МБОУ средняя общеобразовательная школа

с углубленным изучением отдельных предметов №183 имени Р. Алексеева

Сормовского района г. Н. Новгорода

Устройство с использованием электрической цепи для демонстрации графика функции y = sin x

Выполнил: Баташев Александр,

ученик 9 «А» класса.

Научный руководитель:

Концевая Ирина Леонидовна,

г. Н.Новгород

2014

Оглавление

                                                                                                                                стр

 Введение                                                                                                                        2                                                                    

     ГЛАВА 1. Создание устройства с использованием электрической цепи

для  демонстрации графика функции y = sin x                                                       4-12

               1.1. Понятие об электрических цепях                                                           4

               1.2. Техника безопасности  при электрических видах работ                      6

               1.3. Изготовление устройства с использованием электрической цепи

                      для демонстрации графика функции y = sin x                                       9

Заключение                                                                                                                     13

Список использованной литературы и электронных

ресурсов                                                                                                                          14

Введение

Я не планирую продолжать обучение по специальности, связанной с учебным предметом технологией, но рассматриваю  полученные знания как прикладные,  а потому необходимые. Главной своей задачей я считаю переосмысление пройденного материала с целью  практического применения. При изучении графиков функций материал усваивается легче при условии наличия визуального ряда, поэтому цель моей работы: создание устройства с использованием электрической цепи для демонстрации графика функции y = sin x. Для достижения цели необходимо выполнить следующие задачи:

• изучение литературы и электронных ресурсов по вопросу исследования;
• создание устройства для демонстрации графика функции y = sin x;
• внедрение устройства в процесс обучения в предметной области «математика».

Таким образом, я смогу выявить способ решения, действия и оценить результаты собственной деятельности.

Для успешной реализации поставленных задач необходимо, прежде всего, уточнить основные понятия и термины. Что такое электричество и электрический ток? Существует несколько определений. Электричество - группа своеобразных явлений, выражающихся в том, что некоторые тела при трении друг о друга приобретают способность притягиваться или отталкиваться, давать искру или светиться в виде кисти или туманности вокруг тела.1

Мне импонирует следующее: электри́чество — совокупность явлений, обусловленных существованием, взаимодействием и движением электрических зарядов.

1Электричество // Словарь Брокгауз и Ефрон // http://slovari.yandex.ru/что%20такое%20электричество/Брокгауз%20и%20Ефрон/Электричество/

Начиная с XIX века электричество плотно входит в жизнь современной цивилизации.Электричество используют для освещения (электрическая лампа) и передачи информации (телеграф, телефон, радио, телевидение), а также для приведения механизмов в движение (электродвигатель), что активно используется на транспорте (трамвай, метро, троллейбус, электричка) и в бытовой технике (утюг, кухонный комбайн, стиральная машина, посудомоечная машина).  В целях получения электричества созданы оснащенные электрогенераторами электростанции, а для его хранения — аккумуляторы и электрические батареи. Сегодня также электричество используют для получения материалов (электролиз), для их обработки (сварка, сверление, резка), умерщвления преступников (электрический стул) и создания музыки (электрогитара).2

Электричество - (от греч. elektron - янтарь), совокупность явлений, в которых обнаруживается существование, движение и взаимодействие (посредством электромагнитного поля) заряженных частиц.

Электрический ток — это упорядоченное движение заряженных частиц в проводнике. Чтобы он возник, следует предварительно создать электрическое поле, под действием которого вышеупомянутые заряженные частицы придут в движение.

2Электричество // Викепедия – свободая энциклопедия //  http://ru.wikipedia.org/wiki/Электричество

ГЛАВА 1. Создание устройства с использованием электрической цепи для демонстрации графика функции y = sin x

1.1. Понятие об электрических цепях

Электрическая цепь - совокупность устройств и объектов, образующих путь для электрического тока.

Простейшая электрическая установка состоит из источника (гальванического элемента, аккумулятора, генератора и т. п.), потребителей или приемников электрической энергии (ламп накаливания, электронагревательных приборов, электродвигателей и т. п.) и соединительных проводов, соединяющих зажимы источника напряжения с зажимами потребителя. Т.е. электрическая цепь - совокупность соединенных между собой источников электрической энергии, приемников и соединяющих их проводов (линия передачи).

Рис.1. Схема электрической цепи

Электрическая цепь делится на внутреннюю и внешнюю части. К внутренней части электрической цепи относится сам источник электрической энергии. Во внешнюю часть цепи входят соединительные провода, потребители, рубильники, выключатели, электроизмерительные приборы, т. е. все то, что присоединено к зажимам источника электрической энергии.

Электрический ток может протекать только по замкнутой электрической цепи. Разрыв цепи в любом месте вызывает прекращение электрического тока. Источники питания цепи - это гальванические элементы, электрические аккумуляторы, электромеханические генераторы, термоэлектрические генераторы, фотоэлементы и др. В современной технике в качестве источников энергии применяют главным образом электрические генераторы.  Электроприемниками являются электродвигатели, преобразующие электрическую энергию в механическую, нагревательные и осветительные приборы, электролизные установки и др.

В качестве вспомогательного оборудования в электрическую цепь входят аппараты для включения и отключения (например, рубильники), приборы для измерения электрических величин (например, амперметры и вольтметры), аппараты защиты (например, плавкие предохранители).

 Для выполнения электрической цепи необходимы:

- Источники электрического тока

- Потребители электрического тока

- Проводники электрического тока

- Изоляционный  материал  

- Провода и шнуры

- Электроарматура

- Инструменты для  сборки электрической цепи

- Технику безопасности

1.2. Техника безопасности при электрических видах работ

Сила тока, который течет в проводах наших квартир, составляет 5-10А, что смертельно опасно. Уже при I=0,1-0,1А человек к не может самостоятельно оторваться от электропровода.  Безопасным считается напряжение менее 42 В. 

Каковы последствия действия электрического тока на организм? Ток проходит через тело человека, воздействует на центральную нервную систему, тем самым, нарушая дыхание и сердечную деятельность. При поражении электрическим током можно получить электрический ожог или смерть.

   Техника безопасности.

1. Необходимо обдумывать каждое действие.

 2. Место работ должно быть достаточно освещено, чтобы видеть, что вы делаете. 3. Никогда не касайтесь нескольких оголенных проводов голой рукой, даже если вы уверены, что контур отключен. Может случиться так, что по ошибке контур остался включенным или включился. Воспользуйтесь тестером напряжения и убедитесь, что напряжения нет.

4. Оголенные провода располагайте так, чтобы один не мог коснуться другого даже случайно.

5. Делая скрутки, соедините провода и изолируйте скрутку. Только после этого приступайте к следующему соединению.

6. Никогда не вмешивайтесь в проводку под напряжением. Всегда отключайте электричество, прежде чем вскрыть прибор или электрическую арматуру.

7. Не полагайтесь на изолированные ручки инструмента или электроизоляционные перчатки как на защитное средство от поражения током. Они защищают, но только при случайном соприкосновении с оголенным проводом под напряжением.

8. Избегайте работ с электропроводкой и устройствами во влажных местах. Если место сырое, подложите под ноги сухую доску и стойте на ней. В качестве дополнительной защиты наденьте ботинки на резиновой подошве.

9. Перед завершением ремонта проанализируйте свои действия, чтобы убедиться: вы ничего не забыли сделать.

10. Всегда изолируйте концы сертифицированными элементами для соединения проводов или изоляционной лентой.

11. Никогда не пользуйтесь канцелярскими клейкими лентами или любым другим заменителем.

12. Что делать, если кого-то ударило током? Немедленно, не забывая о собственной безопасности, оказать помощь, прежде всего освободив пострадавшего от воздействия электричества. Быстро обесточив пострадавшего можно отключив источник питания; скинув провода с пострадавшего любым токонепроводимым предметом; перерезав или перебив провода на разных уровнях; оттащив пострадавшего за одежду. Только после этого приступить к оказанию помощи.

     Для обеспечения безопасности работ необходимо пользоваться специальными инструментами. Инструмент с изолированными ручками предназначен для работ в электроустановках напряжением до 1000В без снятия напряжения. Ручки плоскогубцев, кусачек, пассатижей, отверток, гаечных ключей покрываются влагостойкими изоляционными материалами. Материал не должен быть хрупким (чтобы не ломаться при случайных падениях на пол). Он должен быть стойким против разъедания потом, маслом, бензином, керосином, кислотами. Поэтому для изоляции ручек инструмента применяются эбонит, пластмассы, резина. Покрытие плотно прилегает к металлической части инструмента, захватываемого рукой. У длинных инструментов (отвертки, ключи) покрытие закрывает длину большую, чем длина захвата, оставляя открытым лишь конец с рабочей частью. У инструментов с короткими ручками (плоскогубцы) изолирующее покрытие имеет упор, ограничивающий захват той частью, где имеется изоляция. Длина изолированной ручки инструмента должны быть не менее 10см. Поверхность изолирующего покрытия может быть гладкой или рифленой.

При работах с помощью инструмента с изолированными ручками на токоведущих частях без снятия напряжения в электроустановках напряжением 220 - 380В должны применяться диэлектрические перчатки и галоши. Необходимость этого требования обусловлена тем, что не исключена возможность прикосновения к токоведущим частям рукой, в которой нет инструмента с изолированной ручкой. Например, требуется второй рукой поддержать отвинчиваемую деталь, гайку и т. д. Перчатка может быть надета на руку, в которой нет инструмента. Нельзя работать инструментом с изолированными ручками в таких местах, где рабочая часть инструмента может случайно замкнуть токоведущие части между собой.

1.3. Изготовление устройства с использованием электрической цепи

для демонстрации графика функции y = sin x.

Изначально я планировал собрать электрическую схему с поочередным механическим прерыванием цепи питания ламп накаливания. Для этого я использовал электромоторчик от старого кассетного магнитофона вращающий перемычку, поочередно соединяющую контакты питания лампочек.

Схема получилась рабочая, но, к сожалению, электродвигатель вращал контакт слишком быстро и лампочки переключались также слишком быстро, что затрудняло восприятие демонстрации графика. Применение переменного резистора для уменьшения скорости вращения двигателя не исправило ситуацию. Двигатель стал вращаться не стабильно.

Неожиданно мне пришла в голову идея для изготовления устройства использовать схему «Бегущий светодиодный стоп-сигнал для автомобиля», купленную в магазине «Юный техник» и слегка модифицированную. Это было удобно, так как схема выполняла схожие действия.

Пайка деталей производилась на печатную плату. Использование плат позволяет упростить процесс сборки и избежать многих ошибок. Пайка деталей на плату сильно отличается от пайки проводов. Подробно процесс пайки элементов на плату был описан на Интернет-сайте «Хабрахабр» и в книге «Самоучитель по радиоэлектронике».

Качество пайки во многом определяет нормальную и надежную работу аппаратуры. Для получения прочного паяного соединения необходимо, чтобы место пайки было тщательно очищено от грязи и оксидных пленок. Поэтому перед пайкой поверхности соединяемых деталей целесообразно зачистить и облудить. Прочная и красивая пайка получается не сразу, а только после практического овладения секретами радиомонтажа.3

Процесс пайки деталей на плате:

• Деталь вставляется в плату и должна быть закреплена (у вас не будет второй руки, чтобы держать).
• В одну руку берется паяльник, в другую — проволочка припоя (удобно, если он в специальном диспенсере).
• Припой на паяльник брать не надо.
• Касаетесь кончиком паяльника места пайки и греете его. Обычно, это секунды 3-4.
• Затем, не убирая паяльника, второй рукой касаетесь кончиком проволочки припоя с флюсом места пайки. В реальности, в этом месте соприкасаются сразу все три части: элемент пайки и его отверстие на плате, паяльник и припой. Через секунду кончик проволочки припоя плавится (и из него вытекает немного флюса) и необходимое его количество переходит на место пайки. После секунды можно убирать паяльник с припоем и подуть. 4

3 Николаенко М. Н. Самоучитель по радиоэлектронике / Николаенко М. Н.  // Издательство «НТ Пресс», 2005

4 Пайка для начинающих // Хабрахабр // http://habrahabr.ru/post/148656/

Используемые материалы

Электромонтажные операции

Заключение

В процессе выполнения работы по вопросу исследования мною была изучена литература и электронные ресурсы. Решающую роль в моей работе сыграли два источника. Материалы книги «Самоучитель по радиоэлектронике» Николаенко М. Н. помогли овладеть теоретическим материалом. А интернет-статья «Пайка для начинающих» помогла мне верно произвести процесс пайки на печатную плату.

        Во время работы были рассмотрены два варианта решения задач: механический способ и электронная схема.  Изначально планировалось собрать электрическую схему с поочередным механическим прерыванием цепи питания ламп накаливания. Для этого я использовал электромоторчик от старого кассетного магнитофона вращающий перемычку, поочередно соединяющую контакты питания лампочек. Затем был рассмотрен другой способ, основанный на электронной схеме. За основу была взята схема «Бегущий светодиодный стоп-сигнал для автомобиля», которая впоследствии была модифицирована.

 Для создания прибора выбран, на мой взгляд, самый оптимальны вариант – использование электронной схемы, так как механический вариант был неудобен для восприятия зрителем из-за высокой скорости переключения ламп. В процессе выполнения работы была изучена литература по вопросам исследования на бумажных и электронных носителях, учтены рекомендации преподавателей. Результатом работы стал прибор, иллюстрирующий график функции y=sin x.

Функция y=sin x рассматривается в школьном курсе математики, поэтому созданный прибор помогает ученикам лучше усвоить материал. Сегодня созданный прибор успешно используется на уроках учителем математики Беляевой Еленой Николаевной (кабинет №44).

 Список использованной литературы и электронных ресурсов

1. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи / Л.А. Бессонов // http://www.toroid.ru/bessonovLA.html

2. Жеребцов И.П. Основы электротехники / И.П. Жеребцов / Издательство Энергоатомиздат Ленинградское отделение, 1989 // http://www.toroid.ru/bessonovLA.html

3. Николаенко М.Н. Самоучитель по радиоэлектронике / М.Н. Николаенко / Издательство «НТ Пресс», 2005
4. Пайка для начинающих // Хабрахабр // http://habrahabr.ru/post/148656/
5. Хоровиц П. Хилл У. Искусство схемотехники / П. Хоровиц  У. Хилл  / Издательсво Мир, 5-е издание, 1998 // http://padabum.com/d.php?id=306
6. Электричество // Словарь Брокгауз и Ефрон // http://slovari.yandex.ru/что%20такое%20электричество/Брокгауз%20и%20Ефрон/Электричество/
7. Электричество // Викепедия – свободая энциклопедия //  http://ru.wikipedia.org/wiki/Электричество