74 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Реостат обозначение на схеме Видеоурок Реостаты

Что такое реостат, принцип работы

В предыдущей статье мы подробно рассмотрели что такое потенциометр. Данная статья является продолжением этой темы и здесь мы рассмотрим что такое реостат, реостат как регулятор тока и рассмотрим тип реостат — слайдер.

Описание и принцип работы

До сих пор мы видели, что переменный резистор может быть сконфигурирован для работы в качестве цепи делителя напряжения, которому присваивается название потенциометра . Но мы также можем настроить переменный резистор для регулирования тока, и этот тип конфигурации широко известен как реостат.

Реостаты — это двухполюсные переменные резисторы, которые настроены на использование только одного концевого контакта и только контакта стеклоочистителя. Неиспользуемая концевая клемма может быть либо оставлена ​​неподключенной, либо подключена напрямую к стеклоочистителю. Это устройства с проволочной обмоткой, которые содержат плотные витки эмалированной проволоки для тяжелых условий эксплуатации, которые изменяют сопротивление ступенчато. Изменяя положение стеклоочистителя на резистивном элементе, величина сопротивления может быть увеличена или уменьшена, тем самым управляя величиной тока. Большой выбор реостатов вы найдете на Алиэкспресс, переходите и покупайте любой.

Затем реостат используется для управления током путем изменения значения его сопротивления, превращая его в настоящий переменный резистор. Классический пример использования реостата — это управление скоростью модельного набора поездов или Scalextric, где величина тока, проходящего через реостат, регулируется законом Ома. Тогда реостаты определяются не только их резистивными значениями, но также и их возможностями по управлению мощностью как P = I 2 * R.

Реостат как регулятор тока

На приведенной выше схеме эффективное сопротивление реостата находится между контактом 3 концевого зажима и контактом стеклоочистителя на контакте 2. Если контакт 1 не подключен, сопротивление цепи между контактом 1 и контактом 2 разомкнуто и не оказывает влияния на величину тока нагрузки. И наоборот, если контакт 1 и контакт 2 соединены вместе, то эта часть резистивной дорожки замкнута накоротко и снова не влияет на значение тока нагрузки.

Поскольку реостаты контролируют ток, то по определению они должны быть соответствующим образом рассчитаны на то, чтобы выдерживать этот постоянный ток нагрузки. Потенциометр с тремя контактами можно настроить как реостат с двумя контактами, но резистивная дорожка на основе углерода может не выдержать ток нагрузки. Также контакт стеклоочистителя потенциометра обычно является самой слабой точкой, поэтому лучше всего проводить через стеклоочиститель как можно меньше тока.

Однако обратите внимание, что реостат не подходит для управления током нагрузки, если сопротивление нагрузки, R L , намного выше, чем полное значение сопротивления реостата. Это R L >> R RHEO . Резистивное значение сопротивления нагрузки должно быть намного ниже, чем у реостата, чтобы ток нагрузки мог протекать.

Обычно реостаты представляют собой высокомощные электромеханические переменные резисторы, используемые для силовых применений, и резистивный элемент которые обычно изготавливается из толстого резистивного провода, подходящего для обеспечения максимального тока I, когда его сопротивление R минимально.

Проволочные реостаты в основном используются в приложениях управления мощностью, таких как схемы управления лампами, нагревателями или двигателями, для регулирования полевых токов для управления скоростью или пусковым током двигателей постоянного тока и т.д. Существует много типов реостатов, но наиболее распространенными являются вращающиеся тороидальные типы, которые используют открытую конструкцию для охлаждения, но также доступны закрытые типы.

Слайдер реостат

Имеются также реостаты с трубчатыми слайдерами, которые можно найти в физических лабораториях и лабораториях в школах и колледжах. Эти линейные или скользящие типы используют резистивный провод, намотанный на изолирующий трубчатый формирователь или цилиндр. Скользящий контакт (штифт 2), установленный выше, регулируется вручную влево или вправо для увеличения или уменьшения эффективного сопротивления реостата, как показано на рисунке.

Как и в случае с вращающимися потенциометрами, также доступны ползунковые реостаты многоканального типа. В некоторых типах постоянные электрические соединения сделаны с резистивным проводом, чтобы дать фиксированное значение сопротивления между любыми двумя терминалами. Такие промежуточные соединения обычно известны как «ответвления», то же имя, что и используемые на трансформаторах.

Линейные или логарифмические потенциометры

Наиболее популярным типом переменного резистора и потенциометра является линейный тип или линейный конус, значение сопротивления которого на выводе 2 изменяется линейно при регулировке, создавая характеристическую кривую, которая представляет собой прямую линию. То есть резистивная дорожка имеет одинаковое изменение сопротивления на угол поворота по всей длине дорожки.

Таким образом, если стеклоочиститель вращается на 20% от его общего хода, то его сопротивление составляет 20% от максимального или минимального. Это происходит главным образом потому, что их резистивные дорожки выполнены из углеродных композитов, металлокерамических сплавов или материалов типа проводящих пластиков, которые имеют линейную характеристику по всей длине.

Но резистивный элемент потенциометра не всегда может давать прямолинейную характеристику или иметь линейное изменение сопротивления во всем диапазоне хода при регулировке стеклоочистителя, но вместо этого может вызывать то, что называется логарифмическим изменением сопротивления.

Логарифмические потенциометры являются в основном очень популярными нелинейными или непропорциональными типами потенциометров, сопротивление которых изменяется логарифмически. Логарифмические потенциометры обычно используются в качестве регуляторов громкости и усиления в аудиоприложениях, где затухание изменяется как логарифмическое отношение в децибелах. Это связано с тем, что чувствительность к уровню звука человеческого уха имеет логарифмический отклик и, следовательно, является нелинейной.

Если бы мы использовали линейный потенциометр для управления громкостью, у ухо бы создалось впечатление, что большая часть регулировки громкости ограничена одним концом дорожки горшка. Тем не менее, логарифмический потенциометр создает впечатление более равномерной и сбалансированной регулировки громкости при полном вращении регулятора громкости.

Таким образом, работа логарифмических потенциометров при настройке заключается в создании выходного сигнала, который близко соответствует нелинейной чувствительности человеческого уха, при которой уровень громкости звучит так, как будто он линейно увеличивается. Однако некоторые более дешевые логарифмические потенциометры являются скорее экспоненциальными в изменениях сопротивления, чем логарифмическими, но все еще называют логарифмическими, потому что их резистивный отклик является линейным в логарифмическом масштабе. Наряду с логарифмическими потенциометрами существуют также антилогарифмические потенциометры, в которых их сопротивление сначала быстро увеличивается, но затем выравнивается.

Все потенциометры и реостаты доступны в виде различных резистивных дорожек или схем, известных как законы, линейные, логарифмические или антилогарифмические. Эти термины более сокращенно обозначаются как lin , log и anti-log соответственно.

Лучший способ определить тип или закон конкретного потенциометра — установить ось вала в центр его перемещения, то есть примерно на половину, а затем измерить сопротивление на каждой половине от стеклоочистителя до концевой клеммы. Если каждая половина имеет более или менее равное сопротивление, то это линейный потенциометр. Если сопротивление, кажется, разделено примерно на 90% в одну сторону и 10% в другую, то есть вероятность, что это логарифмический потенциометр.

Тимеркаев Борис — 68-летний доктор физико-математических наук, профессор из России. Он является заведующим кафедрой общей физики в Казанском национальном исследовательском техническом университете имени А. Н. ТУПОЛЕВА — КАИ

Что такое резистор

Что такое резистор

Резистор – это самый распространенный радиоэлемент во всей радиоэлектронной промышленности. Я могу со 100% уверенностью сказать, что абсолютно на любой плате какого-либо устройства вы найдете хотя бы один резистор. Резистор имеет важное свойство – он обладает активным сопротивлением электрическому току. Существует также и реактивное сопротивление. Подробнее про реактивное и активное сопротивление.

Постоянные резисторы

Постоянное резисторы выглядят примерно вот так:

Слева мы видим большой зеленый резистор, который рассеивает очень большую мощность. Справа – маленький крохотный SMD резистор, который рассеивает очень маленькую мощность, но при этом отлично выполняет свою функцию. Про то, как определить сопротивление резистора, можно прочитать в статье маркировка резисторов.

Вот так выглядит постоянный резистор на электрических схемах:

Наше отечественное изображение резистора изображают прямоугольником (слева), а заморский вариант (справа), или как говорят – буржуйский, используется в иностранных радиосхемах.

Вот так маркируются мощности на советских резисторах:

Далее мощность маркируется с помощью римских цифр. V – 5 Ватт, X – 10 Ватт, L -50 Ватт и тд.

Какие еще бывают виды резисторов? Давайте рассмотрим самые распространенные:

20 ваттный стекловидный с проволочными выводами, 20 ваттный с монтажными лепестками,30 ваттный в стекловидной эмали, 5 ваттный и 20 ваттный с монтажными лепестками

1, 3, 5 ваттные керамические; 5,10,25, 50 ваттные с кондуктивным теплообменом

2, 1, 0.5, 0.25, 0.125 ваттные углеродной структуры; SMD резисторы типоразмеров 2010, 1206, 0805, 0603,0402; резисторная SMD сборка, 6,8,10 выводные резисторные сборки для сквозного монтажа, резистор в DIP корпусе

Переменные резисторы

Переменные резисторы выглядят так:

На схемах обозначаются так:

Соответственно отечественный и зарубежный вариант.

А вот и их цоколевка (расположение выводов):

Переменный резистор, который управляет напряжением называется потенциометром, а который управляет силой тока – реостатом. Здесь заложен принцип делителя напряжения и делителя тока соответственно. Различие между потенциометром и реостатом в схеме подключения самого переменного резистора. В схеме с реостатом в переменном резисторе соединяется средний и крайний выводы.

Переменные резисторы, у которых сопротивление можно менять только при помощи отвертки или шестигранного ключика, называются подстроечными переменными резисторами. У них есть специальные пазы для регулировки сопротивления (отмечены красной рамкой):

А вот так обозначаются подстроечные резисторы и их схемы включения в режиме реостата и потенциометра.

Термисторы

Термисторы – это резисторы на основе полупроводниковых материалов. Их сопротивление резко зависит от температуры окружающей среды. Есть такой важный параметр термисторов, как ТКС – тепловой коэффициент сопротивления. Грубо говоря, этот коэффициент показывает на сколько изменится сопротивление термистора при изменении температуры окружающей среды.

Этот коэффициент может быть как отрицательный, так и положительный. Если ТКС отрицательный, то такой термистор называют термистором, а если ТКС положительный, то такой термистор называют позистором. У термисторов при увеличении температуры окружающей среды сопротивление падает. У позисторов с увеличением температуры окружающей среды растет и сопротивление.

Так как термисторы обладают отрицательным коэффициентом (NTC — Negative Temperature Coefficient — отрицательный ТКС), а позисторы положительным коэффициентом (РТС — Positive Temperature Coefficient — положительный ТКС), то и на схемах они будут обозначаться соответствующим образом.

Читать еще:  Сцепления на Камаз

Варисторы

Есть также особый класс резисторов, которые резко изменяют свое сопротивление при увеличении напряжения – это варисторы.

Это свойство варисторов широко используют от защиты перенапряжений в цепи, а также от импульсных скачков напряжения. Допустим у нас “скакануло” напряжение. Все это дело “чухнул” варистор и сразу же резко изменил сопротивление в меньшую сторону. Так как сопротивление варистора стало очень маленьким, то весь электрический ток сразу же начнет протекать через него, тем самым защищая основную цепь радиоэлектронного устройства. При этом варистор берет всю мощность импульса на себя и очень часто платит за это своей жизнью, то его выгорает наглухо

На схемах варисторы обозначаются вот таким образом:

Фоторезисторы

Большой популярностью также пользуются фоторезисторы. Они изменяют свое сопротивление, если на них посветить. В этих целях можно применять как солнечный свет, так и искусственный, например, от фонарика.

На схемах они обозначаются вот таким образом:

Тензорезисторы

Принцип действия их работы основан на растяжении тонких печатных проводников. При растяжении они становятся еще тоньше. Это все равно, что вытягивать жевательную резинку. Чем больше вы ее вытягиваете, тем тоньше она становится. А как вы знаете, чем тоньше проводник, тем бОльшим сопротивлением он обладает.

На схемах тензорезистор выглядит вот так:

Вот анимация работы тензорезистора, позаимствованная с Википедии.

Ну и как вы догадались, тензорезисторы используются в электронных весах, а также в различных датчиках, где применяется какое-либо давление, либо сила.

Последовательное и параллельное соединение резисторов

Все вышеописанные резисторы можно соединять параллельно или последовательно. При параллельном соединении выводы резисторов соединятся в общих точках.

В этом случае, чтобы узнать общее сопротивление всех резисторов в цепи, достаточно будет воспользоваться формулой, где сопротивление между точками А и В (RAB) и есть то самое R общее:

При последовательном соединении номиналы резисторов просто тупо суммируются

Резюме

Резистор – это радиокомпонент электронной промышленности, который используется абсолютно во всей радиоэлектронной аппаратуре. Он используется для создания делителей тока, делителя напряжения, в качестве шунта и, конечно же, для ограничения силы тока.

Резистор обладает активным сопротивлением, в отличие от катушки индуктивности и конденсатора.

По конструктивному исполнению резисторы делятся на два класса: переменные и постоянные.

Существуют также подвиды резисторов – это фоторезисторы, термисторы, варисторы, тензорезисторы и другие специфические редко используемые подвиды резисторов.

Реостат — что это такое

Этот электрический прибор был изобретён немецким физиком Поггендорфом во второй половине XIX века. Первый образец устройства давал ясное представление о том, что такое реостат (РС). Его предназначение заключалось в том, чтобы путём изменения собственного сопротивления влиять на величину силы тока и напряжения в электрической цепи.

Как устроен реостат

Реостат это управляемое переменное сопротивление, которое может изменять параметры тока в электрической цепи.

В результате большого количества экспериментов и научно-технических исследований появились различные модели реостатов, такие как:

Проволочный

Это простейший реостат. Он состоял из проволоки с высоким удельным сопротивлением, натянутой на раму. Она проходила сразу через несколько разъёмов. Включая тот или иной контакт, добивались изменения длины проводника. Тем самым получали нужную величину сопротивления, следовательно, изменялись параметры силы тока и напряжения в электрической цепи. Недостатком такого устройства являлась ограниченность длины проводника, соответственно, диапазона изменений характеристик тока.

Ползунковый

Ползунковый прибор – это классика строения реостата. РС представляет собой удлинённую катушку, которая выглядит как цилиндр из диэлектрического материала с намотанным на него проводом, покрытого окалиной. По штанге поступательно передвигается ползунок, который касается контактами спирали катушки. Прибор подключают к электрической цепи в двух точках: это контакт ползунка и один из концов катушки.

Жидкостный

Аппарат представляет собой ёмкость, заполненную электролитом, в которую погружены два электрода в виде металлических пластин. Сопротивление тока, протекающего через электролит, напрямую зависит от промежутка между электродами и обратно пропорционально площади поверхности электродов.

Ламповый

Сопротивление в цепи регулируется количеством включённых параллельно ламп накаливания. Это не очень удачное решение. Регулировка параметров тока дорого обходится за счёт большой траты электроэнергии, потребляемой лампами накаливания.

Важно! Все вышеперечисленные устройства давно канули в прошлое, кроме ползункового реостата. Это были пионеры в сфере регулировки параметров электрического тока. На смену им пришли экономичные и компактные переменные резисторы. Несмотря на это, принцип работы устройств остался прежним.

Принцип работы

Принцип работы РС можно рассмотреть на примере действия ползункового прибора. Ползун перемещается вдоль катушки поперёк витков намотки. По бокам керамического цилиндра установлены две стойки, которые поддерживают горизонтальную штангу. Ползун надет через отверстие в корпусе на эту горизонтальную ось, по которой он свободно перемещается.

Ползунок двумя металлическими пластинками трётся о витки катушки. Ток не может проходить напрямую через витки, а только по спирали. Следовательно, работать может только та часть катушки, которая заключена между входным контактом и ползунком. Этим была решена проблема ограниченности длины проводника проволочного РС.

Чем ближе контактор к входному контакту катушки, тем меньше сопротивление РС. В результате уменьшается напряжение, и увеличивается сила тока электрической цепи. Напряжение подаётся на всю длину обмотки, а рабочий ток снимается контактами ползуна. Контактор в принципе разделяет РС на два последовательно соединённых резистора.

Обратите внимание! Реостат на схеме обозначают в виде прямоугольника со стрелкой. Геометрическая фигура – это катушка, а стрелка означает ползунок.

Виды реостатов

Основные три вида реостатов:

  • тороидальный реостат;
  • рычажный тип;
  • штепсельный РС.

Тороидальный реостат

Обмотка РС представляет собой тороидальную конструкцию, верхняя поверхность которой образует контактную дорожку. Поворотный контактор вращается вокруг своей оси, касаясь обмотки. Тороидальная катушка обеспечивает неразрывность электрической цепи во время поворота ползуна.

Эту особенность переменного сопротивления используют в городском электротранспорте. Беспрерывная перемена силы тока и напряжения питания электродвигателя обеспечивает плавное перемещение транспортного средства. При поломке устройство не подлежит ремонту. Потребуется замена прибора новым реостатом.

Рычажный тип

В отличие от тороидальной модели, рычажный реостат меняет величину сопротивления тока рывками. Рычаг, исполняя роль контактора, передвигается с одного контакта на другой. В устройстве расположено несколько резисторных линий с определённым сопротивлением. Рычажный бегунок одновременно работает выключателем одной линии и включателем другого резистора.

Штепсельные РС

Как и рычажный тип РС, штепсельные устройства регулируют сопротивление электрической цепи ступенчато. Единственное отличие заключается в том, что переход от одного режима к другим параметрам тока происходит без разрыва цепи. При извлечении очередного штепселя происходит перенаправление энергетического потока через определённый резистор.

Материалы изготовления

Реостаты по виду материала изготовления делятся на 4 типа. Это угольные, металлические, жидкостные и керамические РС:

  1. К угольным устройствам относятся модели, где переменным сопротивлением выступает графитовый стержень.
  2. Металлическим примером исполнения могут быть ползунковые реостаты. У них переменный резистор – это катушка из металлической проволоки.
  3. Жидкостные переменные сопротивления используются для регулирования работы электродвигателей во взрывоопасной атмосфере.
  4. К керамическим реостатам относятся тороидальные приборы. Их устройство описано выше по тексту.

Охлаждение

Электричество, пройдя через резистор, тратит часть энергии на преодоление сопротивления проводника, которая преобразуется в тепло. При чрезмерном его выделении реостат может сильно перегреться и прийти в полную негодность.

По этой причине применяют, согласно ГОСТу, две системы охлаждения переменных резисторов, это:

Воздушная система охлаждения

Она основана на принудительной вентиляции. Для этого применяют лопастные и турбинные вентиляторы. В реостате датчик производит измерение уровня нагрева прибора. При достижении допустимого порога температуры датчик подаёт сигнал на включение системы вентиляции. При понижении нагрева вентилятор выключается.

Жидкостное охлаждение

Жидкостное охлаждение переменного резистора большой мощности осуществляется с помощью саркофага, в рубашке которого постоянно циркулирует минеральное масло. Оно отводит тепло от реостата наружу.

Для чего нужен РС

Исходя из того, для чего нужен реостат, переменные устройства делятся на следующие виды:

  • пускорегулирующие приборы;
  • пусковые РС;
  • балластники;
  • нагрузочные устройства.

Пускорегулирующие приборы

Реостаты применяют в системе управления электродвигателями постоянного тока. При переменном токе РС включают в схему питания асинхронных двигателей с фазовым ротором.

Пусковые РС

Их основное назначение – это понижение величины силы пускового тока во время старта электромотора. Также такие реостаты работают в системах рекуперативного реостатного торможения. Оно нужно для плавного снижения скорости вращения роторов электромоторов и генераторов.

Балластники

Балластные РС быстро поглощают энергию, которая выделяется при резком торможении электродвигателя. То есть происходит сброс балласта в виде излишней электроэнергии.

Нагрузочные устройства

РС этого вида создают дополнительную нагрузку в электроцепи. Это нужно для поддержания необходимых процессов, связанных с режимом работы различных приборов, двигателей и других устройств.

Датчики на основе реостата

Положение ползуна в РС определяет величину напряжения и силы тока в рабочей цепи электрического тока. Изготовить датчик на основе реостата не составляет особого труда. К тороидальному переменному сопротивлению подводят фазу и ноль питания, на выход выводят изменённую фазу из резистора и ноль.

Сегодня на смену устаревшим приборам пришли оптические и магнитные аналоги. Датчики на основе переменных резисторов ещё продолжают массово применять в радиотехнике. Это подстроечные сопротивления регуляторов уровня громкости и других опций.

Поворачивая ручку регулировки громкости радиоустройства, перемещают ползунок по графитовому диску. От его положения зависят сопротивление цепи и мощность звукового сигнала.

Читать еще:  Замена колеса на автомобиле

Реостат печки отопления салона автомобиля

Сама печка автомобиля во включённом состоянии находится в статичной степени нагрева. Уровень температуры воздуха в салоне зависит от скорости вращения ротора вентилятора. Реостат, встроенный в цепь питания вентилятора, меняет скорость воздушного горячего потока через ручное управление.

Существуют комбинированные системы обогрева салона автомобиля. Это когда степень нагрева воздушного потока регулируется двумя реостатами: самой печки и вентилятора.

Дополнительная информация. Типичной причиной выхода из строя системы обогрева салона часто бывает перегорание предохранителя. Поломку устраняют перепайкой электрической детали.

С развитием научно-технического прогресса многие электроприборы быстро устаревают. На смену им приходят более совершенные устройства, менее затратные и более эффективные. То же происходит с реостатами. Электротехническая промышленность постоянно поставляет на рынок всё более новые и совершенные виды резисторов.

Видео

Реостаты

Этот видеоурок доступен по абонементу

У вас уже есть абонемент? Войти

На уроке рассматривается прибор под названием реостат, сопротивление которого можно изменять. Подробно рассматривается устройство реостата и принцип его работы. Показывается обозначение реостата на схемах, возможные варианты включения реостата в электрическую цепь. Приводятся примеры применения реостата в повседневной жизни.

Тема: Электромагнитные явления

Урок: Реостаты

1. Реостат как элемент управления

На предыдущих уроках мы говорили, что существуют не только потребители и источники электрического тока, но еще и так называемые элементы управления. Одним из важных элементов управления является реостат или любой другой прибор, основанный на его действии. В реостате используется проводник из заранее известного материала с определенной длиной и сечением, а значит, мы можем узнать его сопротивление. Принцип работы реостата основан на том, что мы можем изменять это сопротивление, следовательно, можем регулировать силу тока и напряжение в электрических цепях.

2. Устройство реостата

Рис. 1. Устройство реостата

На рисунке 1 представлен реостат без оболочки. Это сделано для того, чтобы можно было посмотреть все его части. На керамическую трубу (1) намотан провод (2). Его концы выведены к двум контактам (3а). Также имеется штанга, в конце которой расположен контакт (3б). По этой штанге движется скользящий контакт (4), так называемый «ползун».

Если расположить скользящий контакт посередине (рис. 2а), то будет задействована только половина проводника. Если передвинуть этот скользящий контакт дальше (рис. 2б), то будет задействовано больше витков провода, следовательно, его длина возрастет, сопротивление увеличится, а сила тока уменьшится. Если же передвинуть «ползун» в другую сторону (рис. 2в), то, наоборот, сопротивление уменьшится, и сила тока в цепи возрастет.

Внутри реостат полый. Это необходимо, поскольку при протекании тока реостат нагревается, а эта полость обеспечивает быстрое охлаждение.

3. Изображения реостата на схемах

Когда мы изображаем схему (рисунок электрической цепи), то каждый элемент обозначается определенным символом. Реостат обозначается следующим образом (рис. 3):

Рис. 3. Изображение реостата

Красный прямоугольник соответствует сопротивлению, синий контакт – подводящий к реостату провод, зеленый – скользящий контакт. При таком обозначении легко понять, что при движении ползунка влево сопротивление реостата уменьшится, а при движении вправо – увеличится. Также может использоваться следующее изображение реостата (рис. 4):

Рис. 4. Еще одно изображение реостата

Прямоугольник обозначает сопротивление, а стрелка – то, что его можно изменять.

4. Включение реостата в электрическую цепь

В электрическую цепь реостат включается последовательно. Ниже приведена одна из схем включения (рис. 5):

Рис. 5. Включение реостата в цепь с лампой накаливания

Зажимы 1 и 2 подключаются к источнику тока (это может быть гальванический элемент или подключение к розетке). Стоит обратить внимание, что второй контакт должен быть подключен к движущейся части реостата, которая позволяет менять сопротивление. Если увеличивать сопротивление реостата, то накал лампочки (3) будет уменьшаться, а значит, ток в цепи тоже уменьшается. И, наоборот, при уменьшении сопротивления реостата лампочка будет гореть ярче. Этот метод часто используется в выключателях для регулировки интенсивности освещения.

Реостат также можно использовать для регулировки напряжения. Ниже представлены две схемы (рис. 6):

Рис. 6. Включение резистора в цепь с вольтметром

В случае использования двух сопротивлений (рис. 6а) мы снимаем определенное напряжение со второго резистора (устройство, которое основано на сопротивлении проводника), и таким образом, как бы регулируем напряжение. При этом надо точно знать все параметры проводника для правильной регулировки напряжения. В случае с реостатом (рис. 6б) ситуация заметно упрощается, поскольку мы можем непрерывно регулировать его сопротивление, а значит, и изменять снимаемое напряжение.

5. Применение реостата

Реостат – достаточно универсальный прибор. Кроме регулировки силы тока и напряжения, он также может использоваться в различных бытовых приборах. Например, в телевизорах регулировка громкости происходит с помощью реостатов, переключение каналов в телевизоре также неким образом связано с использованием реостатов. Также стоит обратить внимание, что для безопасности лучше использовать реостаты, снабженные защитным кожухом (рис. 7).

Рис. 7. Реостат в защитном кожухе

На этом уроке мы рассмотрели строение и применение такого элемента управления, как реостат. На следующих уроках будут решаться задачи, связанные с проводниками, реостатами и законом Ома.

Список литературы

  1. Генденштейн Л.Э, Кайдалов А.Б., Кожевников В.Б. Физика 8 / Под ред. Орлова В.А., Ройзена И.И. – М.: Мнемозина.
  2. Перышкин А.В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010.
  3. Фадеева А.А., Засов А.В., Киселев Д.Ф. Физика 8. – М.: Просвещение.

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

  1. Центр образования «Технологии обучения» (Источник).
  2. Школьный демонстрационный физический эксперимент (Источник).
  3. Электротехника (Источник).

Домашнее задание

  1. Стр. 108–110: вопросы № 1–5. Перышкин А.В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010.
  2. Как можно регулировать накал лампы с помощью реостата?
  3. Всегда ли при движении ползунка реостата вправо сопротивление будет уменьшаться?
  4. Чем обусловлено применение именно керамической трубы в реостате?

Если вы нашли ошибку или неработающую ссылку, пожалуйста, сообщите нам – сделайте свой вклад в развитие проекта.

Виды, устройство и принцип работы ползункового реостата

Значениями силы тока и напряжения можно управлять при помощи специального простого устройства, которое было разработано Иоганном Христианом Поггендорфом. Оно называется реостатом, или переменным резистором. Для того чтобы разобраться в принципе действия устройства, необходимо рассмотреть зависимость тока и напряжения от величины сопротивления.

Общие сведения

Электрическим током называется движение свободных заряженных частиц под воздействием электромагнитного поля. Любое вещество состоит из атомов, которые образуют кристаллическую решетку при помощи ковалентных связей. При протекании электрического тока по проводнику происходит взаимодействие его частиц с узлами кристаллической решетки. Носители заряда обладают кинетической энергией (Ek), которая зависит от массы частицы (m) и ее скорости (V3). Она определяется по формуле: Ek = m * sqr (V3) / 2.

При столкновении частиц с узлами кристаллической решетки происходит полная или частичная передача энергии атому.

Однако энергетический потенциал свободного носителя заряда восстанавливается, поскольку на него постоянно воздействует электромагнитное поле. Процесс взаимодействия частиц с атомами повторяется определенное количество раз, пока не прекратится воздействие электромагнитного поля или частица не пройдет полностью через проводник. Это физическое явление называется электрическим сопротивлением или проводимостью. Последняя величина является обратной сопротивлению. Сопротивление обозначается литерой «R», а проводимость — «G».

Единицей измерения сопротивления является Ом. Рассчитывается при помощи определенных формул или измеряется электронно-измерительным прибором, который называется омметром.

Физическая зависимость

Величина R зависит от количества свободных носителей заряда, число которых определяется исходя из электронной формулы вещества. Ее можно определить из периодической таблицы химических элементов Д. И. Менделеева. Вещества классифицируются по проводимости следующим образом: проводники, полупроводники и изоляторы (непроводники).

К проводникам относятся все металлы, электролиты и ионизированные газы.

В металлах носителями заряда являются свободные электроны, в электролитах — анионы и катионы, а в ионизированных газах — электроны и ионы. Полупроводники способны проводить электрический ток при определенных условиях. В полупроводниках свободные электроны и дырки являются носителями заряда. Изоляторы или диэлектрики не способны проводить электричество, поскольку в их структуре вообще отсутствуют свободные носители заряда.

Величина, определяющая тип материала и способность его к проводимости, называется удельным сопротивлением (p). Существует и обратная величина относительно удельного сопротивления. Она называется удельной проводимостью (σ) и связана с p следующей формулой: p = 1 / σ. При выполнении расчетов необходимо учитывать зависимость электрического сопротивления материала и от других физических величин или факторов, к которым относятся следующие:

  • геометрические составляющие;
  • электрические величины;
  • температурные показатели.

Эти три группы факторов необходимо учитывать при изготовлении реостатов, резисторов и других элементов резистивной нагрузки. Во время ремонта и проектирования устройств следует также рассматривать все факторы, поскольку неверные расчеты могут привести к выходу радиоаппаратуры из строя.

Геометрия материала

К геометрии проводника (полупроводника) относятся его длина (L) и площадь поперечного сечения (S). Величину S можно вычислить по абстрактному алгоритму, который подойдет для всех форм проводников и полупроводников. Он имеет следующий вид:

  1. Визуально определить форму фигуры поперечного сечения (окружность, прямоугольник или квадрат).
  2. Найти в справочной литературе или интернете формулу поиска площади поперечного сечения фигуры.
  3. Измерить необходимые геометрические параметры (например, диаметр) и подставить их в формулу.
  4. Произвести математические вычисления.

Если проводник является многожильным (состоит из множества проводников), то следует вычислить площадь сечения одного проводника, а затем произвести ее умножение на количество проводников. Исходя из всего, можно вывести зависимость величины сопротивления от типа вещества, длины и площади сечения проводника: R = p * L / S.

Физический смысл зависимости следующий: электрический ток движется по проводнику, тип которого определяется параметром р, и его частицы проходят через определенную длину L с сечением S (при малой площади сечения происходят более частые столкновения электронов с узлами кристаллической решетки).

Однако геометрические параметры — не единственные факторы, влияющие на значение проводимости материала.

Читать еще:  Курсорный способ управления сигнализацией

Влияние параметров электричества

Для того чтобы учитывать влияние силы тока и напряжения на R, следует обратить внимание на закон Ома. У него существует две формулировки, применяемые для расчетов: для полной цепи или ее участка. Закон Ома для полной цепи показывает зависимость величины тока (i) от электродвижущей силы (e) и величины R, состоящей из суммы внутреннего (Rвнут) и внешнего (Rвнеш) сопротивлений.

Переменная Rвнут является внутренним сопротивлением источника питания (генератора, аккумулятора, трансформатора и т. д. ). Rвнеш — сопротивление всех потребителей электрической энергии и соединительных проводов. Закон Ома для полной цепи связывает все эти величины таким соотношением: i = e / (Rвнеш + Rвнут). Величина Rвнеш определяется по формуле: Rвнеш = (e / i) — Rвнут.

Для участка цепи соотношение для нахождения сопротивления упрощено, поскольку не учитывается ЭДС и Rвнут. Этот закон показывает прямо пропорциональную зависимость силы тока (I) от напряжения (U), а также обратно пропорциональную от величины сопротивления R: I = U / R. В некоторых случаях для точных вычислений этих факторов может быть недостаточно, поскольку существует еще одна зависимость — температурные показатели материала.

Влияние температуры на проводимость

Удельное сопротивление влияет на проводимость материала, однако оно зависит от температуры. Для доказательства этой гипотезы нужно собрать электрическую цепь, состоящую из следующих компонентов: лампы накаливания, источника питания (12 В), куска нихромовой проволоки и амперметра. Источник питания можно подобрать любой.

Важно чтобы величина напряжения не была выше, чем номинальное значение разности потенциалов лампы, т. е. аккумулятор 12 В, и лампа тоже должна быть на 12 В. Элементы цепи соединяются последовательно. Кусок проволоки рекомендуется разместить на огнеупорном кирпиче, поскольку, при протекании электротока через нихром, произойдет его нагревание.

Амперметр нужен для мониторинга значений силы тока, которые будут изменяться с течением времени. Лампа является световым «сигнализатором», позволяющим визуально наблюдать за увеличением сопротивления. Яркость ее свечения будет постепенно угасать. При протекании тока по цепи происходит визуальное подтверждение закона Ома для участка цепи. При увеличении R ток уменьшается. Зависимость удельного сопротивления р зависит от следующих переменных величин:

  1. Табличного значения удельного сопротивления (р0), рассчитанного при температуре +20 градусов по шкале Цельсия.
  2. Температурного коэффициента «а», который для металлов считается больше 0 (а > 0), а для электролитов — меньше 0 (a

Не имеет смысла выполнять точные расчеты сопротивления, но эти особенности следует учитывать при изготовлении и ремонте различных устройств.

Сопротивление нужно измерять омметром, однако радиолюбители-профессионалы рекомендуют использовать мультиметр. Он является комбинированным и позволяет измерять не только сопротивление, а также величину тока и напряжения. Существуют модели, которые могут измерять частоту, проверять полупроводниковые приборы и т. д.

Переменный резистор

Очень часто возникает необходимость изменять величину тока и напряжения при помощи изменения номинала резистора. Выполнить эту задачу поможет простой радиоэлемент, который называется реостатом. Он широко применяется для регулировки уровня громкости, увеличения напряжения на лабораторном источнике питания и т. д. Переменные резисторы, применяемые в радиотехнике, отличаются от лабораторных конструкциий. Однако принцип действия этих радиоэлементов одинаков. Части устройства очень похожи по своему предназначению. Например, ползунковый механизм, который применяется для регулировки тока.

Виды и устройство реостатов

Реостаты классифицируются по устройству и способу применения. По устройству реостаты делятся на 4 типа: проволочный, ползунковый, жидкостный и ламповый. Первый тип переменного резистора состоит из проволоки (материала с высоким удельным сопротивлением) и корпуса-изолятора. Проволочный проводник проходит через контакты, при соединении с которыми можно получить необходимую величину сопротивления.

Ползунковый реостат состоит тоже из проволоки с высоким удельным сопротивлением, корпуса-диэлектрика (на него она намотана) и ползунка. При передвижении ползунка происходит уменьшение или увеличение величины электросопротивления. Устройство применяется в лабораториях при проектировании различных электрических приборов, а также для проведения опытов в области физики или химии. Кроме того, модернизированная версия применяется в различной радиоаппаратуре.

Не слишком распространенным типом является модель жидкостного переменного резистора. Она имеет следующее строение: бак с электролитическим раствором и подвижные электроды.

Если уменьшить расстояние между пластинами-электродами, то произойдет уменьшение электрического сопротивления.

Реостат бывает еще и ламповым. Он включает в свой состав набор ламп накаливания, которые соединены параллельно. Если изменить количество включенных ламп, то можно изменить его сопротивление. Однако устройство имеет один существенный недостаток: зависимость величины электрической проводимости от температуры нитей накаливания. По способу применения переменные резисторы следует классифицировать таким образом:

  • пусковые;
  • пускорегулирующие;
  • балластные;
  • для возбуждения;
  • потенциометры.

Первый тип предназначен для плавного запуска электродвигателей. Пускорегулирующие переменные резисторы позволяют плавно запускать электрические двигатели постоянного тока, а также поддерживают регулировку величины силы тока. Балластные следует применять в электрических цепях для регулировки нагрузочной способности генератора электроэнергии. Они создают необходимую величину сопротивления в сети. Реостаты возбуждения используют в электрических машинах для поглощения лишней энергии.

Потенциометр предназначен для регулировки величины напряжения. Реостат устроен следующим образом: три клеммы позволяют получить от источника питания с фиксированным значением напряжения разные значения его величины. Например, понижающий трансформатор со значением напряжения на вторичной обмотке, равным 36 В. При использовании 2 транзисторов, диодного моста и реостата можно получить ряд напряжений от 0 до 34 В (2 В — потери при выпрямлении диодным мостом). Эта особенность позволяет делать и выпускать универсальные делители напряжения.

Схема и принцип работы

Обозначение реостата на схеме осуществляется в виде обыкновенного резистора, но со стрелкой, показывающей непостоянное значения сопротивления радиокомпонента. Принцип работы реостата довольно простой и основан на зависимости величины силы тока от величины сопротивления. Проводник, который находится на корпусе-изоляторе, подключен в электрическую цепь.

Ползунок — часть реостата, которая соединена с одним его выводом. При перемещении ползунка происходит регулирование значений тока или напряжения.

Реостат может выглядеть, как корпус-изолятор, из которого выведен специальный регулятор величины сопротивления. Однако некоторые модели, которые применяются в лабораториях, могут быть открытого типа. Они предназначены для демонстрации принципа действия устройства.

Электроток протекает по пути наименьшего сопротивления. Следовательно, ползунком можно регулировать протекание тока. Если проводник (материал с высоким удельным сопротивлением) задействован полностью, то, значит, и величина сопротивления будет максимальной. В случае, когда ползунок находится посередине проводника, сопротивление реостата равно R / 2. Подключение в электрическую цепь потенциометра, как и любого типа реостата, осуществляется последовательно.

Таким образом, реостат широко применяется в электрических схемах и позволяет регулировать значения тока и напряжения.

Реостаты. Решение задач

Разделы: Физика

  • познакомить учащихся с устройством и применением реостатов.
  • развивать практические навыки сборки электрической цепи, умения использования электрических приборов, умения логически мыслить;
  • расширять политехнический кругозор учащихся
  • прививать интерес и любовь к предмету;
  • воспитывать выдержанность, тактичность, умение слушать товарищей; воспитывать аккуратность, четкость в ответах и действиях.

I. Организационный момент

II. Вступительное слово учителя

– Сегодня на уроке мы продолжаем изучение темы: «электрический ток» и должны познакомиться с очень важным электрическим прибором.

III. Проверка выполнения домашнего задания

– Работу мы построим следующим образом:

1. Два человека выполняют домашние задачи у доски по сборнику задач.

2. Один человек выполняет задание на «Соответствие». Необходимо к каждому рисунку, на котором обозначен электрический прибор, соотнести его название.

3. Два человека получают карточки, по которым необходимо выполнить принципиальную схему электрической цепи.

4. Остальные работают по переводу единиц измерения.

IV. Формирование умений применять знания

– Теперь решаем задачи из сборника задач № 1319, 1324

V. Объяснение нового материала

– Ребята, мы с вами изучили три физические величины: сопротивление, силу тока, напряжение. А можно ли изменить сопротивление проводника в электрической цепи? Каким способом? Давайте обратимся к формуле, по которой можно рассчитать сопротивление. Какие параметры проводника можно изменить, чтобы изменить его сопротивление?

Да, при изменении длины проводника, меняется его сопротивление. Прибор, устроенный по подобному принципу называется реостат. Сейчас мы с вами по § 47 заполним анкету физического прибора по плану.

План рассказа о физическом приборе:

1. Историческая справка
2. Название и назначение
3. Устройство
4. Принцип действия
5. Условное изображение на схемах
6. Применение

По первому вопросу учитель сообщает, что слово реостат произошло от греческого «реос» – течение, поток, «статос» – неподвижный.

1840 год Б.С.Якоби доложил на заседании Петербургской академии наук об изобретении регулятора силы тока.

Определение: Устройство для регулирования и ограничения силы тока в электрической цепи называют реостатом.

Применение реостатов: Различают реостаты пусковые, пускорегулировочные, нагрузочные, реостаты возбуждения. Реостаты бывают жидкостными и угольными. В старших классах мы будем изучать реостаты, являющиеся делителями напряжения – потенциометры.

Таким образом, реостаты – это приборы, сопротивление которых можно регулировать.
Они применяются тогда, когда необходимо менять силу тока в цепи.
Реостат отличается от переменного резистора своей конструкцией и большой мощностью.

На электрической схеме реостат имеет своё условное обозначение:

С помощью перемещаемого движка (2) можно увеличивать или уменьшать величину сопротивления (между контактами 1 и 2), включаемого в электрическую цепь.

VI. Актуализация усвоенных знаний.

1. Можно ли изменить сопротивление в электрической цепи?

2. Какой прибор служит для регулирования силы тока в цепи?

А) Амперметр
Б) Вольтметр
В) Реостат

3. Для чего предназначен реостат?

А) Для регулирования силы тока
Б) Для регулирования температуры
В) Для регулирования времени

4. Как можно изменить сопротивление реостата?

А) нагревая ползунок
Б) перемещая ползунок по стержню
В) охлаждая ползунок

5. Для каких величин указываются на реостате допустимые значения?

А) длины
Б) силы тока
В) площади поперечного сечения

VII. Организация работы дома.

Приложении 1 имеется презентация к этому уроку (PowerPoint)

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector