elektryk 724[01] o1 04 n

„

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

MINISTERSTWO EDUKACJI

NARODOWEJ

Teresa Birecka

Obliczanie i pomiary parametrów obwodu prądu
jednofazowego 724[01].O1.04

Poradnik dla nauczyciela

Wydawca

Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy
Radom 2007

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Recenzenci:

mgr Elżbieta Burlaga
mgr inż. Henryk Krystkowiak

Opracowanie redakcyjne:
mgr inż. Barbara Kapruziak

Konsultacja:
mgr inż. Ryszard Dolata

Poradnik stanowi obudowę dydaktyczną programu jednostki modułowej 724[01].O1.04
„Obliczanie i pomiary parametrów obwodu prądu jednofazowego”, zawartego w modułowym
programie nauczania dla zawodu elektryk.

Wydawca

Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, Radom 2007

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

SPIS TREŚCI

1. Wprowadzenie

2. Wymagania wstępne

3. Cele kształcenia

4. Przykładowe scenariusze zajęć

5. Ćwiczenia

5.1. Napięcia przemienne

5.1.1. Ćwiczenia

5.2. Elementy

C w obwodzie prądu sinusoidalnego

5.2.1. Ćwiczenia

5.3. Połączenie szeregowe elementów

5.3.1. Ćwiczenia

5.4. Połączenie równoległe elementów

5.4.1. Ćwiczenia

5.5. Moc i energia prądu sinusoidalnego. Poprawa współczynnika mocy

5.5.1. Ćwiczenia

5.6. Stany nieustalone w obwodach

RL i RC

5.6.1. Ćwiczenia

5.7. Obwody nieliniowe

5.7.1. Ćwiczenia

6. Ewaluacja osiągnięć uczniów

7. Literatura

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

1. WPROWADZENIE

Przekazujemy Państwu Poradnik dla nauczyciela do jednostki modułowej „Obliczanie

i pomiary parametrów obwodu prądu jednofazowego”, który będzie pomocny w prowadzeniu
zajęć dydaktycznych w szkole kształcącej w zawodzie elektryk.

W poradniku zamieszczono:

−

wymagania wstępne,

−

cele kształcenia,

−

przykładowe scenariusze zajęć,

−

ćwiczenia,

−

ewaluację osiągnięć ucznia,

−

wykaz literatury.
Program jednostki modułowej obejmuje podstawowe wiadomości i umiejętności

dotyczące obliczeń i pomiarów w obwodach jednofazowych. Do obliczania obwodów
zaproponowano posługiwanie się rachunkiem na wektorach i modułach różnych wielkości
elektrycznych. W poradniku dla ucznia dla tej jednostki modułowej zamieszczono materiał
nauczania zawierający treści niezbędne do osiągnięcia założonych celów kształcenia oraz
wykaz literatury, pozwalający na poszerzenie wiedzy z tego zakresu. Należy uświadomić
uczniom konieczność korzystania z literatury, katalogów oraz czasopism branżowych w celu
poszerzania wiedzy.

Szczególnie ważne jest ukształtowanie u uczniów umiejętności posługiwania się

rachunkiem wektorowym dla elementów i prostych obwodów jednofazowych. Ułatwi to
obliczanie obwodów trójfazowych, co zwykle sprawia uczniom dużą trudność. Należy
zwrócić uwagę na ukształtowanie umiejętności diagnozowania pracy obwodów na podstawie
uzyskanych wyników pomiarów i obliczeń.

Należy zwrócić uwagę uczniów na konieczność wykonania z należytą starannością

ćwiczeń dotyczących obliczeń i wykonywania wykresów wektorowych.

Przed przystąpieniem do ćwiczeń praktycznych konieczne jest zapoznanie uczniów

z zasadami bhp obowiązującymi na danym stanowisku i zademonstrowanie obsługi urządzeń.

W trakcie realizacji jednostki modułowej uczniowie powinni wykorzystywać programy

komputerowe do wykonywania obliczeń i wykresów przy opracowywaniu wyników.

Wskazane jest wykorzystywanie techniki komputerowej do symulacji zjawisk

zachodzących w obwodach jednofazowych.

Proponowane metody sprawdzania i oceny osiągnięć edukacyjnych:

−

ustne i pisemne sprawdziany diagnozujące przed przystąpieniem do ćwiczeń
laboratoryjnych,

−

ukierunkowana obserwacja pracy ucznia podczas wykonywania ćwiczeń, ze szczególnym
zwróceniem uwagi na umiejętność łączenia układów i zachowanie zasad bezpieczeństwa
podczas pomiarów,

−

pisemne sprawdziany,

−

testy osiągnięć szkolnych.
Wskazane jest, aby zajęcia dydaktyczne były prowadzone różnymi metodami, ze

szczególnym uwzględnieniem aktywizujących metod nauczania, np. samokształcenia
kierowanego, przewodniego tekstu, ćwiczeń pomiarowych.

Formy organizacyjne pracy uczniów mogą być zróżnicowane, począwszy od

samodzielnej pracy uczniów do pracy zespołowej.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

724[01].O1

Podstawy elektrotechniki i elektroniki

724[01].O1.01

Stosowanie przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy, ochrony

przeciwpożarowej i ochrony środowiska

724[01].O1.02

Obliczanie i pomiary parametrów obwodu prądu stałego

724[01].O1.03

Rozpoznawanie zjawisk występujących w polu elektrycznym,

magnetycznym i elektromagnetycznym

724[01].O1.04

Obliczanie i pomiary parametrów obwodu prądu

jednofazowego

724[01].O1.05

Stosowanie środków ochrony od porażeń prądem elektrycznym

724[01].O1.06

Obliczanie i pomiary parametrów obwodu prądu trójfazowego

724[01].O1.07

Wykonywanie pomiarów różnych wielkości elektrycznych

724[01].O1.08

Wykorzystywanie elementów elektronicznych

i energoelektronicznych do budowy prostych układów

Schemat układu jednostek modułowych

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

2. WYMAGANIA WSTĘPNE

Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej uczeń powinien umieć:

−

korzystać z różnych źródeł informacji,

−

rozróżniać podstawowe wielkości elektryczne i ich jednostki,

−

rozpoznawać elementy elektryczne na podstawie ich symboli oraz wyglądu
zewnętrznego,

−

rozróżniać podstawowe pojęcia i wielkości obwodu magnetycznego i znać ich jednostki,

−

charakteryzować zjawisko indukcji elektromagnetycznej i wskazać przykłady jego
wykorzystania,

−

rozróżniać pojęcia indukcyjności własnej i wzajemnej cewek,

−

charakteryzować właściwości materiałów magnetycznych i wskazać ich zastosowania,

−

stosować prawa obwodów magnetycznych do obliczania prostych obwodów,

−

stosować działania na wektorach,

−

obliczać rezystancję zastępczą obwodu,

−

obliczać pojemność zastępczą układu kondensatorów,

−

łączyć obwody elektryczne prądu stałego na podstawie ich schematów,

−

dobierać przyrządy pomiarowe do wykonywania pomiarów w obwodach prądu stałego,

−

mierzyć podstawowe wielkości elektryczne w obwodach prądu stałego,

−

lokalizować i usunąć proste usterki w obwodach prądu stałego,

−

stosować zasady bhp i ochrony ppoż. podczas pomiarów oraz pokazów zjawisk
fizycznych.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

3. CELE KSZTAŁCENIA

W wyniku realizacji programu jednostki modułowej uczeń powinien umieć:

−

wyjaśnić zjawisko powstawania prądu sinusoidalnie zmiennego,

−

rozpoznać podstawowe wielkości przebiegów sinusoidalnie zmiennych,

−

obliczyć impedancję obwodu zawierającego elementy

R L

C ,

−

narysować wykres wektorowy prostego obwodu zawierającego elementy

R L

C ,

−

obliczyć prądy i napięcia w obwodach zawierających elementy

R L

C ,

−

obliczyć moc odbiorników prądu sinusoidalnie zmiennego,

−

obliczyć pojemność kondensatorów do poprawy współczynnika mocy,

−

określić warunki, w których wystąpi rezonans napięć i prądów,

−

połączyć obwód elektryczny prądu przemiennego na podstawie schematu elektrycznego,

−

dobrać zakres pomiarowy miernika do pomiaru wielkości elektrycznych w obwodzie
prądu przemiennego,

−

zmierzyć podstawowe wielkości elektryczne w obwodach jednofazowych prądu
przemiennego,

−

zmierzyć parametry

C ,

−

zlokalizować usterki w obwodzie prądu przemiennego,

−

wykonać prostą naprawę w obwodzie prądu przemiennego,

−

rozpoznać rodzaje przebiegów niesinusoidalnych,

−

wskazać przykłady występowania stanów nieustalonych,

−

wyjaśnić zjawiska występujące podczas stanów nieustalonych,

−

rozpoznać obwód nieliniowy prądu przemiennego,

−

opracować wyniki pomiarów,

−

zastosować zasady bezpieczeństwa i higieny pracy, ochrony przeciwpożarowej i ochrony
od porażeń prądem elektrycznym podczas pomiarów.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4. PRZYKŁADOWE SCENARIUSZE ZAJĘĆ

Scenariusz zajęć 1

Osoba prowadząca

....................................................................................

Modułowy program nauczania:

Elektryk 724[01]

Moduł:

Podstawy elektrotechniki i elektroniki 724[01].O1

Jednostka modułowa:

Obliczanie i pomiary parametrów obwodu prądu
jednofazowego 724[01].O1.04

Temat: Połączenie szeregowe elementów

Cel ogólny: Kształtowanie umiejętności zaplanowania i przeprowadzenia pomiarów parametrów

elementów

Po zakończeniu zajęć edukacyjnych uczeń powinien umieć:

−

zaproponować sposób pomiaru indukcyjności rzeczywistej cewki metodą techniczną,

−

dobrać przyrządy pomiarowe,

−

połączyć obwody elektryczne prądu przemiennego na podstawie schematu,

−

zmierzyć podstawowe wielkości elektryczne w obwodach jednofazowych,

−

obliczyć parametry cewki na podstawie pomiarów,

−

narysować wykres wektorowy i trójkąt impedancji dla dwójnika RL ,

−

zorganizować stanowisko pomiarowe,

−

zastosować zasady bhp i ochrony ppoż. na stanowisku pomiarowym.

Metody nauczania–uczenia się:

−

ćwiczenie pomiarowe w oparciu o przewodni tekst.

Formy organizacyjne pracy uczniów

−

praca indywidualna (faza I),

−

praca w grupach.

Czas trwania – 3 godziny dydaktyczne

Środki dydaktyczne

−

cewka indukcyjna,

−

amperomierz i woltomierz do pomiarów w obwodzie prądu stałego,

−

amperomierz i woltomierz do pomiarów w obwodzie prądu przemiennego,

−

autotransformator,

−

wyłączniki,

−

instrukcja stanowiskowa,

−

karta przewodniego tekstu,

−

poradnik dla ucznia, literatura [2, 6]

Przebieg zajęć

TEKST PRZEWODNI DO ĆWICZENIA „Pomiar indukcyjności cewki metodą techniczną”
Faza I: informacje
Postaraj się odpowiedzieć na pytania:
1. Jaka jest różnica między cewką idealną, a rzeczywistą, jakie parametry ją identyfikują?
2. Jak można przedstawić schemat zastępczy cewki rzeczywistej?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

3. Jak zachowuje się cewka rzeczywista w obwodzie prądu stałego i jaki jej parametr można

wyznaczyć w takim obwodzie?

4. Jaki parametr cewki można wyznaczyć w obwodzie prądu sinusoidalnego?
5. Jaką postać ma prawo Ohma dla rzeczywistej cewki?
6. Jaka zależność wiąże reaktancję i indukcyjność?
7. Jakie mierniki należy stosować w obwodach prądu stałego, a jakie w obwodach prądu

przemiennego?

8. Jak można regulować napięcie zasilania?

Faza II: planowanie
1. Ustal niezbędne wielkości mierzone.
2. Opracuj schemat (schematy) układu pomiarowego.
3. Ustal rodzaj i liczbę przyrządów pomiarowych oraz urządzeń.
4. Opracuj tabele do zapisywania wyników pomiarów.

Faza III: ustalenia
1. Przedstaw nauczycielowi swój szczegółowy plan działania.
2. Wspólnie dokonajcie weryfikacji planu, jeżeli wasze zamierzenia różnią się.

Faza IV: realizacja
1. Zapoznaj się z instrukcją stanowiskową bhp.
2. Zgromadź i opisz przyrządy, których będziesz używał: typ, nr fabryczny, podstawowe

parametry.

3. Połącz układ pomiarowy.
Uwaga: napięcie zasilania możesz włączyć jedynie za zgodą nauczyciela, po uprzednim

sprawdzeniu przez niego poprawności połączeń!

4. Przeprowadź pomiary i zanotuj otrzymane wyniki pomiarów w tabelach.

Faza V: sprawdzenie
1. Dokonaj analizy wyników pomiarów.
2. Oceń jakość wykonania ćwiczenia.

Faza VI: analiza przebiegu ćwiczenia
Odpowiedz na następujące pytania:

−

Co stanowiło największą trudność w tym zadaniu?

−

Jak poradziłeś sobie z problemami, które pojawiły się w trakcie wykonywania zadania?

−

Jakie umiejętności zawodowe zdobyłeś przy wykonywaniu tego zadania?

−

Czy coś byś zmienił, wykonując zadanie po raz drugi?

Zakończenie zajęć
1. Rozmontuj w bezpieczny sposób układ pomiarowy.
2. Uprzątnij stanowisko pracy.

Praca domowa

Sporządź wykres wektorowy i trójkąt impedancji dla cewki na podstawie uzyskanych

wyników pomiarów.

Sposób uzyskania informacji zwrotnej od ucznia po zakończonych zajęciach:

−

ankieta ewaluacyjna.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Scenariusz zajęć 2

Osoba prowadząca

....................................................................................

Modułowy program nauczania:

Elektryk 724[01]

Moduł:

Podstawy elektrotechniki i elektroniki 724[01].O1

Jednostka modułowa:

Obliczanie i pomiary parametrów obwodu prądu
jednofazowego 724[01].O1.04

Temat: Moc prądu sinusoidalnego. Poprawa współczynnika mocy.

Cel ogólny: Kształtowanie umiejętności zaplanowania i przeprowadzenia pomiarów w obwodzie

prądu przemiennego.

Po zakończeniu zajęć edukacyjnych uczeń powinien umieć:

−

zaproponować sposób pomiaru mocy odbiornika jednofazowego,

−

dobrać przyrządy pomiarowe do pomiarów w obwodach prądu sinusoidalnego,

−

połączyć obwody elektryczne prądu przemiennego na podstawie schematu,

−

zmierzyć podstawowe wielkości elektryczne w obwodach jednofazowych,

−

dobrać kondensator do poprawy współczynnika mocy,

−

zastosować zasady bhp i ochrony ppoż. na stanowisku pomiarowym.

Metody nauczania–uczenia się:

−

ćwiczenie pomiarowe w oparciu o przewodni tekst.

Formy organizacyjne pracy uczniów

−

praca indywidualna (faza I),

−

praca w grupach.

Czas trwania – 3 godziny dydaktyczne

Środki dydaktyczne

−

odbiorniki jednofazowe rezystancyjno-indukcyjne,

−

kondensatory o zmiennej pojemności,

−

watomierze, woltomierze, amperomierze,

−

wyłączniki,

−

instrukcja stanowiskowa,

−

karta przewodniego tekstu.

Przebieg zajęć

TEKST PRZEWODNI DO ĆWICZENIA
„Pomiar mocy czynnej prądu jednofazowego i poprawa współczynnika mocy”

Faza I: informacje

Postaraj się odpowiedzieć na pytania:

1. Jakimi wzorami określamy moce: czynną, bierną i pozorną?
2. Jaka jest zależność pomiędzy mocą czynną, bierną i pozorną?
3. Jaki rodzaj mocy związany jest z idealnym rezystorem, a jaki z idealną cewką i idealnym

kondensatorem?

4. Jakim miernikiem mierzymy moc czynną i jak włączamy go do obwodu?
5. Co to jest współczynnik mocy i dlaczego warto go poprawiać?
6. Jakie są metody poprawy

cos ?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

7. Jak można wyjaśnić sposób poprawy

cos w oparciu o wykresy wektorowe?

8. Jakie znaczenie techniczne, ekonomiczne i ekologiczne ma poprawa współczynnika

mocy?

Faza II: planowanie
1. Ustal niezbędne wielkości mierzone.
2. Opracuj schemat układu pomiarowego.
3. Ustal rodzaj i liczbę przyrządów pomiarowych oraz urządzeń.
4. Opracuj tabelę pomiarową.

Faza III: ustalenia
1. Przedstaw nauczycielowi swój szczegółowy plan działania.
2. Wspólnie dokonajcie weryfikacji planu, jeżeli wasze zamierzenia różnią się.
3. Napięcie zasilania możesz włączyć jedynie po uzyskaniu zgodą nauczyciela, po

uprzednim sprawdzeniu przez niego poprawności połączeń!

Faza IV: realizacja
1. Zapoznaj się z instrukcją stanowiskową BHP.
2. Zgromadź i opisz przyrządy, których będziesz używał: typ, nr fabryczny, podstawowe

parametry.

3. Połącz układ pomiarowy.
4. Przeprowadź pomiary i zanotuj otrzymane wyniki pomiarów w przygotowanej tabeli.

Faza V: sprawdzenie
1. Dokonaj analizy wyników pomiarów.
2. Oceń jakość wykonania ćwiczenia.

Faza VI: analiza przebiegu ćwiczenia
Odpowiedz na następujące pytania:

−

Co stanowiło największą trudność w fazie planowania i wykonania zadania?

−

Jak poradziłeś sobie z problemami, które pojawiły się w trakcie wykonania zadania?

−

Jakie umiejętności zawodowe zdobyłeś przy wykonaniu tego zadania?

−

Czy zaplanowałbyś inaczej wykonanie zadania, gdybyś wykonywał je po raz drugi? Co
byś zmienił?

Zakończenie zajęć
1. Rozmontuj w bezpieczny sposób układ pomiarowy.
2. Uprzątnij stanowisko pracy.

Praca domowa

Sporządź wykaz urządzeń elektrycznych znajdujących się w Twoim domu, które

pobierają energię czynną i bierną oraz tych pobierających wyłącznie energię czynną. Postaraj
się ustalić jaka jest ich moc.

Sposób uzyskania informacji zwrotnej od ucznia po zakończonych zajęciach:

−

ankieta ewaluacyjna.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

5. ĆWICZENIA

5.1. Napięcia przemienne

5.1.1. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Oblicz wartość skuteczną napięcia i częstotliwość na podstawie przebiegu czasowego

tego napięcia przedstawionego na rysunku. Okres

= 20 ms.

Wskazówki do realizacji
Przed przystąpieniem do realizacji ćwiczenia nauczyciel powinien omówić jego zakres

i technikę wykonania, z uwzględnieniem dokładności wykonania obliczeń.

Sposób wykonania ćwiczenia

Uczeń powinien:

1) określić amplitudę

U napięcia,

2) obliczyć wartość skuteczną

U i częstotliwość

napięcia,

3) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia.

Rysunek do ćwiczenia [źródło własne]

Zalecane metody nauczania–uczenia się:

−

pokaz z objaśnieniem, ćwiczenie.

Środki dydaktyczne:

−

plansze obrazujące wytwarzanie napięcia przemiennego,

−

rysunek przedstawiający przebieg sinusoidalny z naniesioną podziałką,

−

kalkulator.

Ćwiczenie 2

Oblicz częstotliwość i wartość skuteczną prądu sinusoidalnego:

)

628

sin(

Wskazówki do realizacji

Przed przystąpieniem do realizacji ćwiczenia nauczyciel powinien omówić jego zakres

i technikę wykonania, z uwzględnieniem dokładności wykonania obliczeń.

Sposób wykonania ćwiczenia

Uczeń powinien:

1) określić amplitudę

I , pulsację

ω i fazę początkową

prądu na podstawie zależności

na wartość chwilową,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

2) obliczyć częstotliwość

okres

i wartość skuteczną prądu

3) ocenić jakość wykonania ćwiczenia.

Zalecane metody nauczania–uczenia się:

−

ćwiczenie.

Środki dydaktyczne:

−

kalkulator.

Ćwiczenie 3

Oblicz, posługując się rachunkiem wektorowym, wartość skuteczną sumy dwóch napięć

o amplitudach:

Wskazówki do realizacji
Przed przystąpieniem do realizacji ćwiczenia nauczyciel powinien omówić jego zakres

i technikę wykonania, z uwzględnieniem dokładności wykonania obliczeń.

Sposób wykonania ćwiczenia

Uczeń powinien:

1) obliczyć wartości skuteczne napięć,
2) przyjąć skalę dla wektorów napięć: 10 V→1 cm,
3) wykonać dodawanie wektorów i określić sumę dla dwóch przypadków:

−

napięcia są w fazie,

−

napięcia są przesunięte względem siebie o kąt 90

4) dla obu przypadków obliczyć algebraicznie sumę napięć (dla napięć przesuniętych o kąt

skorzystać z twierdzenia Pitagorasa),

5) porównać i ocenić wyniki, sformułować wnioski.

Zalecane metody nauczania–uczenia się:

−

ćwiczenie.

Środki dydaktyczne:

−

kalkulator,

−

linijka,

−

zeszyt do ćwiczeń.

Ćwiczenie 4

Nazwij i opisz przedstawione przebiegi odkształcone.

Rysunek do ćwiczenia [źródło własne]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Wskazówki do realizacji
Przed przystąpieniem do realizacji ćwiczenia nauczyciel powinien omówić jego zakres

i technikę wykonania.

Sposób wykonania ćwiczenia

Uczeń powinien:

1) przypisać nazwę do określonego przebiegu, przedstawionego na foliogramie lub na

ekranie oscyloskopu,

2) określić, czy przebieg jest okresowy,
3) przerysować przebiegi do zeszytu i opisać je.

Zalecane metody nauczania–uczenia się:

−

ćwiczenie.

Środki dydaktyczne:

−

foliogramy z przebiegami odkształconymi,

−

generator,

−

oscyloskop,

−

zeszyt do ćwiczeń.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

5.2. Elementy R , L , C w obwodzie prądu sinusoidalnego

5.2.1. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Oblicz wartość skuteczną napięcia, jakim zasilana jest idealna cewka o indukcyjności

, jeżeli płynie przez nią prąd

)

314

sin(

−

. Dla wartości skutecznych

prądu i napięcia wykonaj wykres wektorowy w przyjętej skali.

Wskazówki do realizacji
Przed przystąpieniem do realizacji ćwiczenia nauczyciel powinien omówić jego zakres

i technikę wykonania, z uwzględnieniem dokładności wykonania obliczeń i wykresów.

Sposób wykonania ćwiczenia

Uczeń powinien:

1) obliczyć wartość skuteczną

prądu oraz jego częstotliwość

2) obliczyć reaktancję indukcyjną

X ,

3) obliczyć wartość skuteczną

U napięcia,

4) przyjąć skalę dla napięcia i skalę dla prądu i narysować wykres wektorowy,
5) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia.

Zalecane metody nauczania–uczenia się:

−

ćwiczenie.

Środki dydaktyczne:

−

przybory do rysowania, papier milimetrowy,

−

kalkulator.

Ćwiczenie 2

Zmierz pojemność kondensatora metodą techniczną.

Wskazówki do realizacji
Przed przystąpieniem do realizacji ćwiczenia nauczyciel powinien omówić zakres

i technikę wykonania ćwiczenia z uwzględnieniem przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy.

Sposób wykonania ćwiczenia

Uczeń powinien:

1) zmontować układ pomiarowy według schematu,
2) przedstawić nauczycielowi układ pomiarowy do sprawdzenia,
3) odczytać i zanotować wartości wskazane przez mierniki,
4) obliczyć reaktancję pojemnościową

X ,

5) obliczyć pojemność

C kondensatora,

6) ocenić, jak by się zmienił prąd w obwodzie, gdyby częstotliwość napięcia wzrosła

dwukrotnie,

7) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Zalecane metody nauczania–uczenia się:

−

pokaz z objaśnieniem, ćwiczenie pomiarowe.

Rysunek do ćwiczenia

Środki dydaktyczne:

−

schemat układu pomiarowego,

−

kondensator,

−

autotransformator,

−

woltomierz i amperomierz elektromagnetyczne,

−

kalkulator.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

5.3. Połączenie szeregowe elementów R , L , C

5.3.1. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Oblicz wartość prądu płynącego przez rzeczywistą cewkę o rezystancji

= 7 Ω

i indukcyjności

= 31,9 mH, do której końców doprowadzono napięcie sinusoidalne

o wartości skutecznej

U = 50 V i częstotliwości

= 50 Hz. Narysuj trójkąt napięć i trójkąt

impedancji dla tego obwodu. Cewkę traktujemy jako szeregowe połączenie

Wskazówki do realizacji
Przed przystąpieniem do realizacji ćwiczenia nauczyciel powinien omówić jego zakres

i technikę wykonania, z uwzględnieniem dokładności wykonania obliczeń i wykresów.

Sposób wykonania ćwiczenia

Uczeń powinien:

1) obliczyć reaktancję

X i impedancję

cewki,

2) obliczyć prąd płynący przez cewkę,
3) obliczyć składowe

napięcia,

4) przyjąć skalę dla wykresów: 10 V→1cm, 1 A→1cm, 2 Ω→1 cm; narysować wykres

wektorowy i trójkąt impedancji,

5) ocenić jakość wykonania ćwiczenia.

Zalecane metody nauczania–uczenia się:

–

ćwiczenie.

Środki dydaktyczne:

−

przybory do rysowania, papier milimetrowy,

−

kalkulator.

Ćwiczenie 2

Oblicz wartość napięcia zasilającego układ szeregowo połączonych: rezystora

o rezystancji

= 600 Ω i kondensatora o pojemności

C = 4 μF, jeżeli wartość skuteczna

prądu płynącego w tym obwodzie wynosi

= 200 mA, a jego częstotliwość

= 50 Hz.

Wskazówki do realizacji
Przed przystąpieniem do realizacji ćwiczenia nauczyciel powinien omówić jego zakres

i technikę wykonania, z uwzględnieniem dokładności wykonania obliczeń i wykresów.

Sposób wykonania ćwiczenia

Uczeń powinien:

1) narysować dwójnik

i oznaczyć napięcia i prąd,

2) obliczyć wielkości niezbędne do narysowania trójkąta impedancji i wykresu

wektorowego,

3) narysować dla tego dwójnika wykres wektorowy i trójkąt impedancji,
4) obliczyć napięcie

U zasilające układ,

5) porównać wartość napięcia zasilania: obliczoną oraz uzyskaną wykreślnie,
6) sformułować wnioski.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Zalecane metody nauczania–uczenia się:

−

ćwiczenie.

Środki dydaktyczne:

−

przybory do rysowania, papier milimetrowy,

−

kalkulator.

Ćwiczenie 3

Pomiar indukcyjności rzeczywistej cewki metodą techniczną.

Wskazówki do realizacji
Przed przystąpieniem do realizacji ćwiczenia nauczyciel powinien omówić zakres

i technikę wykonania ćwiczenia z uwzględnieniem przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy.

Sposób wykonania ćwiczenia

Uczeń powinien:

1) zapoznać się z przewodnim tekstem do ćwiczenia, otrzymanym od nauczyciela,
2) wykonać ćwiczenie według przewodniego tekstu.

Zalecane metody nauczania–uczenia się:

−

metoda tekstu przewodniego, ćwiczenie pomiarowe.

Środki dydaktyczne:

−

urządzenia i mierniki wskazane przez ucznia,

−

poradnik dla ucznia, literatura [2, 6]

Ćwiczenie 4

Na podstawie pomiarów określ częstotliwość rezonansową w układzie szeregowo

połączonej rzeczywistej cewki z kondensatorem.

Wskazówki do realizacji
Przed przystąpieniem do realizacji ćwiczenia nauczyciel powinien omówić zakres

i technikę wykonania ćwiczenia z uwzględnieniem przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy.

Sposób wykonania ćwiczenia

Uczeń powinien:

1) połączyć układ według schematu,
2) przyłączyć wyjścia oscyloskopu do punktów 1 i 3 oraz 2 i 3,
3) nastawić napięcie zasilania z generatora napięć sinusoidalnych i utrzymywać stałą

wartość tego napięcia,

4) regulować częstotliwość

napięcia zasilania (w zakresie wskazanym przez nauczyciela),

obserwując jednocześnie wskazanie amperomierza i przebiegi napięć na oscyloskopie,

5) określić częstotliwość, przy której w układzie wystąpił rezonans napięć,
6) sformułować wnioski,
7) ocenić wykonanie ćwiczenia.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rysunek do ćwiczenia [źródło własne]

Zalecane metody nauczania–uczenia się:

−

ćwiczenie pomiarowe.

Środki dydaktyczne:

−

schemat układu,

−

generator akustyczny,

−

cewka indukcyjna bezrdzeniowa,

−

kondensator,

−

woltomierz,

−

oscyloskop dwukanałowy,

−

literatura – poz.[2, 4, 6].

Ćwiczenie 5

Po zamknięciu wyłącznika W, w układzie pomiarowym wskazanie amperomierza wynosi

zero. Woltomierz wskazuje napięcie zasilania. Na podstawie pomiarów określ przyczynę
usterki w obwodzie.

Wskazówki do realizacji
Przed przystąpieniem do realizacji ćwiczenia nauczyciel powinien omówić zakres

i technikę wykonania ćwiczenia z uwzględnieniem przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy.

Sposób wykonania ćwiczenia

Uczeń powinien:

1) dokonać oględzin układu,
2) przeprowadzić analizę wskazań mierników,
3) ustalić możliwe przyczyny uszkodzenia układu,
4) zaproponować tok postępowania przy lokalizowaniu uszkodzenia układu,
5) zaproponować mierniki niezbędne do zlokalizowania i usunięcia usterki,
6) w bezpieczny sposób zlokalizować uszkodzenie (należy notować otrzymane wyniki

pomiarów),

7) usunąć usterkę,
8) sprawdzić działanie układu,
9) ocenić jakość wykonania zadania.

Rysunek do ćwiczenia [źródło własne]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Zalecane metody nauczania–uczenia się:

−

metoda symulacji, ćwiczenie praktyczne.

Środki dydaktyczne:

−

schemat układu,

−

makieta z układem pomiarowym jak na rysunku,

−

mierniki i narzędzia wskazane przez ucznia,

−

literatura – poz.[5].

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

5.4. Połączenie równoległe elementów R , L , C

5.4.1.Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Rezystor o rezystancji

= 46 Ω i cewkę o indukcyjności

= 70 mH połączono

równolegle i zasilano napięciem sinusoidalnym o wartości

U = 230 V i częstotliwości

= 50Hz. Oblicz wartość prądu pobieranego przez ten dwójnik ze źródła.

Wskazówki do realizacji
Przed przystąpieniem do realizacji ćwiczenia nauczyciel powinien omówić jego zakres

i technikę wykonania, z uwzględnieniem dokładności wykonania obliczeń i wykresów.

Sposób wykonania ćwiczenia

Uczeń powinien:

1) narysować schemat ideowy dwójnika równoległego

i oznaczyć prądy,

2) obliczyć prąd w gałęzi z rezystancją i prąd w gałęzi z indukcyjnością oraz prąd

całkowity,

3) sporządzić wykres wektorowy,
4) przeanalizować wpływ wzrostu częstotliwości (np. dwukrotnego) na parametry dwójnika

i sformułować wnioski dotyczące prądów w obwodzie.

Zalecane metody nauczania–uczenia się:

−

ćwiczenie.

Środki dydaktyczne:

−

przybory do rysowania, papier milimetrowy,

−

kalkulator.

Ćwiczenie 2

Jaki prąd zostanie pobrany przez układ równolegle połączonych: rezystora o rezystancji

= 100 Ω, cewki o indukcyjności

= 0,25 H i kondensatora o pojemności

C = 88 μF, jeżeli

układ ten dołączono do napięcia

U = 230 V,

= 50 Hz. Określ charakter tego obwodu na

podstawie wykresu wektorowego i oceń, czy zmieni się charakter obwodu, jeżeli
częstotliwość napięcia zasilającego zmniejszy się dwukrotnie.

Wskazówki do realizacji
Przed przystąpieniem do realizacji ćwiczenia nauczyciel powinien omówić jego zakres

i technikę wykonania, z uwzględnieniem dokładności wykonania obliczeń i wykresów.

Sposób wykonania ćwiczenia

Uczeń powinien:

1) narysować schemat dwójnika równoległego

RLC

i oznaczyć napięcie i prądy,

2) wymienić i obliczyć wielkości potrzebne do sporządzenia wykresu wektorowego

(w obliczeniach stosować oznaczenia przyjęte w schemacie),

3) narysować wykres wektorowy dla tego dwójnika,
4) określić przesunięcie fazowe,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

5) na podstawie obliczeń i wykresu ocenić charakter obwodu,
6) przeanalizować wpływ zmniejszenia częstotliwości na parametry obwodu i jego

charakter,

7) ocenić jakość wykonania ćwiczenia.

Zalecane metody nauczania–uczenia się:

−

ćwiczenie.

Środki dydaktyczne:

−

przybory do rysowania, papier milimetrowy,

−

kalkulator lub komputer z programem graficznym i arkuszem kalkulacyjnym.

Ćwiczenie 3

Na postawie pomiarów określ dla dwójnika

: rezystancję

rezystora i pojemność

C kondensatora.

Wskazówki do realizacji
Przed przystąpieniem do realizacji ćwiczenia nauczyciel powinien omówić zakres

i technikę wykonania ćwiczenia z uwzględnieniem przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy.

Sposób wykonania ćwiczenia

Uczeń powinien:

1) zestawić układ pomiarowy jak na rysunku,
2) określić wielkości, które musi zmierzyć i obliczyć,
3) zaproponować tabelę do zanotowania niezbędnych pomiarów i obliczeń,
4) wykonać pomiary i obliczenia,
5) narysować wykres wektorowy,
6) sformułować wnioski,
7) ocenić wykonanie ćwiczenia.

Rysunek do ćwiczenia [6]

Zalecane metody nauczania–uczenia się:

−

ćwiczenie pomiarowe.

Środki dydaktyczne:

−

schemat obwodu pomiarowego,

−

amperomierze, woltomierz,

−

rezystor laboratoryjny,

−

kondensator,

−

częstotliwościomierz,

−

autotransformator,

−

kalkulator i przybory do rysowania lub komputer z programem graficznym i arkuszem
kalkulacyjnym.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

5.5. Moc i energia prądu sinusoidalnego. Poprawa współczynnika

mocy

5.5.1. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Oblicz moc rzeczywistej cewki (schemat zastępczy szeregowy), której rezystancja

= 40

Ω

, a indukcyjność

= 20 mH. Cewka jest zasilana napięciem sinusoidalnym

U = 15V,

= 50 Hz.

Wskazówki do realizacji
Przed przystąpieniem do realizacji ćwiczenia nauczyciel powinien omówić jego zakres

i technikę wykonania, z uwzględnieniem dokładności wykonania obliczeń.

Sposób wykonania ćwiczenia

Uczeń powinien:

1) narysować schemat cewki,
2) obliczyć moc czynną, bierną i pozorną,
3) sformułować i zapisać wnioski,
4) ocenić wykonanie ćwiczenia.

Zalecane metody nauczania–uczenia się:

−

ćwiczenie.

Środki dydaktyczne:

−

komputer z programem graficznym i arkuszem kalkulacyjnym.

Ćwiczenie 2

Oblicz moce dla dwójnika

RLC

– dla szeregowego połączenia elementów

= 800

Ω

= 20 mH,

C = 4

F. Dwójnik jest zasilany napięciem sinusoidalnym

U = 50 V,

= 50 Hz.

Wskazówki do realizacji
Przed przystąpieniem do realizacji ćwiczenia nauczyciel powinien omówić jego zakres

i technikę wykonania, z uwzględnieniem dokładności wykonania obliczeń.

Sposób wykonania ćwiczenia

Uczeń powinien:

1) narysować schemat dwójnika,
2) obliczyć moc czynną, bierną i pozorną układu,
3) sformułować i zapisać wnioski,
4) ocenić jakość wykonania ćwiczenia.

Zalecane metody nauczania–uczenia się:

−

pokaz z objaśnieniem,

−

ćwiczenie.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Środki dydaktyczne:

−

komputer z programem graficznym i arkuszem kalkulacyjnym.

Ćwiczenie 3

Zmierz moce różnych odbiorników w obwodzie prądu jednofazowego.

Wskazówki do realizacji
Przed przystąpieniem do realizacji ćwiczenia nauczyciel powinien omówić zakres

i technikę wykonania ćwiczenia z uwzględnieniem przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy.
Należy wyjaśnić uczniom istotę właściwego doboru zakresów pomiarowych watomierza.

Sposób wykonania ćwiczenia

Uczeń powinien:

1) połączyć układ według schematu,
2) zapoznać się z danymi znamionowymi odbiorników wskazanych przez nauczyciela,
3) ustawić właściwe zakresy pomiarowe mierników,
4) do punktów 1 i 2 układu dołączyć odbiornik,
5) za pomocą autotransformatora nastawić właściwe napięcie zasilania dla odbiornika,
6) zmierzyć napięcie, prąd i moc czynną odbiornika,
7) wyznaczyć (obliczyć), korzystając z zależności podanych w tym rozdziale moce: bierną

i pozorną odbiornika,

8) na podstawie pomiarów i obliczeń sformułować wnioski,
9) ocenić poprawność wykonania ćwiczenia.

Rysunek do ćwiczenia [źródło własne]

Zalecane metody nauczania–uczenia się:

−

ćwiczenie pomiarowe.

Środki dydaktyczne:

−

schemat układu pomiarowego,

−

woltomierz, amperomierz, watomierz,

−

autotransformator,

−

odbiorniki o różnym charakterze (np. grzejnik, żarówka, silnik jednofazowy),

−

komputer z programem graficznym i arkuszem kalkulacyjnym.

Ćwiczenie 4

Pomiar mocy i poprawa współczynnika mocy.

Wskazówki do realizacji
Przed przystąpieniem do realizacji ćwiczenia nauczyciel powinien omówić zakres

i technikę wykonania ćwiczenia z uwzględnieniem przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Sposób wykonania ćwiczenia

Uczeń powinien:

1) zapoznać się z przewodnim tekstem do ćwiczenia, otrzymanym od nauczyciela,
2) wykonać ćwiczenie według tekstu przewodniego.

Zalecane metody nauczania–uczenia się:

−

pokaz z objaśnieniem, ćwiczenie pomiarowe w oparciu o przewodni tekst,

Środki dydaktyczne:

−

przewodni tekst (scenariusz 1 w poradniku),

−

urządzenia i mierniki wskazane przez ucznia,

−

literatura – poz.1 i 4,

−

komputer z programem graficznym i arkuszem kalkulacyjnym.

Ćwiczenie 5

Zmierz energię pobieraną przez różne odbiorniki elektryczne.

Wskazówki do realizacji

Przed przystąpieniem do realizacji ćwiczenia nauczyciel powinien omówić zakres

i technikę jego wykonania, z uwzględnieniem przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy.

Sposób wykonania ćwiczenia

Uczeń powinien:

1) odczytać i zapisać dane umieszczone na tarczy licznika i parametry odbiorników,
2) podłączać do licznika kolejno poszczególne odbiorniki oraz ich połączenia:

RLC

3) policzyć ilość N obrotów tarczy licznika w ciągu 10 minut dla poszczególnych

odbiorników,

4) obliczyć energię pobraną przez odbiornik, a zmierzoną przez licznik, ze wzoru:

5) zapisać wnioski,
6) ocenić jakość wykonania ćwiczenia.

Rysunek do ćwiczenia [6]

Środki dydaktyczne:

−

schemat układu pomiarowego,

−

woltomierz, amperomierz, watomierz,

−

autotransformator,

−

odbiorniki: rezystor, cewka, kondensator,

−

licznik indukcyjny jednofazowy.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

5.6. Stany nieustalone w obwodach RL i RL

5.6.1. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Oblicz stałą czasową rzeczywistej cewki o indukcyjności

= 100 mH i rezystancji

uzwojenia

= 10 Ω. Określ wartość prądu w chwili komutacji, po załączeniu do niej napięcia

stałego U = 100 V oraz w stanie ustalonym.

Wskazówki do realizacji
Przed przystąpieniem do realizacji ćwiczenia nauczyciel powinien omówić jego zakres

i technikę wykonania, z uwzględnieniem dokładności wykonania obliczeń.

Sposób wykonania ćwiczenia

Uczeń powinien:

1) obliczyć stałą czasową cewki rzeczywistej,
2) określić wartość prądu dla:

∞

3) sformułować wnioski.

Zalecane metody nauczania–uczenia się:

–

ćwiczenie.

Środki dydaktyczne:

−

kalkulator.

Ćwiczenie 2

Kondensator o pojemności

C = 4 μF został połączony szeregowo z rezystorem

= 0,5 MΩ i załączony do źródła napięcia stałego

U = 100 V. Oblicz wartość prądu

ładowania kondensatora tuż po komutacji (

). Sprawdź jak na wartość prądu wpłynie

dwukrotne zwiększenie rezystancji w obwodzie, a jak dwukrotne zwiększenie pojemności
kondensatora.

Wskazówki do realizacji
Przed przystąpieniem do realizacji ćwiczenia nauczyciel powinien omówić jego zakres

i technikę wykonania, z uwzględnieniem dokładności wykonania obliczeń.

Sposób wykonania ćwiczenia

Uczeń powinien:

1) obliczyć stałą czasową i wartość prądu dla danych wyjściowych,
2) obliczyć stała czasową i wartość prądu dla danych dwóch następnych przypadków,
3) porównać wyniki,
4) sformułować wnioski.

Zalecane metody nauczania–uczenia się:

–

pokaz z objaśnieniem,

–

ćwiczenie.

Środki dydaktyczne:

−

kalkulator.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ćwiczenie 3

Na podstawie pomiarów przeprowadzonych w przedstawionym układzie wykreśl zależność

)

oraz

)

w obwodzie

dla:

−

procesu ładowania kondensatora w obwodzie prądu stałego,

−

procesu rozładowania kondensatora.

Pomiary przeprowadź dla dwóch stałych czasowych: przy

Wskazówki do realizacji
Przed przystąpieniem do realizacji ćwiczenia nauczyciel powinien omówić zakres

i technikę jego wykonania, z uwzględnieniem przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy.

Sposób wykonania ćwiczenia

Uczeń powinien:

1) zapoznać się z elementami układu,
2) zmontować układ jak na rysunku,
3) obliczyć stałe czasowe dla danych elementów obwodu i ustalić czas badania do 7 stałych

czasowych,

4) narysować tabele do zapisywania wyników,
5) wykonać pomiary napięć dla obu stałych czasowych,
6) wykonać obliczenia i wykresy (we wspólnym układzie współrzędnych wykreślić napięcia

dla obu stałych czasowych, analogicznie prądy),

7) sformułować i zapisać wnioski.

Rysunek do ćwiczenia [źródło własne]

Zalecane metody nauczania–uczenia się:

– pokaz z objaśnieniem, ćwiczenie pomiarowe.

Środki dydaktyczne:

−

schemat układu pomiarowego,

−

układ z kondensatorem i rezystorem (wymiennym),

−

źródło napięcia stałego,

−

stoper,

−

2 woltomierze magnetoelektryczne, w tym jeden o bardzo dużej rezystancji wewnętrznej.

Ćwiczenie 4

Dokonaj analizy przebiegów

)

(kształt

taki sam jak

u ) oraz

)

uzyskane na ekranie oscyloskopu przy połączeniu układu

jak na rysunku

i uzasadnij ich przebieg.

Wskazówki do realizacji
Przed przystąpieniem do realizacji ćwiczenia nauczyciel powinien omówić zakres

i technikę wykonania ćwiczenia z uwzględnieniem przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Sposób wykonania ćwiczenia

Uczeń powinien:

1) zapoznać się z elementami układu,
2) zmontować układ jak na rysunku,
3) do zacisków układu 1-2 doprowadzić napięcie z generatora impulsów prostokątnych,
4) przeprowadzić badanie układu poprzez:

−

obserwację napięcia wejściowego – oscyloskop przyłączony do zacisków 1-2 i obserwację
napięcia na kondensatorze – oscyloskop przyłączony do zacisków 3-2,

−

obserwację napięcia wejściowego – oscyloskop przyłączony do zacisków 1-2 i obserwację
napięcia na rezystorze – oscyloskop przyłączony do zacisków 1- 3,

5) pomiary przeprowadzić dla dwóch różnych rezystancji w obwodzie,
6) sformułować i zapisać wnioski.

Uwagi do ćwiczenia: należy tak dobrać okres impulsu prostokątnego, aby był on 8-10

razy większy od stałej czasowej obwodu.

Rysunek do ćwiczenia [źródło własne]

Zalecane metody nauczania–uczenia się:

−

pokaz z objaśnieniem,

−

ćwiczenie pomiarowe.

Środki dydaktyczne:

−

schemat układu pomiarowego,

−

układ z kondensatorem i rezystorem o zmiennych parametrach,

−

generator impulsów prostokątnych,

−

oscyloskop dwukanałowy.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

5.7. Obwody nieliniowe

5.7.1. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Oceń wpływ nasycenia obwodu magnetycznego na kształt prądu magnesującego

transformatora.

Wskazówki do realizacji
Przed przystąpieniem do realizacji ćwiczenia nauczyciel powinien omówić zakres

i technikę wykonania ćwiczenia z uwzględnieniem przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy.

Sposób wykonania ćwiczenia

Uczeń powinien:

1) zapoznać się z urządzeniami i połączyć układ, jak na rysunku,
2) włączyć oscyloskop do punktów 1 i 2 układu (spadek napięcia na rezystancji jest

proporcjonalny do prądu). napięcie zasilania sprawdzić na woltomierzu,

3) przerysować z oscyloskopu prąd magnesujący przy małym i dużym nasyceniu obwodu

magnetycznego (regulować napięcie zasilania autotransformatorem),

4) ocenić wpływ nasycenia obwodu magnetycznego na kształt prądu,
5) sformułować wnioski.

Rysunek do ćwiczenia [źródło własne]

Zalecane metody nauczania–uczenia się:

−

pokaz z objaśnieniem,

−

ćwiczenie pomiarowe.

Środki dydaktyczne:

−

transformator jednofazowy,

−

oscyloskop,

−

autotransformator,

−

rezystor wzorcowy,

−

woltomierz,

−

amperomierz.

Ćwiczenie 2

Zbadaj doświadczalnie wpływ rdzenia ferromagnetycznego na parametry cewki

załączonej w obwód napięcia sinusoidalnego.

Wskazówki do realizacji
Przed przystąpieniem do realizacji ćwiczenia nauczyciel powinien omówić zakres

i technikę wykonania ćwiczenia z uwzględnieniem przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Sposób wykonania ćwiczenia

Uczeń powinien:

1) odczytać parametry cewki,
2) załączyć cewkę powietrzną o znanej rezystancji w obwód napięcia sinusoidalnego,
3) dla kilku wartości napięć zmierzyć prąd, wyznaczyć impedancję, reaktancję,
4) powtórzyć pomiary przy tych samych wartościach napięcia po włożeniu do cewki rdzenia

ferromagnetycznego,

5) wykreślić w jednym układzie współrzędnych zależność

)

dla cewki bez rdzenia

oraz cewki z rdzeniem,

6) wykreślić trójkąt impedancji dla cewki bez rdzenia i z rdzeniem,
7) sformułować wnioski.

Zalecane metody nauczania–uczenia się:

−

pokaz z objaśnieniem, ćwiczenie pomiarowe.

Środki dydaktyczne:

−

cewka indukcyjna z wyjmowalnym rdzeniem,

−

amperomierz, woltomierz

−

częstotliwościomierz,

−

autotransformator,

−

papier milimetrowy,

−

komputer z programem graficznym i arkuszem kalkulacyjnym.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

6. EWALUACJA OSIĄGNIĘĆ UCZNIA

Przykłady narzędzi pomiaru dydaktycznego

Test dwustopniowy do jednostki modułowej

„Obliczanie i pomiary

parametrów obwodu prądu jednofazowego”

Test składa się z 20 zadań wielokrotnego wyboru, z których:

−

zadania 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 12, 13, 14, 17, 18, 19, 20 są z poziomu podstawowego,

−

zadania 10, 11, 15, 16 są z poziomu ponadpodstawowego.

Punktacja zadań: 0 lub 1 punkt

Za każdą prawidłową odpowiedź uczeń otrzymuje 1 punkt. Za złą odpowiedź lub jej brak

uczeń otrzymuje 0 punktów.

Proponuje się następujące normy wymagań – uczeń otrzyma następujące
oceny szkolne:

−

dopuszczający – za rozwiązanie co najmniej 8 zadań z poziomu podstawowego,

−

dostateczny – za rozwiązanie co najmniej 12 zadań z poziomu podstawowego,

−

dobry – za rozwiązanie 16 zadań w tym, co najmniej 2 z poziomu ponadpodstawowego,

−

bardzo dobry – za rozwiązanie 18 zadań w tym, co najmniej 3 z poziomu
ponadpodstawowego.

Klucz odpowiedzi: 1. d, 2. c, 3. c, 4. a, 5. d, 6. a, 7. b, 8. b, 9. b, 10. a, 11. a,
12. d, 13. b, 14. c, 15. c, 16. d, 17. b, 18. a, 19. b, 20. d.

Plan testu

zad.

Cel operacyjny
(mierzone osiągnięcia ucznia)

Kategoria

celu

Poziom

wymagań

Poprawna

odpowiedź

Wskazać warunek powstawania prądu
sinusoidalnego

Określić parametry przebiegu sinusoidalnego

Obliczyć częstotliwość napięcia sinusoidalnego

Wskazać rodzaj miernika do pomiarów
w obwodzie prądu przemiennego

Rozpoznać charakter odbiorników na podstawie
ich wykresów wektorowych

Obliczyć reaktancję cewki

Obliczyć impedancję dwójnika RL

Obliczyć napięcia w obwodzie RL

Dobrać zakres pomiarowy miernika do pomiarów
w obwodzie prądu jednofazowego

Sformułować warunki rezonansu w obwodzie
szeregowym RLC

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Sformułować warunki rezonansu w obwodzie
równoległym RLC

Obliczyć moc czynną związaną z rzeczywistą
cewką

13 Obliczyć moce w obwodzie prądu jednofazowego

Obliczyć współczynnik mocy na podstawie
pomiarów

Przewidzieć skutki zmiany konfiguracji obwodu
na wartość prądów i mocy obwodu

Zanalizować wyniki pomiarów i na ich podstawie
określić rodzaj odbiornika

Obliczyć stałą czasową obwodu RC w stanie
nieustalonym

Określić skutki stanu nieustalonego dla obwodu
z idealnym kondensatorem

Określić skutki stanu nieustalonego dla obwodu
z idealną cewką

20 Rozpoznać obwód nieliniowy

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Przebieg testowania

Instrukcja dla nauczyciela

1. Należy ustalić z uczniami termin przeprowadzenia sprawdzianu z wyprzedzeniem co

najmniej jednotygodniowym.

2. Uczeń rozwiązuje 20 zadań testowych wielokrotnego wyboru.
3. W każdym zadaniu jest tylko jedna poprawna odpowiedź.
4. Uczeń zaznacza poprawną odpowiedź wstawiając znak X we właściwe pole w karcie

odpowiedzi.

5. W przypadku pomyłki otacza błędną odpowiedź kółkiem i zaznacza właściwą.
6. W trakcie rozwiązywania testu uczeń może korzystać z kalkulatora.
7. Na rozwiązanie testu uczeń ma 40 minut oraz 5 minut na zapoznanie się z instrukcją.
8. Po zakończeniu testu uczeń podnosi rękę i czeka aż nauczyciel odbierze od niego pracę.

Instrukcja dla ucznia

1. Przeczytaj uważnie instrukcję – masz na tę czynność 5 minut; jeżeli są wątpliwości

zapytaj nauczyciela.

2. Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi.
3. Zapoznaj się z zestawem pytań testowych.
4. Test zawiera 20 zadań. Do każdego zadania dołączone są 4 możliwości odpowiedzi.

Tylko jedna jest prawidłowa.

5. Za każdą poprawną odpowiedź otrzymasz 1 punkt, za złą lub brak odpowiedzi

0 punktów.

6. W czasie rozwiązywania zadań możesz korzystać z kalkulatora
7. Udzielaj odpowiedzi tylko na załączonej karcie odpowiedzi; zaznacz poprawną

odpowiedź wstawiając znak X w odpowiednie pole w karcie odpowiedzi.

8. W przypadku pomyłki błędną odpowiedź otocz kółkiem, a następnie zaznacz odpowiedź

prawidłową.

9. Pracuj samodzielnie, bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania.
10. Kiedy udzielenie odpowiedzi na kolejne pytanie będzie Ci sprawiało trudność, odłóż jego

rozwiązanie na później i wróć do niego, gdy zostanie Ci wolny czas.

11. Na rozwiązanie testu masz 40 minut.
12. Po zakończeniu testu podnieś rękę i zaczekaj, aż nauczyciel odbierze od Ciebie pracę.

Materiały dla ucznia:

–

instrukcja,

–

zestaw zadań testowych,

–

karta odpowiedzi.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH

1. Warunkiem powstawania napięcia sinusoidalnie zmiennego na zaciskach prądnicy jest

umieszczenie w prądnicy tylko jednej pary biegunów.

umieszczenie w prądnicy minimum dwóch par biegunów.

zasilanie prądnicy napięciem sinusoidalnym.

stała prędkość kątowa

ω wirnika prądnicy.

2. Wykres czasowy napięcia przedstawiony na rysunku opisuje zależność

)

314

sin(

)

314

sin(

)

314

sin(

)

314

sin(

−

3. Częstotliwość napięcia o wartości chwilowej

314

sin

V wynosi

a) 10 Hz.
b) 20 Hz.
c) 50 Hz.
d) 100 Hz.

4. Do pomiarów w obwodzie prądu sinusoidalnego nie może być zastosowany miernik

a) magnetoelektryczny.
b) elektromagnetyczny.
c) elektrodynamiczny.
d) ferrodynamiczny.

5. Wykres wektorowy dla odbiornika rezystancyjno-pojemnościowego przedstawia rysunek

6. Reaktancja idealnej cewki o indukcyjności L = 2 H zasilanej napięciem o częstotliwości

f = 100 Hz przyjmuje wartość
a) 1256 Ω.
b) 628 Ω.
c) 140 Ω.
d) 200 Ω.

7. Impedancja rzeczywistej cewki, której rezystancja R = 60 Ω, a reaktancja X = 80 Ω

wynosi

a) 20 Ω.
b) 100 Ω.
c) 314 Ω.
d) 157 Ω.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

8. Wartość napięcia

U przy zasilaniu obwodu napięciem sinusoidalnym wynosi

a) 20 V.
b) 40V.
c) 60 V.
d) 80 V.

9. Jeżeli impedancja dwójnika szeregowego

RLC

zasilanego napięciem sinusoidalnym

U = 100 V, f = 50 Hz wynosi

Ω

, to do poprawnego pomiaru prądu amperomierz

powinien mieć zakres

a) 25 A.
b) 2,5 A.
c) 1 A.
d) 0,5 A.

10. Warunkiem wystąpienia rezonansu napięć w szeregowym obwodzie

RLC

jest

11. W obwodzie przedstawionym na rysunku rezonans prądów zachodzi, gdy

12. Jeżeli przez cewkę o rezystancji

= 5 Ω i reaktancji X = 10 Ω płynie prąd 2 A, to

wartość mocy czynnej wynosi

a) 60 W.
b) 40 W.
c) 30 W.
d) 20 W.

13. Wskazania mierników włączonych jak na rysunku są następujące:

U = 100 V, P = 800

= 10 A. Moc bierna obwodu wynosi

a) 1000 var.
b) 600 var.
c) 800 var.
d) 500 var.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

14. Wartość współczynnika mocy

cos

odbiornika z zadania13 wynosi

a) 0,1.
b) 0,6.
c) 0,8.
d) 1,0.

15. Dołączenie kondensatora równolegle do impedancji Z wpłynie na poprawę

współczynnika mocy (

cos

) układu. Na skutek tego

a) wzrośnie moc czynna.
b) wzrośnie moc bierna.
c) zmaleje prąd.
d) wzrośnie prąd.

16. Jeżeli wskazania mierników wynoszą: woltomierz – 200 V, amperomierz – 0,5 A,

watomierz – 100 W, to do punktów 1 i 2 obwodu dołączono
a) dławik.
b) silnik.
c) kondensator.
d) żarówkę.

17. Rezystor o rezystancji

= 2 MΩ i kondensator o pojemności

C = 0,5 μF połączono

szeregowo i dołączono do źródła napięcia stałego

U = 100V. Stała czasowa

τ tego

obwodu wynosi
a) 0,5 s.
b) 1 s.
c) 2 s.
d) 2,5 s.

18. Idealny kondensator w obwodzie prądu stałego zachowuje się w następujący sposób:

w chwili komutacji w stanie ustalonym
a) zwarcie

przerwa.

b) przerwa

przerwa.

c) zwarcie

zwarcie.

d) przerwa

zwarcie.

19. Idealna cewka do której przyłożono napięcie stałe zachowuje się następująco

w chwili komutacji

w stanie ustalonym

a) zwarcie

zwarcie.

b) przerwa

zwarcie.

c) zwarcie

przerwa.

d) przerwa

przerwa.

20. Obwód nieliniowy przedstawiono na rysunku

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

KARTA ODPOWIEDZI

Imię i nazwisko.............................................................................................................................

Obliczanie i pomiary parametrów obwodu prądu jednofazowego

Zakreśl poprawną odpowiedź

zadania

Odpowiedź

Punkty

Razem:

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Test 2
Test praktyczny do jednostki modułowej „Obliczanie i pomiary
parametrów obwodu prądu jednofazowego”

Plan testu

Lp.

Cel operacyjny badany testem

Kategoria

taksonomiczna

Poziom

wymagań

1 Opisać parametry napięcia zasilania

2 Zidentyfikować parametry kondensatora

3 Rysować schematy połączeń układów jednofazowych

4 Ustalić zakres pomiarów w układach jednofazowych

5 Zorganizować stanowisko pomiarowe

Dobrać

mierniki

pomiaru

prądu,

napięcia,

częstotliwości w układach jednofazowych

7 Łączyć układy jednofazowe

8 Przeprowadzić pomiary w układach jednofazowych

Zastosować zasady bhp przy wykonywaniu pomiarów
w obwodach prądu jednofazowego

Obliczyć

pojemność

układu

kondensatorów

podstawie pomiarów

11 Analizować uzyskane wyniki pomiarów i obliczeń

Poziom wymagań: P – wymagania podstawowe, PP – ponadpodstawowe

Przebieg testowania

Arkusz obserwacji wybranych umiejętności:

nr Nazwa czynności

Liczba

punktów

Kryterium oceny

Uczeń:

cze

ń 1

cze

ń 2

cze

ń 3

Zapisał parametry napięcia przemiennego

Określenie
parametrów
napięcia zasilania
i kondensatorów

Zidentyfikował i opisał parametry
kondensatorów

Narysował schemat układu do pomiaru
pojemności zastępczej

Przewidział pomiar częstotliwości

Zastosował regulację napięcia w obwodzie
prądu przemiennego

Narysowanie
schematów układu
do pomiaru
pojemności
metodą techniczną

Zastosował wyłącznik

Dobrał właściwe mierniki do pomiarów
w obwodzie prądu przemiennego

Dobór rodzajów
mierników

Dobrał odpowiednie zakresy mierników

Połączył układ według schematu

Połączenia wykonał estetycznie

Połączenie układu

Zastosował przewody o odpowiedniej
długości

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

nr Nazwa czynności

Liczba

punktów

Kryterium oceny

Uczeń:

cze

ń 1

cze

ń 2

cze

ń 3

Przed podłączeniem układu sprawdził brak
napięcia na zaciskach

Poprawnie zmierzył prąd i napięcie
w obwodzie prądu przemiennego

Poprawnie wykonał pomiar częstotliwości

Uruchomienie
układu,
przeprowadzenie
pomiarów

Zastosował zasady bhp w trakcie
wykonywania pomiarów

Zapisał wzór na reaktancję

Obliczył reaktancję na podstawie pomiarów

Zapisał wzór na pojemność

Obliczył pojemność układu kondensatorów

Zapisał wzór na pojemność zastępczą dwóch
kondensatorów połączonych szeregowo

Wykonanie
niezbędnych
obliczeń

Obliczył pojemność jednego kondensatora

Porównał otrzymane wyniki

Ocenił wykonanie

Analiza
wykonania
zadania

Sformułował wnioski

Proponuje się następujące normy wymagań – uczeń otrzyma następujące
oceny szkolne:

−

11 pkt – ocena niedostateczna

−

12 – 15 pkt – ocena dopuszczająca;

−

16 – 19 pkt - ocena dostateczna;

−

20 – 22 pkt - ocena dobra;

−

23 – 24 pkt - ocena bardzo dobra.

Instrukcja dla nauczyciela:

1. Przed rozpoczęciem testu należy przygotować salę wyposażoną zgodnie ze specyfikacją.
2. Przed rozpoczęciem testu należy zapoznać uczniów z kryteriami punktowania i normą

wymagań na poszczególne oceny szkolne.

3. Bezpośrednio przed przystąpieniem do testu nauczyciel powinien zapoznać uczniów

z zasadami bhp obowiązującymi na stanowisku pomiarowym.

4. Po zajęciu miejsc przez uczniów należy rozdać instrukcje testowania, arkusze zadań

testowych i karty odpowiedzi. Na arkuszach uczniowie powinni wpisać imię, nazwisko.

5. Uczniowie pracują indywidualnie nie korzystając z żadnych pomocy z wyjątkiem

przyborów do pisania i rysowania oraz kalkulatorów.

6. Po narysowaniu schematów połączeń (na kartce z wykorzystaniem przyborów

kreślarskich lub komputera) oraz zaplanowaniu niezbędnych mierników prowadzący
ocenia prace według kryteriów podanych w arkuszu oceny.

7. W przypadku złego rozwiązania dotyczącego schematu prowadzący przekazuje uczniom

poprawny schemat.

8. Uczniowie po narysowaniu schematu samodzielnie pobierają elementy potrzebne do

połączenia układu ze zbioru elementów i łączą układ.

9. Po sprawdzeniu poprawności połączeń przez prowadzącego wykonują pomiary. Ocena

tej części odbywa się na podstawie obserwacji efektów prac uczniów.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

10. Czas na rozwiązanie zadania - 90 minut (czas mierzony tylko w czasie pracy uczniów).
11. Uczniowie mogą zgłosić fakt zakończenia zadania tylko wtedy, gdy wykonali pomiary

i ocenili uzyskane wyniki.

Materiały dla ucznia:

−

instrukcja,

−

arkusz zadania praktycznego,

−

karta odpowiedzi,

−

dwa kondensatory o jednakowej pojemności,

−

autotransformator,

−

amperomierz i woltomierz elektromagnetyczny lub elektroniczny,

−

wyłącznik,

−

przewody łączeniowe,

−

kalkulator, przybory do pisania i rysowania (komputer).

Arkusz zadania praktycznego
Opis zdania

Zmierz pojemność zastępczą układu metodą techniczną. Układ składa się z dwóch

jednakowych kondensatorów połączonych szeregowo. Do dyspozycji masz źródło napięcia
przemiennego o częstotliwości 50 Hz.

Polecenia

1. Zapoznaj się z danymi znamionowymi źródła napięcia i badanych kondensatorów. Zapisz

te dane.

2. Ustal tok postępowania.
3. Rozwiązanie zadania polega na:

−

narysowaniu schematu układu pomiarowego,

−

ustaleniu wielkości, które musisz zmierzyć,

−

ustaleniu wielkości, które musisz obliczyć,

−

zaplanowaniu i narysowaniu tabeli do notowania wyników pomiarów,

−

doborze mierników do wykonania zadania: ich liczby, rodzajów i zakresów,

−

dobraniu elementów łączeniowych potrzebnych do rozwiązania zadania,

−

połączeniu układu,

−

przeprowadzeniu pomiarów z zachowaniem zasad bhp,

−

zapisaniu wzorów i wykonaniu obliczeń,

−

porównaniu uzyskanej w wyniku pomiarów pojemności zastępczej z obliczoną,

−

sformułowaniu i zapisaniu wniosków,

Instrukcja dla ucznia

1. Przeanalizuj dokładnie treść zadania.
2. Schemat możesz narysować korzystając z przyborów kreślarskich lub komputera.
3. Obliczenia możesz wykonywać korzystając z kalkulatora lub komputera.
4. Po narysowaniu układu połączeń i zaplanowaniu aparatury zgłoś ten fakt nauczycielowi.
5. Kolejność rozwiązania zadania jest ustalona w poleceniach.
6. W trakcie rozwiązywania zadania nie możesz korzystać z żadnych pomocy.
7. Na rozwiązanie całego zadania masz łącznie 90 minut.
8. Przeliczenie punktów na ocenę szkolną przedstawi nauczyciel po zakończeniu testu.

Powodzenia!

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

KARTA ODPOWIEDZI

Imię i nazwisko …………………………………………………………………………………

Obliczanie i pomiary parametrów obwodu prądu jednofazowego

1. Tok postępowania:

2. Schemat połączeń:

3. Wykaz wielkości mierzonych:

4. Wykaz i opis aparatury pomiarowej:

5. Wykaz elementów łączeniowych:

6. Wykaz wielkości obliczanych.

7. Tabela pomiarowa:

8. Wzory i obliczenia:

9. Wnioski z pomiarów:

10. Uzasadnienie sposobu wykonania zadania.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

7. LITERATURA

1. Bolkowski S.: Elektrotechnika. WSiP, Warszawa 2005
2. Kurdziel R.: Podstawy elektrotechniki dla szkoły zasadniczej. Część 1 i 2. WSiP,

Warszawa 1999

3. Markiewicz A.: Zbiór zadań z elektrotechniki. WSiP, Warszawa 2005
4. Pilawski M., Winiek T.: Pracownia elektryczna. WSiP, Warszawa 2005
5. Praca zbiorowa: Praktyczna elektrotechnika ogólna. REA, Warszawa 2003
6. Woźniak J.: Pracownia elektryczna. Tom I Pomiary elektryczne. Instytut Technologii

Eksploatacji, Radom 1995