ИДЗ

1. Студент ТПУ Петр Иванов налил в чайник 1,4 литра холодной воды температурой T₀ (°C) и включил его. Напряжение в розетке было U (дБ), а протекающий ток по нагревательному элементу чайника составил I (Нп). Через какое время вода в чайнике закипит (достижение температуры воды 100 °C), если принять теплоемкость воды 4,21 кДж/(кг ∙ K), коэффициент мощности cos = 0,83, КПД чайника принять равным 0,98. При нагревании испарилось m (г) воды. Условно будем считать, что это количество воды мгновенно испарилось при достижении температуры 80 (°C). Теплоту парообразования принять 2250 кДж/кг.

Дано: t0 = 11 °C; U = 164 дБ; I = 15,5 Нп; t3 = 100 °C; с = 4,21 кДж/(кг ∙ K); cos = 0,83; η = 0,98; m0=1400 г m = 5,5 г; t2 = 80 °C; r = 2250 кДж/кг. t-?	СИ	Решение I=I0·e^I^Нп; I=1·10^-6·e^15,5=5,389 А; U=U0·10^(^U^дБ/20)=1·10^-6·10^(163,5/20)=158,489 В; P=I·U·cosφ·η; P=5,389·158,489 ·0,83·0,98=694,722 Вт; Q1=c·m0·Δt; Q1=4,21·1400· (80-11)=406686 Дж; Q2=m·r; Q2=5,5·2250=12375 Дж; Δm=m0-m; Δm=1400-5,5=1394,5 г; Q3=c·Δm· (t3-t2); Q3=4,21·1394,5·(100-80)=117416,9 Дж; QΣ=Q1+Q2+Q3; QΣ=406686+123750+117416,9 =647852,9 Дж; t=QΣ/P; t=647852,9 /694,722 =932,5 c.
Ответ: t=932,5 c.

2. При касании пальцем интегральной схемы, лежащей на столе произошел разряд статического электричества с тела человека. Какой потенциал получит интегральная схема, если тело человека имело потенциал U_и ? Емкость тела человека C_и = 150 пкФ, а емкость интегральной микросхемы C_з. Токами утечки и падением напряжения на искре пренебречь.

   Дано Uи=4,8 кВ Cз,=20 пкФ Cи = 150 пкФ Uз-?

   СИ 4800 В 20·10^-12 Ф 150·10^-12Ф

   Решение Си·Uи=(Си+Сз)·Uз; Uз= Си·Uи/(Си+Сз); Ответ: Uз=4235 В.

3. При ударе молнии в молниеотвод в двухпроводной линии, находящейся вблизи от канала разряда молнии, возникает напряжение помехи. До какой величины поднимется потенциал сигнальной линии U_st, если максимальный потенциал канала разряда молнии принять 105 кВ? (рис. 1).

Рис. 1. Емкостное влияние молнии на линию: В – канал разряда молнии;

G₁, G₂  – приборы; С_к  – емкости связи сигнальной линии относительно канала разряда; С_E – емкости связи сигнальной линии относительно земли

Дано Ск= 12 мкФ; СE= 1600 мкФ; Umax=105 кВ; Ust -?

СИ 12·10^-6Ф 1600·10^-6 Ф 105000 В

Решение Ответ: Ust=780,18 В.

4. При касании пальцем проводящего заземленного корпуса прибора G возникает разряд статического электричества (рис. 2). При этом в контуре, находящемся внутри прибора и удаленном от проводника с током разряда i_ESD на среднее расстояние r₀, индуктируется напряжение помехи U_st. Чему равно напряжение помехи U_st, если скорость изменения тока во времени 6 А/нс?

Рис. 2. Индуктивное влияние разряда статического электричества ESD на контур внутри прибора G

Дано: r0=4,3 см; а=0,8 см; l= 1,5 см; А/нс; Ust -?

СИ 0,043 м 0,008 м 0,015 м

Решение

5. Чему равен коэффициент экранирования, если напряженность электрического поля перед экраном равна E₀, а за экраном E₁?

Дано: E0= 18 кВ/м; E1= 5 кВ/м; аэ-?

СИ

Решение аэ=20lg аэ=20lg . Ответ: аэ=11,126 дБ

6. Определить напряжение помехи U_st возникающее вследствие гальванического влияния при ударе молнии в молниеотвод через разомкнутую петлю заземлений, в соответствии с рис. 3. Величину Z_L принять равной 9 + j4000 Ом, а Z_C = 5 – j3000 Ом.

Рис. 3. Гальваническое влияние через разомкнутую петлю заземлений:

а – схема устройства;

_б – схема, поясняющая формирование напряжения помехи

Дано ZL=9 + j4000 Ом; ZC = 5 – j3000 Ом; ZS=1100 Ом; ZQ= 1200 Ом; U12= 3 кВ; Ust-?	СИ 2300 В	Решение ZL= ZС=
Ответ: Ust=819,9 В.

7. Определить коэффициент затухания сигнала частотой f (кГц) в C-фильтре (рис. 4). Принять величину ёмкости равной C (мкф), активное сопротивление конденсатора R (Ом), Z_Q = Z_S =50 кОм.

Рис. 4. Помехоподавляющий C-фильтр

Дано ZQ = ZS =50 кОм; f =200 кГц; C=8 мкф; R= 0,2 Ом; ас-?	СИ 50000 Ом 200000Гц	Решение
Ответ:

8. Определить коэффициент затухания сигнала частотой f (кГц) в L-фильтре (рис. 5). Принять величину индуктивности равной L (мкГн), её активное сопротивление R (Ом), Z_Q = Z_S =75 Ом.

Рис. 5. Помехоподавляющий L-фильтр

Дано R = 0,2 Ом; F = 20 кГц; L = 4,7 мкГн; ZQ = ZS =75 Ом; ас-?	СИ 20·10^3 Гц; 4,7·10^-6 Гн.	Решение ZL=ω·L=2·π·f·L; ZL=2·3,14·20·10^3·4,7·10^-6=0,59 Ом;
Ответ: ас=0,034 дБ.

1. Определить напряжения помехи U_st1 и U_st2, индуктируемые магнитным полем канала молнии в контурах двухпроводной линии. Принять r₀ = 40 м, l = 30 м, i / t = 300 кА/мкс (рис. 6).

Рис. 6. Индуктивное влияние тока молнии

на электрические контуры в устройстве автоматизации:

В – канал молнии;G₁,G₂ – приборы устройства

Дано r0 = 40 м; l = 30 м; i / t = 300 кА/мкс; a1 =3,3 мм; a2=60 см; Ust1 и Ust2-?	СИ 0,0033 м 0,6 м	Решение
Ответ:

2. Лампу накаливания включили в сеть переменного тока. Определить мощность, потребляемую лампой (Вт), если напряжение на контактах лампы равнялось U (дБ), а ток, протекающий по лампе, был равен I (Нп). Коэффициент мощности (cos) принять равным 0,9.

Дано U=166,85 дБ I=13,74 Нп cos=0,9 Р-?

СИ

Решение U=U0·10^(^U^дБ/20); U=1·10^-6·10^(^166,85^/20)= 22 В; I=I0·e^I^Нп; I=1·10^-6·e^1^3,74=1,54 А; P=I·U·cosφ; P=1,54·22·0,9=30,49 Вт. Ответ: P=30,49 Вт.

6