на затискачах генератора при холостому ході U_х.

Технічна характеристика проводів лінії електропередачі: площа поперечного перерізу проводу S, загальна довжина проводів l, питомий опір мідного провідника r.

Технічна характеристика електроосвітлювального пристрою: номінальна потужність Р_н.о, номінальна напруга U_н.о.

Для вимірювання сили електричного струму в колі та напруги на затисках електроосвітлювального пристрою передбачені електровимірювальні прилади. Включення електроосвітлювального пристрою здійснюється вимикачем.

Завдання

1. Скласти принципову електричну схему зазначеного електричного кола. Окремі елементи кола виділити жирними лініями, а їх з’єднуючі проводи – тонкими лініями. Позначити номери проводів.

2. Скласти розрахункову схему електричного кола, прийнявши наступні припущення:

– опори прямого і зворотнього проводів лінії електропередачі
зосередити в одному місці;

– опорами проводів, що з’єднують елементи кола, знехтувати;

– опором амперметра знехтувати;

– опір вольтметра прийняти дорівнюючим нескінченності.

3. Виконати розрахунок електричного кола:

– визначити електрорушійну силу генератора;

– визначити внутрішній опір генератора;

– визначити опір проводів лінії електропередачі;

– визначити опір електроосвітлювального пристрою;

– визначити силу електричного струму в колі;

– визначити напругу на затисках генератора;

– визначити спадання напруги в лінії електропередачі;

– визначити напругу на затисках електроосвітлювального пристрою;

– визначити потужність, яку розвиває генератор;

– визначити втрати потужності в генераторі;

– визначити втрати потужності в лінії електропередачі;

– визначити потужність, яку споживає електроосвітлювальний
пристрій;

– скласти баланс потужностей електричного кола;

– визначити коефіцієнт корисної дії лінії електропередачі;

– визначити коефіцієнт корисної дії генератора;

– визначити коефіцієнт корисної дії всієї електроустановки;

– визначити кількість електричної енергії, яку споживе
електроосвітлювальний пристрій за 1000 год. роботи.

Варіанти вихідних даних
до тематичного кваліфікаційного комплексного завдання

Таблиця 1.19

Варіанти Вихідні дані

U_н.г, В I_н.г, А U_х, В S, мм² l, м r, Р_н.о, Вт U_н.о, В

0,017

0,017

0,029

0,017

0,017

0,029

0,017

0,017

0,029

0,017

0,017

0,029

0,017

0,017

0,029

Рішення варіанту №

Вихідні дані

U_н.г, В I_н.г, А U_х, В S, мм² l, м r, Р_н.о, Вт U_н.о, В

1.

Рисунок 1.5 - Принципова електрична схема кола: G – генератор постійного струму; ЛЕП – лінія електропередачі; ЕL – електроосвітлювальний пристрій; SА – вимикач; РА – амперметр; РV – вольтметр.

РV

РA

SА

+

–

ЛЕП

ЛЕП

G

ЕL

Складаємо принципову електричну схему зазначеного електричного кола. Окремі елементи кола виділяємо жирними лініями, а їх з’єднуючі проводи – тонкими лініями. Позначаємо номери проводів.

2. Складаємо розрахункову схему електричного кола, прийнявши наступні припущення:

– опори прямого і зворотнього проводів лінії електропередачі зосередити в одному місці;

– опорами проводів, що з’єднують елементи кола, знехтувати;

– опором амперметра знехтувати;

–

I

опір вольтметра прийняти дорівнюючим нескінченності.

R_л

R_н

Е

R_в

U_в

U_г

U_л

U_н

Рисунок 1.6 - Розрахункова схема електричного кола:

Е – е.р.с., що розвиває генератор;

R_в – внутрішній опір генератора;

R_л – опір лінії електропередачі;

R_н – опір навантаження (освітлювального пристрою);

I – сила струму в колі;

U_в – спадання напруги в генераторі;

U_г – напруга на затискачах генератора;

U_л – спадання напруги в лінії електропередачі;

U_н – напруга на затискачах навантаження (освітлювального пристрою).

3. Виконуємо розрахунок електричного кола:

– визначаємо електрорушійну силу генератора:

Е = U_х, (1)

где Е – е.р.с., що розвиває генератор, В;

U_х – напруга на затискачах генератора при холостому ході, В;

Е =

– визначаємо внутрішній опір генератора:

, (2)

де R_в – внутрішній опір генератора, Ом;

U_в.н.г – спадання напруги в генераторі при номинальному струмі, В;

U_н.г – номінальна напруга генератора, В;

I_н.г – номинальная сила тока генератора, А;

– визначаємо опір проводів лінії електропередачі:

, (3)

де R_л – опір проводів лінії електропередачі, Ом;

r – питомий опір проводів лінії електропередачі, ;

l – загальна довжина проводів лінії електропередачі, м;

S – площа поперечного перерізу проводу лінії електропередачі, мм²;

– визначаємо опір електроосвітлювального пристрою:

Þ , (4)

де R_н – опір навантаження (освітлювального пристрою), Ом;

U_н.о – номінальна напруга на затискачах освітлювального пристрою, В;

– визначаємо силу електричного струму в колі:

, (5)

де I – сила струму в колі, А;

– визначаємо напругу на затискачах генератора:

, (6)

де U_г – напруга на затискачах генератора, В;

– визначаємо спадання напруги в лінії електропередачі:

, (7)

де U_л – спадання напруги в лінії електропередачі, В;

– визначаємо напругу на затискачах електроосвітлювального пристрою:

, (8)

де U_н – напруга на затисках освітлювального пристрою
(навантаження), В;

– визначаємо потужність, яку розвиває генератор:

, (9)

де Р – потужність, що розвиває генератор, Вт;

– визначаємо втрати потужності в генераторі:

, (10)

де Р_в – втрати потужності в генераторі, Вт;

– визначаємо втрати потужності в лінії електропередачі:

, (11)

де Р_л – втрати потужності в лінії електропередачі, Вт;

– визначаємо потужність, яку споживає електроосвітлювальний пристрій:

, (12)

де Р_н – потужність, що споживає освітлювальний пристрій, Вт;

– складаємо баланс потужностей електричного кола:

; (13)

– визначаємо коефіцієнт корисної дії лінії електропередачі:

, (14)

де h_л – коефіцієнт корисної дії лінії електропередачі, %;

Р_г – потужність, що генератор віддає в лінію електропередачі, Вт;

– визначаємо коефіцієнт корисної дії генератора:

, (15)

де h_г – коефіцієнт корисної дії генератора, %;

– визначаємо коефіцієнт корисної дії всієї електроустановки:

, (16)

де h_у – коефіцієнт корисної дії всієї електроустановки, %;

– визначаємо кількість електричної енергії, яку споживе електроосвітлювальний пристрій за 1000 год. роботи:

, (17)

де W_н – кількість електричної енергії, що споживе навантаження за 1000 годин роботи, кВт×год.;