Изменение сопротивления медной проволоки по длине

Определение свойств объекта, подлежащего исследованию. Изменение сопротивления медного проводника. Процессы распространения тепловой энергии. Идентификация типа дифференциального уравнения. Входной и выходной параметры. Размерность входного возмущения.

Рубрика Физика и энергетика
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 13.03.2014
Размер файла 190,5 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДИНИЕ

Моделирование - процесс замещения объекта исследования некоторой его моделью и проведение исследований на этой модели с целью получения необходимой информации об исследуемом объекте.

Различают два типа моделирования: предметное и абстрактное.

При первом способе моделирования строят физическую модель, соответствующим образом отражающую основные физический свойства и характеристики моделируемого объекта. При этом модель может иметь другую физическую природу, по сравнению с реальным объектом.

При абстрактном моделировании используют множество видов математических моделей, представляющие собой совокупность математических объектов и отношений между ними, адекватно отражающих физические свойства создаваемого технического объекта. В общем случае уравнение математической модели связывает физические величины, характеризующие состояние объекта.

Модель - физический или абстрактный образ моделируемого объекта, удобный для проведения исследований и позволяющий адекватно отображать интересующие физические свойства и характеристики моделируемого объекта.

Процесс моделирования включает в себя несколько этапов:

· постановка задачи и определение свойств реального объекта, подлежащего исследованию;

· констатация затруднительности или невозможности реального объекта;

· выбор модели, хорошо описывающей основные свойства объекта, с одной стороны, и легко поддающаяся исследованию, с другой;

· исследование модели в соответствии с поставленной целью;

· проверка адекватности объекта и модели; если соответствий нет, то необходимо повторить п. а - г.

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Рассчитать изменение сопротивления медного проводника ТСМ50. Идентифицировать тип дифференциального уравнения. По заданному дифференциальному уравнению получить выражение для передаточной функции в распределенных параметрах, выражение для выходной величины. Построить статическую характеристику выходной величины, а также логарифмические характеристики.

Исходные данные:

2. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ СРП

Первый этап в развитии ТАУ связан с управляемыми системами состояния, которые характеризуется поведением во времени t некоторого набора функций одной переменой t конечного числа n:

(1)

Подобные системы обычно описываются обыкновенными дифференциальными уравнениями или системами дифференциальных уравнений относительно g(t) и называются системами с сосредоточенными параметрами. Модели большого числа объектов управления могут быть с достаточной для практической точности точностью ССП. По практике любой технический объект имеет вполне определенные геометрические размеры, поэтому функция характеризующая ее состояние изменяется в пределах пространственной области и следовательно зависит не только от времени, но и от пространственных координат.

Такие системы называются системы с распределенными параметрами. Состояние СРП описывается дифференциальным уравнением с частыми производными, интегральными уравнениями, а также гибридными. Функция состояния Q(x,t) определенная на пространственной области Д удовлетворяет уравнению:

L[Q(x,t)]=f(x,t) , t>0 (2)

где Д- открытая часть области Д не содержащая границы;

L- некоторый заданный оператор(функция в частных производных);

f(x,t)- известная функция характеризующая внешнее воздействие на процесс.

Если , то (2) - однородное уравнение,

, то (2)- неоднородное уравнение.

Если g(x,t)- векторная функция состояния , то (2)-представляет собой систему уравнений.

Для получения единственного решения уравнения (2) необходимо дополнить начальными условиями, которые описываются некоторым линейным оператором

N[Q(x,t)]=Q(x,t) , t=0 (3)

Полная система уравнений должна содержать граничные условия от Q(x,t) которые характеризуют взаимодействие Q(x,t) с внешней средой должно выполнятся условие t>0 на границе области Д.

(4)

где Г- линейный оператор;

- внешние воздействие, которое можно рассматривать как второй вход объекта наряду с .

Если , то граничное условие однородное и наоборот.

Уравнения математической физики являются основой для построения математической модели элементов систем уравнений с распределенными параметрами. Для их практического применения основной сложностью является выбор уравнения, который могло бы с заданной точностью и степенью достоверности описать интересующий элемент системой управления.

Самостоятельно составлять и получать в частных производных является сложной задачей, поэтому используют следующий алгоритм:

1) Выбирается система координат исходя из конструкции элемента СУ.

2) Выбирается размерностьr пространственной области D определения функции Q данной задачи.

3) Наивысший порядок производных m функции Q по независимой временной производной t ограничивается двойной.

4) Наивысший порядок производных n функции Q по пространственным переменным ограничивается двойной.

5) Выбирается дифференциальное уравнение группы ( r, m, n) в нужной системе координат.

6) Уравнение «офизичивается», то есть производится конструирование размерностей. Это означает, что задается первичная размерность, либо входному возмущению f (x, y, z, t ), либо выходному сигналу Q (x, y, z, t ). В зависимости оттого, что интересует. Далее рассчитываются вторичные размерности исходя из конкретного вида уравнения и зависящая от первичных размерностей.

7) Находится выходной сигнал и производится его сопоставление с ожидаемыми результатами.

8) Если результат не устраивает, выбираем другое уравнение и повторяем все процедуры заново.

Во многих случаях для описания физических процессов используют уравнений с частыми производными до второго порядка включительно.

Так, например, процессы распространения тепловой энергии описывается уравнением теплопроводности

,

где и С - плотность и теплоемкость вещества,

Т- температура,

k- коэффициент теплопроводности,

Q - плотность источника тепла.

Анализ стационарных состояний, например, статических тепловых, электрических, магнитных полях проводят, используя уравнение Пуассона

где u(x, y, z) - функция, описывающая статическое поле,

f( x, y, z)- распределенные источники.

Несмотря на различие процессов, все они могут быть представлены как частные случаи обобщенной формы дифференциального уравнения второго порядка.

Рассмотрим уравнение второго порядка с двумя независимыми переменными x и y:

(1)

где A,B,C,D- некоторые функции, зависящие в общем случае от x, y,u.

На основании того, что уравнение 1 можно поставить в квадратичную форму

по природе различают следующие типы квазилинейных уравнений:

1) гиперболический, если В2-4АС>0- его аналогом является волновое уравнение;

2) параболический, В2-4АС=0-его аналог уравнение теплопроводности;

3) эллиптический, если В2-4АС<0- аналог уравнение Пуассона или Лапласа.

3. ИДЕНТИФИКАЦИЯ ТИПА ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО УРАВНЕНИЯ ЗАДАНИЕ ВХОДНОГО И ВЫХОДНОГО ПАРАМЕТРОВ, НАЧАЛЬНЫХ И ГРАНИЧНЫХ УСЛОВИЙ

Так как данное дифференциальное уравнение содержит первую производную по времени, то оно относится к параболическому типу. Также это уравнение является неоднородным.

Выходным параметром Q(x,y,t) в данной системе является сопротивление медной проволоки.

Входным воздействием f(x,y,t) является поток тепла от корпуса термопреобразователя сопротивления ТСМ50.

Рисунок 1- Вид входного воздействия

Граничные условия:

Зададим размерность входного возмущения.

,

где F- количество теплоты (теплой поток)

V-объем.

- удельная теплоемкость меди.

- плотность меди.

-коэффициент теплопроводности,

где -коэффициент теплопроводности меди.

Тогда а2 =0.884 м2/с.

Пусть l1 = 18 - длина проволоки.

Начальные условия:

, что соответствует сопротивлению ТСМ50 до начала действия теплового потока.

Граничные условия:

, что соответствует изменению сопротивления в начале проволоки.

- что соответствует изменению сопротивления на конце проволоки.

С учетом выше описанных условий стандартизирующая функция примет следующий вид:

4. РАСЧЕТ ВЫХОДНОЙ ВЕЛИЧИНЫ

тепловой энергия входной возмущение

Для определения вида статической характеристики воспользуемся функцией Грина:

Для этого первоначально произведем расчет выходной вылечены по формуле:

Ввиду явной неразрешимости интеграла, в котором присутствует сумма ряда до бесконечного члена, введем ограничение на количество рядов 1, т.е. возьмем первый член ряда. Эта мера является вынужденной и ведет к большой погрешности.

Таким образом, учитывая принятые меры, получим уравнение:

Используя свойства - функции для упрощения уравнения, построим статическую характеристику выходной величины при фиксированных значениях координаты и времени.

б

Рисунок - 2 Статическая характеристика выходного сигнала: а - при фиксированном значении координаты; : б - при фиксированном значении времени.

5. РАСЧЕТ ИНТЕГРАЛЬНОЙ ПЕРЕДАТОЧНОЙ ФУНКЦИИ. ПОСТРОЕНИЕ ЛОГАРИФМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК

Найдем изображение по Лапласу стандартизирующей функции.

Выделим в явном виде компоненту входной координаты.

Выражение для имеет следующий вид:

Интегральная передаточная функция определяется выражением

Проведя интегрирование и все преобразования, получим следующее выражение для интегральной передаточной функции:

Для построения ЛАЧХ в полученной интегральной передаточной функции заменим р на jщ и затем воспользуемся формулой:

Выполним расчет и построение ЛАЧХ с помощью программы Matchcad 2000, задав произвольно необходимые параметры:

Рисунок 3- ЛАЧХ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной курсовой работе был произведен расчет системы с распределенными параметрами: изменение сопротивления медной проволоки по длине. В ходе расчетов было выявлено ниже следующее.

Система устойчива, имеет высокие качественные характеристики и достаточный коэффициент усиления. Данная система не требует дальнейшей доработки. Это означает, что были правильно подобраны начальные, граничные условия и дифференциальное уравнение для описания данной системы.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Тарасик В.П. Математическое моделирование технических систем: Учебник для вузов.-МН.: ДизайнПРО, 2004.

2. Бутковский А.Г. Характеристики систем с распределенными параметрами. - М.: Наука, 1979. -224с.

3. Арсенин В. Я. Математическая физика. - М. Наука, 1966.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Проведение экспериментального исследования по определению зависимости изменения сопротивления медного проводника от повышения температуры. Построение графической зависимости этих величин. Табличные значения термических коэффициентов других проводников.

    презентация [257,5 K], добавлен 18.09.2013

  • Порядок получения входных и выходных характеристик транзистора. Методика и основные этапы сборки электрической схемы, определение измерения тока коллектора. Экспериментальное нахождение сопротивления по входной характеристике при изменении базового тока.

    лабораторная работа [39,8 K], добавлен 12.01.2010

  • Изохорный, изобарный, изотермический и адиабатный процессы. Частные случаи политропного процесса. Чем выгодна совместная выработка электроэнергии и теплоты. Коэффициент теплоотдачи, его физический смысл и размерность. Изменение внутренней энергии.

    контрольная работа [709,8 K], добавлен 04.12.2013

  • Деление твердых тел на диэлектрики, проводники и полупроводники. Собственная и примесная проводимость полупроводниковых материалов. Исследование изменений сопротивления кристаллов германия и кремния при нагревании, определение энергии их активации.

    лабораторная работа [120,4 K], добавлен 10.05.2016

  • Исследование модели транзистора с обобщенной нагрузкой. Определение амплитудно- и фазо-частотных характеристик входной и передаточной функции. Представление входного сопротивления полной цепи последовательной и параллельной моделями на одной из частот.

    курсовая работа [1,0 M], добавлен 08.04.2015

  • Определение зависимости сопротивления сети от скорости потока, расчет сопротивления для определенного значения. Принцип работы и внутреннее устройство насосной установки, определение расхода воды в зависимости от перепада давления на дифманометре.

    курсовая работа [75,8 K], добавлен 21.02.2009

  • Электрическое сопротивление - основная электрическая характеристика проводника. Рассмотрение измерения сопротивления при постоянном и переменном токе. Изучение метода амперметра-вольтметра. Выбор метода, при котором погрешность будет минимальна.

    презентация [158,9 K], добавлен 21.01.2015

  • Определение эквивалентной емкости схемы и энергии, запасенной ею. Расчет эквивалентного сопротивления и токов. Описание основных характеристик магнитного поля. Расчет тока в электрической лампочке и сопротивления ее нити накала, при подключении сеть 220В.

    контрольная работа [32,4 K], добавлен 17.10.2013

  • Электрический ток как направленное движение электронов. Сущность понятия "сила тока". Метод измерения сопротивления проводника при помощи амперметра и вольтметра. Содержание первого закона Кирхгофа. Общий вид мостика Уитстона. Электронная теория.

    лабораторная работа [60,8 K], добавлен 25.06.2015

  • Гипотезы сопротивления материалов, схематизация сил. Эпюры внутренних силовых факторов, особенности. Три типа задач сопротивления материалов. Деформированное состояние в точке тела. Расчёт на прочность бруса с ломаной осью. Устойчивость сжатых стержней.

    курс лекций [4,1 M], добавлен 04.05.2012

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.