Реостат Характеристики и Устройство Прибора, Схема Подключения Резисторов, Особенности Аппарата Для

Ползунковый реостат классификация и устройство, принцип работы переменного сопротивления и применени

Время на чтение:

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.

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.

Читайте также:  Рейтинг самых неугоняемых автомобилей в мире 2014 год

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.

53. Последовательное соединение проводников

Сборник задач по физике, Лукашик В.И.

1337. Реостат включен в цепь так, как показано на рисунке 317. Как будут изменяться показания амперметра при передвижении ползунка реостата вправо; влево? Ответ обоснуйте.
При перемещении ползунка вправо/влево внешнее сопротивление цепи уменьшается/увеличивается, ток в цепи увеличивается.

1338. Как изменится показание амперметра, если ползунок реостата передвинуть вниз (рис. 318)?
Ток в цепи увеличится.

1339. В каких пределах можно менять сопротивление в цепи (рис. 319), если сопротивление реостата R имеет пределы 0…10 Ом? Сопротивление резистора R1 равно 20 Ом.
От 20 до 30 Ом.

1340. Как изменятся показания R измерительных приборов (рис. 320) при смещении ползунка реостата вниз; вверх?
Вниз: сила тока уменьшится, напряжение не изменится. Вверх: сила тока увеличится, напряжение не изменится.

1341. Как изменятся показания амперметра и вольтметра VI (рис. 321), если ползунок реостата переместить из крайнего правого положения в крайнее левое? Как изменятся показания вольтметра V?
Сила тока и напряжение U1 увеличатся, напряжение U не изменится.

1342. Как нужно двигать переключатель реостата (рис. 322), чтобы показания амперметра увеличивались?
Уменьшить сопротивление цепи, двигая переключатель влево.

1343. В цепь включен рычажный реостат (см. рис. 322), рассчитанный на 40 Ом. Чему равно сопротивление одной спирали? Куда следует передвинуть переключатель реостата, чтобы включить сопротивление 8; 32 Ом?
Так как число спиралек равно 10, то сопротивление одной спирали равно 40 Ом/10=4 Ом. Чтобы включить сопротивление 8 Ом, следует переключатель реостата передвинуть на контакт 2, чтобы включить сопротивление 8 Ом, следует переключатель реостата передвинуть на контакт 5.

1344. Показания первого и второго вольтметров (рис. 323) соответственно равны 1,5 и 3 В. Сила тока в цепи 0,5 А. Как будут изменяться показания приборов, если ползунок реостата передвигать вправо; влево?
Показания вольтметра V2 не изменятся, поскольку ЭДС источника питания не зависит от внешнего сопротивления. При передвижении ползунка вправо показания вольтметра V, меняются от 1,5 В до 3 В, при передвижении ползунка влево — от 1,5 В до 0 В.

1345. Последовательно с нитью накала радиолампы сопротивлением 3,9 Ом включен резистор, сопротивление которого 2,41 Ом. Определите их общее сопротивление.

1346. Общее сопротивление последовательно включенных двух ламп сопротивлением 15 Ом каждая и реостата равно 54 Ом. Определите сопротивление реостата.

1347. Два резистора сопротивлением 8 и 1 кОм соединены последовательно (рис. 324). Определите показание вольтметра, подключенного между точками А и С, если сила тока в цепи равна 3 мА. Что будет показывать вольтметр, подключенный между точками А и В, В и С?

1348. Нить накала электронной лампы (рис. 325) имеет сопротивление 2,5 Ом. Определите показание амперметра и сопротивление реостата, если напряжение на нити накала 5 В, а напряжение на зажимах батареи 9 В.

1349. Даны участки электрической цепи (рис. 326). Во сколько раз напряжение на одном проводнике больше, чем на другом, в каждом участке цепи?

1350. В сеть последовательно включены электрическая лампочка и резистор. Сопротивление нити накала лампочки равно 14 Ом, а резистора 480 Ом. Каково напряжение на резисторе, если напряжение на лампочке равно 3,5 В?

1351. К полюсам источника тока присоединены последовательно две проволоки — медная и железная. Сопротивление железной проволоки в 2 раза больше сопротивления медной. На концах какой проволоки вольтметр покажет большее напряжение; во сколько раз?

1352. Вольтметр VI показывает 12 В (рис. 327). Определите показания амперметра и вольтметра V2?

1353. Показание первого вольтметра 24 В (рис. 328). Определите показания амперметра и второго вольтметра?

1354. Сколько ламп с одинаковым сопротивлением надо соединить последовательно для изготовления елочной гирлянды, если каждая лампа рассчитана на напряжение 6 В и все они будут включены в сеть с напряжением 127 В?

1355. Начертите схему включения двух ламп с одинаковыми сопротивлениями, рассчитанными на напряжение 110 В, в электрическую сеть с напряжением 220 В.

1356. В цепь включены последовательно три проводника сопротивлениями: R1 = 5 Ом, R2= 6 Ом, R3=12 Ом (рис. 329). Какую силу тока показывает амперметр и каково напряжение между точками А и В, если показание вольтметра 1,2 В?

1357. В цепь с напряжением 100 В включена катушка электромагнита. При последовательном включении реостата сила тока в цепи уменьшилась от 10 до 4 А. Начертите схему цепи и определите сопротивление реостата.

1358. Последовательно с электрической лампой включен реостат. Начертите схему цепи и определите сопротивление реостата и лампы, если напряжение на зажимах цепи 12 В. Вольтметр, подключенный к реостату, показывает 8 В. Сила тока в цепи 80 мА.

1359. При показании вольтметра V (см. рис. 321), равном 4,5 В, показание вольтметра VI равно 1,5 В. Каково показание амперметра, если сопротивление реостата составляет 20 Ом?

1360. В цепь включены два проводника: R1= 5 Ом и R2= 10 Ом (рис. 330). Вольтметр VI показывает напряжение 12 В. Определите показания амперметра и вольтметра V2.

1361. При замыкании переключателя в положение 1 (рис. 331) амперметр показывает силу тока 1 А, а в положении 2 — силу тока 4А. Определите сопротивление каждого, если напряжение на зажимах цепи 12 В.

Реостаты. Виды и устройство. Работа и особенности

Во многих электронных устройствах для регулирования громкости звука необходимо изменять силу тока. Рассмотрим устройство (реостаты), с помощью которого можно изменять силу тока и напряжение. Сила тока зависит от напряжения на концах участка цепи и от сопротивления проводника: I=U/R. Если изменять сопротивление проводника R, тогда будет меняться сила тока.

Сопротивление зависит от длины L, от площади поперечного сечения S и от материала проводника – удельного сопротивления. Для того чтобы изменять сопротивление проводника, нужно менять длину, толщину или материал. Весьма удобно изменять длину проводника.

Разберем цепь, состоящую из источника тока, ключа, амперметра и проводника в виде резистора АС из проволоки с большим удельным сопротивлением.

Перемещая контакт С по этой проволоке, можно менять длину проводника, которая задействована в цепи, тем самым изменять сопротивление, а значит, и силу тока. Следовательно, можно создать устройство с переменным сопротивлением, с помощью которого можно изменять силу тока. Такие устройства имеют название реостатами.

Реостат – это устройство с изменяемым сопротивлением, которое служит для регулировки силы тока и напряжения.

Устройство реостата

На цилиндр, выполненный из керамики, намотан металлический проводник, который сделан из материала с большим удельным сопротивлением. Сделано это для того, чтобы при небольшом изменении длины существенно менялось сопротивление. Этот металлический провод называется обмоткой. Он так называется, потому что намотан на керамический цилиндр.

Концы обмотки выведены к зажимам, которые называются клеммами. В верхней части реостата есть металлический стержень, который тоже заканчивается клеммами. Вдоль металлического стержня и вдоль обмотки может перемещаться скользящий контакт, который называется ползунком. Так как скользящий контакт имеет такое название, то подобный реостат называется ползунковым реостатом.

Принцип действия

Ползунковый реостат подсоединен в цепь через две клеммы: нижнюю с обмотки и верхнюю клемму, там, где металлический стержень. При подключении его в цепь, таким образом, ток через нижнюю клемму проходит по виткам обмотки, а не поперек витков. Далее ток проходит через скользящий контакт, потом по металлическому стержню, и опять в цепь.

Таким образом, в цепи задействована только часть обмотки реостата. Когда ползунок перемещается, то меняется сопротивление той части обмотки реостата, которая находится в цепи. Изменяется длина обмотки, сопротивление и сила тока в цепи.

Необходимо обратить внимание, что ток в той части реостата, по которой он проходит, идет по каждому витку обмотки, а не поперек них. Это достигается тем, что витки обмотки изолированы между собой тонким слоем изоляционного материала. Разберемся, как осуществляется контакт между витками обмотки и ползунком.

При движении по обмотке ползунок движется по ее верхнему слою, который имеет зачищенный участок изоляции на пути ползунка. Так осуществляется контакт между ползунком и витком обмотки. Между собой витки изолированы.

На схеме изображена цепь с источником тока, выключателем, амперметром и ползунковым реостатом. При перемещении ползунка реостата меняется его сопротивление и сила тока в цепи.

Ползунковый реостат можно подключать к цепи при помощи двух клемм: верхней и нижней. Но реостаты подключаются и по-другому.

Реостат можно подключить через три клеммы. Две нижние клеммы соединяются с концами обмотки, и один провод с верхней клеммы. Напряжение подается на всю обмотку, а снимается напряжение только с части обмотки. Ползунок делит реостат на два резистора, которые соединены последовательно.

Общее напряжение равно сумме напряжений каждого резистора. Поэтому выходное напряжение меньше входного значения. Выходное напряжение меньше, чем входное во столько раз, во сколько сопротивление части обмотки меньше, чем сопротивление всей обмотки. То есть, реостат делит напряжение, и называется делителем напряжения или потенциометром.

Виды и особенности реостатов

Реостат в виде тора

Два крайних зажима – это концы обмотки, а средний зажим соединен с ползунком. Вращая ползунок по обмотке, можно изменить сопротивление и сила тока в цепи.

Рычажные реостаты

Они получили такое название, потому что в его нижней части находится переключатель – рычаг. С помощью него можно включать разные части спирали резисторов. На рисунке показан принцип работы рычажного реостата.

Рычажный реостат изменяет силу тока скачкообразно, в то время как ползунковый реостат меняет силу тока плавно. Если в цепи будет присутствовать резистор, то при перемещении ползунка на ползунковом реостате или при переключении рычага рычажного реостата будет меняться сила тока и напряжение на концах резистора.

Штепсельные

Такие устройства состоят из магазина сопротивлений.

Это набор различных сопротивлений. Они называются спирали-резисторы. При помощи штепселя можно включать или выключать разные спирали-резисторы. Когда штепсель находится в перемычке, то больший ток идет через перемычку, а не через резистор. Таким образом, резистор отключается. Используя штепсель, можно получать разные сопротивления.

Материалы и охлаждение
Основным элементом в устройстве реостата является материал изготовления, по виду которого реостаты делятся на несколько видов:
  • Угольные.
  • Металлические.
  • Жидкостные.
  • Керамические.
Электрический ток в сопротивлениях преобразуется в тепловую энергию, которая должна каким-то образом отводиться от них. Поэтому реостаты также делятся по типу охлаждения:
  • Воздушные.
  • Жидкостные.

Жидкостные реостаты разделяются на водяные и масляные. Воздушный вид используется в любых конструкциях приборов. Жидкостное охлаждение применяется только для металлических реостатов, их сопротивления омываются жидкостью, либо полностью в нее погружены. Нельзя забывать, что охлаждающая жидкость также должна охлаждаться.

Металлические реостаты

Это конструкция реостата с воздушным охлаждением. Такие модели приобрели популярность, так как легко подходят для различных условий работы своими электрическими, тепловыми характеристиками, а также формой конструкции. Они бывают с непрерывным или ступенчатым типом регулировки сопротивления.

В устройстве имеется подвижный контакт, скользящий по неподвижным контактам, расположенным в этой же плоскости. Неподвижные контакты выполнены в виде винтов с плоскими головками, пластин или шин. Подвижный контакт называется щеткой. Он бывает мостиковым или рычажным.

Такие виды реостатов делят на самоустанавливающиеся и несамоустанавливающиеся. Последний вид имеет простую конструкцию, но ненадежен в применении, так как контакт часто нарушается.

Масляные

Устройства с масляным охлаждением повышают теплоемкость и время нагревания вследствие хорошей теплопроводности масла. Это делает возможным повышение нагрузки на небольшое время, снижает расход материала изготовления сопротивления и габариты корпуса реостата.

Детали, погружаемые в масло, должны иметь значительную поверхность для хорошей отдачи тепла. В масле увеличиваются возможности контактов на отключение. Это является преимуществом такого вида реостатов. Благодаря смазке на контакты можно прилагать повышенные усилия. К недостаткам можно отнести риск возникновения пожара и загрязнение места установки.

Ссылка на основную публикацию
Рено Симбол замена ремня ГРМ, цена, отзывы, порвался ремень Автомобиль мечты
Замена ремня ГРМ Рено Симбол - Renault Symbol (Символ) Авто Sk-Nk - ремонт иномарок и отечественных Для грм на рено...
Ремонт электрогидравлических насосов (ЭГУР) Автодел-Сервис
Как самому починить автомобильный компрессор для подкачки шин Автомобильный компрессор есть практически у каждого автомобилиста. Он значительно облегчает эксплуатацию автомобиля,...
Ремонт электрочайника своими руками
Как устранить течь в электрочайнике ServiceYard-уют вашего дома в Ваших руках Поделиться в соц. сетях: Причины протечек Полезные советы (видео):...
Рено Флюенс 2017 цена, комплектации, тест драйв, фото и видео
Рено Флюенс 2020 2021 новый кузов, комплектации и цены, отзывы владельцев Обновленный Рено Флюенс 2020 2021 года был представлен широкой...
Adblock detector