Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
PAGE 17
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ЗДРАВООХРАНЕНИЮ И СОЦИАЛЬНОМУ РАЗВИТИЮ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ МЕДИЦИНСКАЯ АКАДЕМИЯ ИМ. И.И. МЕЧНИКОВА»
ГОУВПО СПбГМА им. И.И. Мечникова Росздрава
Изучение цепей переменного тока
Учебно-методическая разработка лабораторной работы для преподавателей
по курсу медицинской и биологической физики
2009
Обсуждена на заседании кафедры медицинской и биологической физики
№ протокола___
Дата__________________
«Утверждаю»
зав. кафедрой медицинской и биологической физики Чистякова Н.Я.
Автор Волков М.Е.
Рецензенты: Ф.И.О., должность, место работы
1. Место проведения занятия, оснащение:
Занятия проводятся в специально оснащённой аудитории на кафедре медицинской и биологической физики СПбГМА им. И.И. Мечникова.
Необходимое оснащение:
методическое: алгоритмы хода работы, схема установки;
материальное: плакаты, слайды, конденсатор, катушка индуктивности, измерительный мост, амперметр, вольтметр, генератор переменного тока, проектор, компьютер.
Практическое занятие – 4 часа
Изучение цепей переменного тока представляет интерес для формирования целостной картины работы многих медицинских технических систем, а также для развития представления о воздействии электромагнитных колебаний на биологические объекты. Выполнение работы позволяет понять: как и почему изменяется импеданс элементов цепи при изменении частоты. Знание природы процессов происходящих в объектах, которые изучает элементарная физика, позволяет понять закономерности, которые проявляются при исследовании биологических тканей.
Исследование амплитудных и временных параметров переменного тока с анализом его воздействия на биологические объекты способствует значительной подготовке студента к дальнейшему обучению его работы с приборами функциональной диагностики.
4. Цель занятия:
- сформировать новые теоретические знания по фрагментам темы:
- сформировать практические умения на базе теоретических знаний:
- закрепить теоретические знания и сформированные практические умения:
- развитие и воспитание личности:
• Частнодидактическая, учебная цель занятия – научить правильному чтению показаний приборов, определять цену деления вольтметра и амперметра.
Конкретные задачи
Студент должен знать:
Основы электротехники, векторные диаграммы тока и напряжения в цепях переменного тока.
Студент должен уметь:
Развивающая цель:
Способствовать развитию познавательных интересов, раскрывая природу явлений в цепях переменного тока. Способствовать формированию системного мышления при знакомстве с историей развития физических основ процессов в электрических цепях. Воспитательная цель:
Способствовать формированию устойчивого стремления к получению знаний и пониманию высокой их значимости и практической ценности в дальнейшей профессиональной деятельности.
6. Задания для самоподготовки:
1 – Представить исследуемые электрические схемы и векторные диаграммы для них;
2 – Указать отличительные особенности разных реактивных сопротивлений;
3 – Вывести формулы для расчета соответствующих электрических схем;
Литература, рекомендуемая для самоподготовки:
Основная
1 – «Медицинская и биологическая физика» 7-е изд., Ремизов А.Н. и др. Издательство Дрофа. 2007 (можно более ранние издания)
2 – «Биофизика» - Антонов В. Ф., и другие. Издательство: Владос. 2006
3 – «Медицинская биофизика» Самойлов В.О. СПб: Издательство: СпецЛит Учебник для вузов - 2004.
Дополнительная
Интернет - Электронная библиотека (можно скачать бесплатно):
1 - Медицинская биофизика
В книге рассмотрены основные вопросы медицинской биофизики в соответствии с учебной программой с изучением системы физических и физико-химических процессов, лежащих в основе жизни. В учебнике пять разделов: транспорт веществ через биологические мембраны (биомембранология), биоэнергетика, биологическая электродинамика, биомеханика, информация и регулирование в биологических системах. В каждом из разделов приводятся примеры нарушения основных биофизических процессов при патологии. В Приложении приводятся справочные таблицы физических констант и единиц перевода в СИ.
Издание соответствует государственным образовательным стандартам учебных дисциплин «Медицинская биофизика» направления бакалаврской подготовки «Техническая физика», специальностям «Биоинженерная физика» и «Медицинская биофизика».
Учебник предназначен для студентов технических университетов и в качестве дополнительной литературы для студентов медицинских вузов. Автор книги: Самойлов В. О.
Название книги: Медицинская биофизика
Издательство: СПб.: СпецЛит, 2004
ISBN: 5-299-00277-7 http://www.sma.kz/about/structure/lib2/lib/
2 - Биофизика Рубин А.Б. 1999. http://www.library.biophys.msu.ru/rubin/
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПОДГОТОВКИ
- по базисным знаниям:
- по данной теме:
КРАТКАЯ ТЕОРИЯ
Переменный электрический ток – это ток, величина и направление которого изменяются в пределах рассматриваемого интервала времени. В частном случае – это ток, величина которого изменяется по гармоническому закону .
АКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ переменному току оказывает резистор, который подключен к соответствующему генератору (рис. 1). Двухканальный осциллограф О позволяет увидеть как изменяются во времени электрические параметры цепи. Первый канал измерительного прибора регистрирует напряжение. Второй канал фиксирует колебания тока на сопротивлении. На экране осциллографа будут видны две кривые, показанные на рисунке
На выходе генератора напряжение меняется по закону . Такое же напряжение действует на концах резистора. Согласно закону Ома . Следовательно, ток меняется пропорционально напряжению или Это означает, что мгновенное значение силы тока прямо пропорционально мгновенному значению напряжения. В рассматриваемой электрической цепи напряжение на резисторе совпадает по фазе с силой тока.
ЕМКОСТНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ переменному току оказывает конденсатор, который подключен к соответствующему генератору (рис.2).
Двухканальный осциллограф позволяет получать одновременно информацию о токе и напряжении. Изменяющиеся электрические параметры выводятся на экран. Они представляют собой две кривые, показанные на рисунке .
Напряжение на конденсаторе меняется по закону косинуса u (t)= -U cos t . Поскольку Q=CU , то заряд меняется также по закону косиуса q(t)= -UC cos t. Сила тока в цепи равна производной заряда по времени i (t)= (t)= UCsin t.
Получается, что амплитуды тока и напряжения связаны через параметр XC =U/I=1/c . Этот параметр получил название емкостное сопротивление . В рассматриваемой электрической цепи напряжение на конденсаторе отстает по фазе от силы тока. Вектор повернут относительно вектора на 90 градусов. Поворот производится по направлению движения стрелки часов.
ИНДУКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ оказывает катушка индуктивности, которая подключена к генератору переменного тока (рис.3). На экране двухканального осциллографа будут видны кривые тока и напряжения, показанные на рисунке.
Сила тока в катушке меняется по закону i (t)= I sin t.Поскольку Ф = LI , то магнитный поток меняется по закону ф(t)= LI sin t.. Напряжение на катушке равно производной магнитного потока по времени u(t)= (t)=I L cos t.
Получается, что амплитуды тока и напряжения связаны через параметр XL=U/I=L . Этот параметр получил название индуктивное сопротивление. В рассматриваемой электрической цепи напряжение на катушке опережает по фазе силу тока. Вектор повернут относительно вектора на 90
градусов. Поворот производится против направления движения стрелки часов.
РЕАКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ переменному току оказывают электрическая цепь, которая состоит из конденсатора, катушки индуктивности, но действуют они в противофазе. На экране двухканального осциллографа будут видны кривые напряжения на каждом элементе цепи. Они представлены на рисунке 4 .
В любой момент времени напряжение на катушке индуктивности имеет знак противоположный напряжению на конденсаторе . Амплитуда результирующего напряжения равна разности двух амплитуд . Разделим это равенство на силу тока в цепи . Тогда мы получим . Реактивное сопротивление равно разности индуктивного и емкостного сопротивлений.
ПОЛНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ переменному току оказывает электрическая цепь, которая состоит из конденсатора, катушки индуктивности и резистора. (рис. 5). Результирующее напряжение определяется как векторная сумма на активном и реактивном сопротивлениях . Разделим это равенство на силу тока в цепи . Тогда мы получим . Полное сопротивление цепи равно векторной сумме активного и реактивного сопротивлений. Следовательно, величину полного сопротивления можно найти по формуле .
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ КОНДЕНСАТОРА И РЕЗИСТОРА. В рассматриваемой электрической цепи (рис.6) сопротивление конденсатора может превышать сопротивление катушки или
. Тогда говорят об эквивалентном конденсаторе. Его сопротивление равно . Цепь представляет собой последовательно соединенные резистор и эквивалентный конденсатор. Векторная диаграмма напряжений показана на рисунке. Напряжение в цепи отстает от силы тока на угол
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ КАТУШКИ И РЕЗИСТОРА. В рассматриваемой электрической цепи (рис.7) сопротивление катушки может превышать сопротивление конденсатора или . Тогда говорят об эквивалентной катушке. Ее сопротивление равно . Цепь представляет собой последовательно соединенные катушку и резистор. Векторная диаграмма напряжений показана на рисунке. Напряжение в цепи опережает силу тока на угол .
Лабораторная работа
Изучение цепей переменного тока. Определение индуктивности катушки и емкости конденсатора в цепях переменного тока.
Цель работы:
1.Определить емкостное сопротивление в цепи переменного тока и емкость конденсатора.
2. Определить индуктивное сопротивление в цепи переменного тока и индуктивность катушки.
3. Оценить погрешность измерений.
1.Источник питания ВС-24-М.
2. Миллиамперметр.
3. Конденсатор.
4. Катушка индуктивности.
5. Соединительные провода.
6. Технический мост постоянного тока для определения активного сопротивления катушки.
Часть I. Собрать электрическую цепь, показанную на рисунке 8.
1. С помощью ручки регулятора установить напряжение в цепи предлагаемое преподавателем.
2. Снять показания вольтметра Uэф. и амперметра. Iэф .
3. Уменьшить до нуля напряжение в цепи.
4. Рассчитать по формуле: емкостное сопротивление
5. Определить емкость конденсатора по формуле:
; где , -частота переменного тока в цепи.
6. Результаты измерений и расчетов оформить в виде таблицы
|
№ |
Iэф |
Uэф |
XC |
C |
|
А |
В |
Ом |
Ф |
|
Часть II. Собрать электрическую цепь, показанную на рисунке 9.
1. С помощью ручки регулятора установить напряжение в цепи предлагаемое преподавателем.
2. Снять показания вольтметра Uэф. и амперметра. Iэф .
3. Уменьшить до нуля напряжение в цепи.
4. Рассчитать по формуле: полное сопротивление катушки.
5. С помощью технического моста постоянного тока определить активное сопротивление катушки
6. Рассчитать по формуле: индуктивное сопротивление катушки.
7. Определить индуктивность катушки по формуле:
.
8. Результаты измерений и расчетов оформить в виде таблицы.
|
№ |
Iэф |
Uэф |
Z |
R |
XL |
L |
|
А |
В |
Ом |
Ом |
Ом |
Гн |
|
Часть III. Рассчитать погрешности проведенных измерений:
Контрольные вопросы преподавателя:
1. Резистор и конденсатор соединены последовательно. Полное сопротивление этой цепи с увеличением частоты
1 увеличивается 2. не изменяется 3. уменьшается.
2. Резистор и катушка соединены последовательно. Полное сопротивление этой цепи с увеличением частоты
1 увеличивается 2. не изменяется 3. уменьшается.
3. Два резистора соединены последовательно. Полное сопротивление этой цепи с увеличением частоты
1 увеличивается 2. не изменяется 3. уменьшается.
1. Генератор переменной ЭДС, амплитуда которой постоянна, соединен с емкостным датчиком. При уменьшении расстояния между пластинами плоского конденсатора амплитуда тока в цепи
1 увеличивается 2. не изменяется 3. уменьшается.
2. Генератор переменной ЭДС, амплитуда которой постоянна, соединен с индуктивным датчиком. При введении сердечника в катушку амплитуда тока в цепи
1 увеличивается 2. не изменяется 3. уменьшается.
3. Резистивный датчик выполнен в виде резиновой трубки, внутри которой находится угольный порошок. Датчик подключен к источнику с постоянным выходным напряжением. При растяжении трубки сила тока в цепи
1 увеличивается 2. не изменяется 3. уменьшается.
7. Этапы занятия и контроль их усвоения
|
№ п/п |
Этапы занятия |
Формы и методы проведения каждого этапа |
Формы контроля усвоения, уровни усвоения |
Примерное время |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
1 |
Вводная часть •Организационный момент • Мотивация • Цепи занятия |
Ответы при собеседовании по вопросам самоподготовки |
Проверка домашней записи в рабочей тетради и вербального отчёта по вопросам |
40минут |
|
2 |
Основная часть занятия
на практике |
Студенты дают объяснения хода работы при подготовке к измерениям емкости конденсатора и индуктивности катушки:
ными выводами относительно полученных результатов, предварительно обсудив:
|
Пошаговые проверки усвоения информации вопросами по фрагментам: - блок схема установки - назначение приборов - правила техники безопасности при работе с электрической аппаратурой - цена деления измерительных приборов - частота в Герцах и радианах. |
80 минут |
|
3 |
Заключительная часть •Заключительный контроль • Подведение итогов • Домашнее задание |
Тестирование (Опрос на компьютере) |
Результирующая оценка уровня усвоения знаний |
30 минут
20 минут 10 минут |