Библиографическое описание:

Коваль С. А., Онуфриенко Р. В., Сазанов Р. М., Федоров Д. П. Внедрение в учебный процесс электронной виртуальной лабораторной установки «Плоская электромагнитная волна» // Молодой ученый. — 2016. — №19. — С. 76-78.



В последние годы основные достижения в различных областях науки и техники неразрывно связаны с процессом совершенствования ПЭВМ. Сфера эксплуатации ПЭВМ — бурно развивающаяся отрасль человеческой практики, стимулирующая развитие новых теоретических и прикладных направлений. Ресурсы современной информационно-вычислительной техники дают возможность ставить и решать математические задачи такой сложности, которые в недавнем прошлом казались нереализуемыми, например, создание прикладных вычислительных программ.

Нынешняя материальная база высших военных заведений (вузов) весьма объёмна и широка, но не во всех регионах нашей необъятной Родины. Новейшая аппаратура очень дорогая, простыми словами — на настоящий момент УМБ не в полном объеме соответствует требованиям по причине дороговизны отдельных элементов, в частности комплекс оборудования по электродинамики. При этом проведена оценка возможности моделирования и разработки комплекса виртуальных приборов в среде LabVIEW для проведения экспериментов с полнотой и наглядностью.

Целью статьи является описание электронной лабораторной работы, используемой для изучения процессов распространения плоской электромагнитной волны и её характеристик.

Для описания электромагнитного поля, необходимо характеризовать его в каждой точке пространства, в каждый момент времени, как по величине, так и по направлению. Наиболее наглядно электромагнитное поле проявляет себя посредством силового воздействия на заряженные частицы вещества и характеризуется силами, действующими на помещенные в поле заряды. Поскольку силы являются векторными величинами, описание электромагнитного поля и построения его математической модели необходимо производить с помощью векторных величин. С целью облегчения анализа электромагнитного поля, а в качестве величин, характеризующих их силовое взаимодействие с движущимися зарядом в свободном пространстве (вакууме) применяют вектор напряженности электрического поля Е и вектор магнитной индукции В.

Вектор напряженности электрического поля Е характеризует силовое взаимодействие электрического поля на электрические заряды.

Для наглядности восприятия и анализа силовое поле изображают с помощью силовых линий напряженности электрического поля.

Вектор магнитной индукции В характеризует силовое воздействие магнитного поля на движущиеся электрические заряды.

При исследовании электромагнитных явлений в свободном пространства распределение векторов напряженности электрического поля Е и магнитной индукции В, в любой точке пространства полностью характеризует электромагнитное поле.

При воздействии магнитного поля на движущийся заряд величина вектора В также зависит от свойств среды. Эта зависимость объясняется намагничиванием вещества, в результате которого на внешнее магнитное поле накладывается дополнительное поле вещества. При этом в зависимости от свойств вещества возможно, как ослабление первичного магнитного поля в диамагнитных средах, так и усиление в парамагнитных, особенно в ферро магнитных средах.

Внешний вид лицевой панели виртуальной лабораторной установки приведён на рисунке 1. В верхней её части расположен заголовок «Электронная имитация лабораторной работы» и кнопка остановки STOP.

Рис. 1. Внешний вид лицевой панели виртуальной лабораторной установки

На лицевой панели расположены регуляторы, которыми можно задать [1]:

  1. Относительную диэлектрическую и магнитную проницаемости;
  2. Частоту;
  3. Амплитуду;
  4. Тангенс угла диэлектрических потерь;
  5. Множитель Е;
  6. Множитель Н.

Ниже, под регуляторами расположены цифровые индикаторы, которые отображают изменение тех или иных характеристик.

Диэлектрическая и магнитная проницаемость совместно с удельной проводимостью дают полную характеристику электрических свойств среды.

По завершению выполнения работы на виртуальной лабораторной установке получаем возможность отразить зависимость напряженности электрического, магнитного полей и плотности потока мощности от расстояния между передающей и приемной антеннами различных диапазонов.

Рис. 2. Визуализация полученных зависимостей

Включение прибора осуществляется нажатием на двунаправленную стрелку в строке кнопок окна LabVIEW, расположенная правее заголовка кнопка STOP выключает виртуальную лабораторную установку.

Данная виртуальная лабораторная установка позволяет провести виртуальный эксперимент с полнотой и наглядностью, не достижимой даже в самой современной и оснащенной новейшим оборудованием лаборатории. Для достижения проведения виртуального эксперимента необходим ряд условий [2, 3]:

  1. Прикладная электронно-вычислительная машина (PC — PersonalComputer).
  2. OC — Windows XP SP3, Windows 98, UNIX, Linux, Mac OS.
  3. Исполнительный файл — Виртуальная лабораторная установка «Исследование процессов отражения и преломления плоской электромагнитной волны».

Аналогичность работы макета и модели позволяет провести лабораторное занятие в следующем порядке: по результатам контроля готовности обучаемых к занятию, наиболее подготовленный расчет выполняет работу на макете, а остальные на ПЭВМ. Такой подход позволяет повысить мотивацию курсантов к обучению и обосновать достоверность изучаемого материала; а так же решить задачу обеспечения занятия учебно-тренировочными средствами. Результаты проведения занятия с виртуальной лабораторной работой показывают, что количество курсантов, защитивших лабораторные отчеты в ходе занятия, повысилось на 15–20 процентов.

Литература:

  1. Джеффри Тревис LabVIEW для всех: пер. с анг. Клушин Н. А. — М.: ДМК Пресс; ПрибороКомплект, 2005.

2. Евдокимов Ю. К., Линдваль В. Р., Щербаков Г. И. LabVIEW 8 для радиоинженера. От виртуальной модели до реального прибора + CD.

  1. Евдокимов Ю. К.: LabVIEW для радиоинженера: от виртуальной модели до реального прибора. — М.: ДМК Пресс, 2007.
Основные термины (генерируются автоматически): напряженности электрического поля, виртуальной лабораторной, виртуальной лабораторной установки, электромагнитного поля, панели виртуальной лабораторной, лицевой панели виртуальной, магнитной индукции, Внешний вид лицевой, вид лицевой панели, взаимодействие электрического поля, электронной виртуальной лабораторной, виртуальной лабораторной установке, электромагнитное поле, описания электромагнитного поля, воздействие магнитного поля, воздействии магнитного поля, первичного магнитного поля, анализа электромагнитного поля, Вектор напряженности электрического, виртуальной лабораторной работой.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос