Предисловие

Расчётно-графические и курсовые работы по учебной дисциплине «Теоретические основы электротехники» выполняются с помощью определённых стандартных математических операций, например:

•решение линейных алгебраических и дифференциальных уравнений;

•алгебраические действия с комплексными числами;

•прямое и обратное преобразования Лапласа и др.

Как правило, их выполнение характеризуется большой времяемкостью и предполагает наличие у обучающихся фундаментальной математической подготовки. Кроме того, в большинстве из них с целью упрощения расчетов используются не оригиналы электрических величин, а их изображения, которые, предельно формализуя процесс расчета, лишают его физической прозрачности. В связи с этим преобладающая доля временных и интеллектуальных затрат обучающихся на выполнение расчётно-графических и курсовых работ приходится на рутинные математические вычисления и преобразования, не позволяя им мыслить структурно глобальными электротехническими категориями.

Использование современных средств вычислительной техники и соответствующих пакетов программ компьютерной математики позволяет не только упростить и облегчить процедуру выполнения типовых расчетов, но и значительно расширить понимание физических процессов, ввести элементы исследований при проведении расчетов. Поэтому внедрение в учебный процесс компьютерных математических пакетов позволяет существенным образом изменить методику изучения некоторых вопросов курса «Теоретические основы электротехники (Math Works), работающих с символьными (аналитическими) выражениями. Едва ли не самой популярной математической программой является компьютерный математический пакет MathCAD (выпущена уже 14 версия). MathCAD это многофункциональный интерактивный компьютерный пакет вычислите­льной математики, позволяющий решать математические задачи как численно, так и аналитически. Особенно важно, что все это можно делать не прибегая к программированию. Формулы отображаются стандартными математическими символами, вклю­чая греческие буквы. Mathcad имеет входной язык традиционных математических символов, обширную библиотеку встроенных функций и численных методов, превосходный аппарат представления результатов (графики самых разных типов, мощных средств подготовки печатных документов и Web-страниц), обладает возможностями символьных вычислений, предоставляет доступ к справочным материалам по математике, есть возможность подключения к популярным офисным и конструкторским программам, возможен выход из программы прямо в Интернет. Компьютерный математический пакет MathCAD традиционно ориентирован на согласованность с MS Windows, MS Office и позволяет проводить разнообразные научные и инженерные расчеты, начиная от элементарной арифметики и заканчивая применением сложных численных методов. В отличие от большинства современных математических приложений, MathCAD построен в соответствии с принципом WYSIWYG "What You See Is What You Get", означающим, что пользователь сразу видит на экране то, что получится в результате выполняемых действий. Это означает, что, внося изменения, пользователь немедленно видит их результаты и в любой момент может распечатать документ во всем блеске. Работа с пакетом за монитором компьютера практически совпадает с работой на бумаге с одной лишь разницей – она более эффективна. Преимущество MathCAD состоит еще и в том, что он не только позволяет провести необходимые расчеты, но и оформить свою работу с помощью графиков, рисунков, таблиц и математических формул. А эта часть работы является наиболее рутинной и малотворческой, к тому же она и времяемкая и малоприятная. Кроме того, пользовательский интерфейс MathCAD максимально интуитивен, предельно прост и понятен обучающимся, имеющим начальные навыки работы на компьютере с операционной системой Windows, что значительно упрощает и ускоряет процесс его освоения. Адаптация обучающихся к основным операциям происходит быстро, и у них появляется больше времени для планирования и проведения расчетов, а также изучения всех возможностей используемого математический пакета. Пользователи MathCAD – это студенты, ученые, инженеры, разнообразные технические специалисты и все, кому приходится проводить математические расчеты. Приятно быть сильным физически, но быть сильным интеллектуально не менее приятно. Именно эти чувства испытываешь при работе с MathCAD`ом.

Главная задача настоящего учебного пособия показать огромные возможности компьютерного математического пакета MathCAD, который берет на себя все рутинные математические вычисления и преобразования и позволяет исследователю мыслить структурно глобальными электротехническими категориями. При этом показывается, что современный компьютер способен выполнять не только численные операции, но и сложные аналитические преобразования. Рассмотренные в учебном пособии примеры помогут студентам выполнять необходимые расчеты и исследования при выполнении расчетно-графических и курсовых работ, положенных в курсе «Теоретические основы электротехники».

Учебное пособие, имея ознакомительную цель, создает лишь общее представление о возможностях пакета MathCAD и поэтому не раскрывает широкие потенциальные возможности всего многообразия его инструментальных средств, наборов элементов и приемов работы. Учебное пособие не предполагает наличия у студентов необходимых начальных навыков работы с пакетом MathCAD. Поэтому с самого начала даются необходимые элементарные сведения о работе с пакетом MathCAD. При этом предполагается, что обучающиеся имеют базовые математические знания, навыки работы на персональном компьютере с операционной системой Windows и предварительные знания по курсу «Теоретические основы электротехники». Более глубокое изучение вопроса требует привлечения специальных руководств и пособий, некоторые из которых перечислены в библиографическом списке. Вместе с тем, учебное пособие не подменяет издание [1], а ставит цель компактного и доступного изложения возможностей и основ работы с пакетом MathCAD в рамках требований Государственного образовательного стандарта и квалификационных требований по учебной дисциплине «Теоретические основы электротехники», предписывающих обязательное освоение студентами современных компьютерных математических пакетов прикладных программ расчета электрических цепей и электромагнитных полей.