О выборе системы единиц для студентов электромехаников

Размещено на http://www.allbest.ru/

О выборе системы единиц для студентов электромехаников

Саликов М.П.

На вопрос к аудитории: «Какова плотность меди?» студенты четвёртого курса надолго задумались и промолчали.

А какова плотность железа, алюминия? - Тоже молчание.

Но ведь из этих материалов строят электрические машины и аппараты. От выбора этих и других материалов зависит их удельная мощность, энергоэффективность и конкурентоспособность!

Какова плотность воды, водорода, трансформаторного масла и почему эти вещества используют для охлаждения электрических устройств? - нет ответа!

Показываю медную проволоку длиной около метра и диаметром в 1 мм. Спрашиваю, какое может быть, по вашему мнению, электрическое сопротивление этого проводника электрического тока?

Все молчат. Через минуту размышлений лишь один студент неуверенно произнёс: «Около сотни Ом».

А о соотношении удельных электрических сопротивлений меди и графита никто даже не догадывается, но при таком незнании как-то в своё время умудрялись спроектировать коллекторно-щёточный узел машины постоянного тока. Опрос студентов показал, что, по их мнению, главное отличие графита от других материалов, позволяющее использовать его в качестве электрических щёток,- это его «скользкость».

Ну как при таком невежестве и узком кругозоре можно в будущем ждать от таких студентов прорывных технических решений или просто грамотного применения материалов?

А вот примеры несколько другого плана.

Студенты в учебной лаборатории долго определяли магнитную индукцию насыщения в кольцевом магнитопроводе, навитом из ленты анизотропной электротехнической стали. После многочисленных пересчётов индукция оказалась равной 3,8 Тл. Студенты не сомневались в правильности измерения и расчёта. Мои слова о том, что за такой результат необходимо давать не одну, а две или три государственные премии, оказались не понятыми.

Как же так получилось? Ведь и в общем курсе электрических машин и при проектировании говорили, что магнитная индукция - это плотность магнитного потока и от выбранного значения этой величины много чего зависит в машине. Говорили и о том, что магнитная индукция в лучших образцах электротехнических сталей не превышает 2,0 Тл, а наибольшее достигнутое значение относится к сплаву железо-кобальт и составляет всего 2,5 Тл.

Другой поразительный пример.

Результат расчёта студенткой прогиба вала длиной 15 сантиметров оказался равным 1,5 метра!

В чём дело. Не научились думать? Нет памяти? Полное отсутствие интереса? Нет мотивации? Нет простого любопытства? Не способны представить такой вал изогнутым?

Это так, но есть и другие причины

Хочешь знать плотность меди - смотри справочник.

Вот справочник по электротехническим материалам [1], стр. 184 - 185, Табл.10.1, плотность, единица измерения «».

Думаем. «Мг»,наверное, означает миллион граммов. Но плотность - это масса единицы объёма. Следовательно, необходимо массу делить на объём, а там множат! Приглядываемся. Видим в степени минус. Соображаем: надо делить.

Переходим к другому этапу познания. Метр кубический представить нетрудно. Но кубический метр меди весит 9200 килограммов или 9,2 тонны. Надо бы ощутить рукой такой вес, чтобы представить проектируемое устройство. Увы, на земле нет и никогда не будет силача, способного поднять 9 тонн.

Понятно, сложно, не представимо, не наглядно, не ощутимо и не найдёшь аналогии в повседневности. Зато это интернациональная система физических единиц - СИ. А что же наглядно и ощутимо? Это когда масса просто в граммах или килограммах, а объем в кубических сантиметрах или в кубических дециметрах, т.е. в литрах. Это можно поднять, сравнить и ощутить «большую» плотность, например, меди и «малую» плотность алюминия. Но это не СИ в «чистом» виде и должно преследоваться!

Правда, преследователи забывают, что студенты в ВУЗ приходят не натаскиваться по шаблону образования на непременно СИ, а научиться понимать явления и их взаимосвязь в проектируемых конструкциях или технологическом процессе. И всё это возможно, когда выработается способность создавать картину физических явлений в голове. Тогда появляется и интерес, и любопытство.

Тот же справочник. Удельное электрическое сопротивление. Единица измерения - «мкОмм».

Мы уверены, что удельное электрическое сопротивление - это сопротивление проводника электрического тока длиной в единицу длины и с площадью поперечного сечения в единицу площади. Глядя в справочник, студент, подумав, иногда, долго, может прийти к выводу (а может и не прийти), что 0,017 мкОмм- это электрическое сопротивление куба меди между противоположными гранями.

Но таких проводников в технике не бывает! Да и изогнуть такой проводник не получится! А как измерить такое микроскопическое сопротивление? А как отделить искомое сопротивление от сопротивления токоподводящих проводников и при этом быть уверенным в надлежащем контакте проводников со всей поверхностью граней медного куба?

Вот так. Помучается студент в размышлениях и вычислениях и бросит это занятие. Зато это СИ.

А если длина - метр, а площадь поперечного сечения - один квадратный миллиметр? Такой проводник представим. Его сопротивление легко измерить. Всё будет просто, наглядно, доступно пониманию, пробудет интерес к предмету, но не СИ.

Что же делать в таких случаях?

- Обратить внимание, что ГОСТ [2] довольно гибок и требует обязательного применения не только единиц СИ, но десятичные кратные и дольные от них, выбор которых диктуется прежде всего удобством их применения.

- Можно также приводить величины в удобной для понимания размерности и растолковывать её. Рядом дублировать в СИ.

- Помнить, что СИ не панацея. Во многих развитых в техническом отношении странах используются архаические системы дюймов, баррелей и ничего … сопротивление медь графит ферромагнитный

Что же касается магнитных измерений, сложность заключается в том, что магнитное поле невидимо, так же, как и электрическое поле и электрический ток. Но его можно ощутить, если держать предмет из ферромагнитного материала в поле соленоида, в воздушном зазоре машины постоянного тока при отключённой цепи якоря или вблизи сварочного трансформатора. Необходимо подробнее говорить о свойствах ферромагнитных материалов, которых много и каждый из которых имеет свою область применения благодаря своим физическим и другим свойствам.

Студентку за ошибку в расчёте прогиба вала винить нельзя. Возможно, она и не держала стальной вал в руках, не пробовала его изогнуть. Ведь и в школе, и вузе всё считают, и считают, и считают, что отупляет. Напрочь забывают о физике явлений и физическом смысле формулы, о необходимости анализировать промежуточный результат расчёта, сравнивая его с ожидаемым, исходя из здравого смысла. Конечный результат расчёта необходимо сравнить с аналогичным, приведённым в пособии или справочнике. Использование принципа «подобия» позволит сократить время на расчёты, быстрее удостовериться в правильности или неправильности решения задачи и грамотно истолковать результат.

Список литературы

1. Справочник по электротехническим материалам: в 3 т. / под ред. Ю. Корицкого. - 3-е изд., перераб. Т. 3 - М. :Энергоатомиздат, 1988.

2. ГОСТ 8.417-2002 Государственная система обеспечения единства измерений. Единицы величин.

Размещено на Allbest.ru