Как определить сопротивление реостата

Содержание

Реостат – это устройство, позволяющее изменять сопротивление в электрической цепи. Он широко используется в различных областях, включая электротехнику и электрические машины.

Определение сопротивления реостата требует знания его основных характеристик, а также некоторых расчетов и измерений. Однако, это можно сделать сравнительно просто, используя лишь несколько инструментов и формул.

Сначала необходимо иметь представление о том, как работает реостат. Он состоит из подвижного контакта, называемого ползунком, и неподвижных контактов, называемых стационарными точками. Когда ползунок перемещается по реостату, его положение изменяет количество проволоки в электрическом цепи, что влияет на общее сопротивление цепи.

Что такое реостат

Реостаты применяются в различных устройствах, где требуется изменять силу тока или напряжение. Они часто используются в электромоторах, светильниках, системах отопления и промышленных установках. Реостаты могут быть переменными или постоянными и представлять собой катушки, плиты или триммеры.

Переменные реостаты имеют возможность изменять свое сопротивление с помощью поворота либо перемещения ползунка. Постоянные реостаты имеют постоянное сопротивление и обычно применяются в совокупности с переменными реостатами для получения желаемого эффекта.

Основная функция реостата – регулирование текущей и напряжения в электрических цепях. Сопротивление реостата определяется его материалом, формой и размерами проводника. Поэтому реостаты могут иметь разные значения сопротивления, что позволяет получить нужные электрические параметры в цепи.

Принцип действия и устройство реостата

Из любого учебника физики за 8 класс нам известно, что принцип действия реостата основан на законе Ома для участка цепи, а именно электрический ток, протекающий через цепь, изменяется в зависимости от уровня сопротивления, с которым он сталкивается при неизменном напряжении источника. Низкое сопротивление означает высокий электрический ток, так как ничто не препятствует току, а высокое сопротивление означает низкий электрический ток. Это свойство электрических цепей может быть использовано для настройки характеристик цепи в соответствии с конкретными требованиями.

При этом, сопротивление материала проводника (скажем, проволоки) зависит линейно от её длины и обратно пропорционально площади поперечного сечения, то есть верна формула: R = (ρ * l) / S, где

ρ — удельное сопротивление материала проводника;
l — длина проводника;
S — площадь поперечного сечения проводника.

Таким образом, если площадь поперечного сечения остается постоянной, увеличение длины увеличивает сопротивление. Как показано на рисунке 1, ползунок реостата перемещается с помощью резистивного элемента. Он перемещается в 2 направлениях (туда/обратно). Соответственно изменяется эффективная длина. По мере продвижения ползунка к выходному выводу эффективная длина уменьшается, вызывая падение сопротивления и увеличение силы тока.

Как работает реостат. Устройство и проверка реостата. Изменение сопротивления реостата.

В простейшем типе реостата используется керамический цилиндр с намотанной по всей длине стальной проволокой (или другим материалом/сплавом с большим удельным сопротивлением), причем эта проволока имеет постоянное поперечное сечение по всей длине. Проволока покрыта тонким слоем не проводящей ток окалины, поэтому витки её изолированы друг от друга.

Над обмоткой расположен металлический стержень, по которому может перемещаться ползунок (подвижный контакт). Своими контактами он прижат к виткам обмотки.

Слой окалины с проволоки снимается в результате трения контактов ползуна о витки обмотки. Электрический ток от витков проволоки через контакты ползунка течет в стержень.

Из конструктивных особенностей нужно ещё отметить, что внутри реостат всегда полый. Это необходимо, поскольку при протекании электрического тока реостат нагревается, а эта полость обеспечивает быстрое охлаждение.

Ползунок можно перемещать вдоль стержня, чтобы создать бо́льшее или ме́ньшее сопротивление в электрической цепи. При изменении положения ползунка реостата изменяется длина той части обмотки, через которую проходит ток — а вследствие этого изменяется и сопротивление реостата. То есть, увеличение длины проволочного стержня создает бо́льшее сопротивление, что приводит к уменьшению тока, протекающего через цепь, а уменьшение — наоборот, создает ме́ньшее сопротивление, что приводит к увеличению силы тока в цепи.

Каждый реостат рассчитан на определённое сопротивление и на наибольшую допустимую силу тока, превышать которую не следует, так как обмотка реостата накаляется и может перегореть. Сопротивление реостата и наибольшее допустимое значение силы тока указаны на реостате.

Кто изобрел реостат?

Разработка реостата иногда приписывается Чарльзу Уитстону, британскому изобретателю XIX века, который, помимо прочего, привнес в науку ряд открытий, связанных с электричеством. Уитстон, безусловно, работал с электрическими цепями и многое узнал о электрическом сопротивлении и о том, как им можно манипулировать в процессе работы. Основные конструкции реостатов, разработанные в то время, используются и сегодня.

Где применяются реостаты?

Основное предназначение реостата — это регулировка силы тока в электрической цепи.

Существуют различные типы реостатов, но в технике, например в электротранспорте, регулировка силы тока реостатами вытесняется другими, более выгодными электронными регуляторами, полупроводниковыми элементами и потенциометрами. Дело в том, что, изменяя силу тока в цепи, реостат нагревается, на что расходуется значительная энергия. При большом значении силы тока проволока реостата может перегреться и реостат перестанет работать. В электронных регуляторах эти потери в сотни раз меньше.

Реостат обычно используется в областях, где требуется высокое напряжение или ток. Микроволновая печь, холодильник, миксер, вентилятор, электроинструменты и т.д.
В светорегуляторах реостаты используются для изменения интенсивности света. Если увеличить сопротивление реостата, через лампочку будет протекать меньший электрический ток, и яркость света уменьшится. Аналогично, если мы уменьшаем сопротивление реостата, через лампочку протекает больше электрического тока, и яркость света увеличивается.
Реостаты используются для увеличения или уменьшения скорости вращения электродвигателя.
Он используется в переключателях, с помощью которых устанавливается температура на электроплитах. Он используется во всех устройствах, аналогичных кухонным приборам, которые имеют нагревательные элементы, температура которых должна быть увеличена или уменьшена.
Он используется для увеличения или уменьшения громкости в таких устройствах, как телевизор, радио.

Вещество Сопротивление (Ом) медь алюминий сталь нихром 0,017 0,02 0,1 1

Наименьшим сопротивлением обладает медная проволока, а самым большим — проволока из нихрома. Сопротивление проводника зависит от материала.

Удельное сопротивление вещества ρ

Физика — сопротивление проводника

Привет! Сегодня разберём, от каких параметров зависит сопротивление проводника.

Электрическое сопротивление — это способность сопротивляться электрическому току (упорядоченному движению заряженных частиц).

От чего же зависит сопротивление ?

Сопротивление проводника зависит от материала. Разные материалы по-разному способны проводить электрический ток. Например, проводник из меди или серебра имеет меньшее сопротивление, по сравнению с проводником из железа или свинца при прочих равных условиях.

Так же сопротивление зависит от длины проводника. Чем больше длина проводника (провода), тем больше электрические заряды будут сталкиваться ионами кристаллической решёткой этого проводника.

Так же сопротивление проводника зависит от площади поперечного сечения. Чем больше площадь поперечного сечения, тем легче электрическим зарядам течь по проводнику.

Все три вышеперечисленные параметры образуют формулу сопротивления проводника.

Обозначения в формуле: ρ ((Ом ⋅ мм 2 )/м) — удельное сопротивление проводника, l (м) — длина проводника, S (мм 2 ) — площадь поперечного сечения проводника.

Как мы говорили в этой статье, электрическое сопротивление измеряется в омах.

Сопротивление прямо пропорционально длине проводника, обратно пропорционально площади его поперечного сечения и зависит от вещества проводника.

Обратите внимание: Площадь поперечного сечения S в данной формуле измеряется не в системе СИ, а в мм 2 .

Удельное сопротивление обычно можно посмотреть в таблице.

Удельное электрическое сопротивление некоторых веществ (при t = 20°)

Удельное сопротивление зависит от температуры. У металлов с повышением температуры удельное сопротивление увеличивается.

Задачи

Задача (Решаем по формуле)

Рассчитайте сопротивление медного контактного провода, используемого для трамвайного двигателя, если длина провода равна 2 км, а площадь поперечного сечения — 0,65 см 2 .

Задача (Длина проволоки реостата)

Сопротивление реостата 18 Ом. Он изготовлен из никелиновой проволоки. Определите длину проволоки, если её площадь поперечного сечения равна 0,4 мм 2 .

Какой площади поперечного сечения нужно взять железную проволоку длиной 20 м, чтобы её сопротивление было такое же, как у никелиновой проволоки площадью поперечного сечения 0,1 мм 2 и длиной 2 м ?

Масса 500 м контактного медного провода составляет 445 кг. Найдите сопротивление этого провода.

Расчет реостатов.

Для изменения силы тока в электрической цепи в нее можно включить реостат. Он включается в электрическую цепь последовательно и гасит «лишнее» напряжение в ней.

Рассмотрим задачу: «В сети напряжение 220 В. Имеется электрическая лампа с параметрами: U=127В, P=100Вт. Рассчитать, какой реостат необходимо взять, чтобы при включении в данную сеть лампа горела полным накалом?».

Реостатом необходимо погасить «лишнее» напряжение.

Uреост =220 В- 127 В = 93 В., т.е. 93 В. должны приходиться на реостат.

Ток на реостате будет определяться нагрузкой (лампой). Его можно найти по формуле I=P/Uл , где Uл=127В, а P=100Вт.

Таким образом, I=100Вт/127 В=0,8А — ток через лампу (на реостате).

Сопротивление реостата можно найти из закона Ома для участка цепи: R=Uреост./ I;

Таким образом R=93В/ 0,8А=120 Ом.

Вывод: реостат должен иметь сопротивление не менее 120 Ом и рассчитан на ток не менее 0,8 А.

Таким образам, реостат необходимо выбирать по двум параметрам (по силе тока и сопротивлению, которые указываются на самих реостатах, а также в их паспортах).

Техника безопасности.

Прежде, чем включать электроизмерительный прибор в электрическую цепь, необходимо посмотреть цену деления прибора, максимальный ток и напряжение на которые он рассчитан.
Не включать амперметр без шунта и вольтметр без добавочного сопротивления в электрическую цепь.
Не подключать собранную электрическую цепь к источнику тока без проверки схемы преподавателем.

Проверьте комплектность демонстрационного амперметра и вольтметра (наличие шунтов, добавочных сопротивлений и съёмных шкал). Запишите:

____________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________

Подготовьте демонстрационный амперметр для измерения постоянного тока 1 А и демонстрационный вольтметр для измерения постоянного напряжения 3 В. Пригласите преподавателя для проверки.
Подготовьте демонстрационный вольтметр для измерения переменного тока 6А и демонстрационный вольтметр для измерения переменного напряжения 7 В. Пригласите преподавателя для проверки.
Рассчитайте, какой реостат необходимо взять для того, чтобы лампу на 3,5 В можно было бы включить в цепь с источником постоянного напряжения на 6В. Выберите этот реостат из предложенных вам.

Расчет реостата. ____________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________

Соберите последовательно электрическую цепь, состоящую из источника питания(выпрямитель ВС-24М или ВС 4-12), лампочки на 3,5В, демонстрационного амперметра, выбранного вами реостата, ключа. Подключите параллельно электрической лампочке демонстрационный вольтметр. Выставьте на выпрямителе выходное напряжение 6В.

Замкните электрическую цепь. Измерьте силу тока в цепи и напряжение на лампе. Проследите изменение напряжения на лампе в зависимости от изменения силы тока в электрической цепи (при помощи реостата). Разомкните электрическую цепь. Нарисуйте схему электрической цепи:

Рассчитайте, какой реостат необходимо взять для того, чтобы лампу на 12В можно было бы включить в цепь с источником переменногого напряжения на 30В. Выберите этот реостат из предложенных вам.

Соберите последовательно электрическую цепь, состоящую из источника питания(выпрямитель ВС-24М), лампочки на 12В, демонстрационного амперметра, выбранного вами реостата, ключа. Подключите параллельно электрической лампочке демонстрационный вольтметр. Выставьте на ВС-24М выходное переменное напряжение ~30В.

Используя демонстрационные гальванометры от амперметра и вольтметра, обнаружить: термоток от термопары, индукционный ток, возбуждаемый в катушке 220В универсального школьного трансформатора при движении полосового магнита, фототок от фотоэлемента.

Для выполнения этой части работы, каждый из приборов (фотоэлемент, термопару, катушку индуктивности) поочередно подключайте вначале к гальванометру от амперметра, а затем – к гальванометру от вольтметра (к двум нижним клеммам гальванометра) и запишите, в каком из случаев отклонение стрелки гальванометра были наибольшими, а значит, сделайте вывод: с каким из приборов лучше демонстрировать термоток, индукционный ток, фототок.

Термоток от термопары;

Пронаблюдайте за отклонением стрелки гальванометра при нагревании спая термопары в пламени спиртовки. ВЫВОД: _____________________________ _____________________________ _____________________________ _____________________________ _____________________________ _____________________________ _____________________________ _____________________________ _____________________________ ___________________________ Б) Индукционный ток. Пронаблюдайте за отклонением стрелки гальванометра при движении (вверх-вниз) полосового магнита внутри катушки от универсального школьного трансформатора. ВЫВОД: _______________________________ ___________________________________ ________________________________ _________________________________ _________________________________ _________________________________ _________________________________ В) Фототок от фотоэлемента. Пронаблюдайте за отклонением стрелки гальванометра при освещении фотоэлемента (при снятии светозащитной крышки с фотоэлемента). ВЫВОД: ____________________________________ ____________________________________ ____________________________________ ____________________________________ ____________________________________ ____________________________________

Принцип работы реостата

Реостатом называют электрическое устройство используемое для ограничения и регулировки тока или напряжения в электрической схеме.

Изобретён реостат был немецким физиком Иоганном Христианом Поггендорфом в 1843 г. (Wheatstone). Подобный же прибор — агометр, независимо от Витстона, был описан российским академиком Якоби.

Реостат по своей сути это переменное сопротивление, включаемое в электрическую цепь последовательно с нагрузкой.

Реостат — устройство принцип работы

По своему внутреннему устройству реостаты делятся на проволочные и не проволочные. Основной частью любого проволочного реостата является керамическая трубка, на которую намотана особая высокоомная проволока. На направляющем металлическом стержне закреплен ползунок, свободно передвигающийся вдоль проволоки, намотанной на керамие.

Итак, любой реостат состоит из нескольких основных частей:

Керамического цилиндра
Металлическая проволока — которая наматывется на трубку из керамики, концы проволоки выведены на контакты (зажимы), расположенные на противоположных концах трубки с обоих сторон;
Металлическая штанга — установлена чуть выше трубки, на одной стороне которой имеется контактная клемма;
Движущийся контакт — закреплен на штанге, который иногда называют ползун.

Реостат подсоединен в цепь через две зажимные клеммы: нижнюю непосредственно с обмотки и верхнюю клемму с движущегося контакта. При подключении реостата в электрическую цепь, ток от нижней клеммы течет по виткам из металлической проволоки, а затем проходит через скользящий контакт, затем по металлическому стержню и на верхний контакт.

Т.е, в схеме будет задействована только часть реостатной обмотки. В тот момент, когда ползунок двигается, изменяется сопротивление обмотки, т.к меняется ее длина, а соответственно сопротивление и сила тока в электрической цепи.

Необходимо отметить, что ток следует по каждому витку обмотки, а не поперек них. Это происходит потому, что витки обмотки изолированы друг от друга.

Так на рисунке А – движущийся контакт находится посередине. Поэтому ток будет протекать только через половину устройства. На позиции Б — токовый проводник используется полностью поетому, его длина максимальная, как и сопротивление, а в соответствии с законом Ома сила тока снижается. На третьем рисунке все наоборот: снижается сопротивление, растут амперы.

Обозначение реостата на принципиальных схемах

На электрических схемах реостат обозначен следующим образом:

Реостат в схему включается всегда последовательно. При этом один из контактов подсоединен к ползуну, с помощью которого и регулируется количество ампер в цепи. Но необходимо добавить, что этот прибор можно применять и для регулировки напряжения. Здесь может быть применено несколько схем с одним или двумя сопротивлениями. Понятно, что чем меньше элементов в электрической цепочке, тем проще она.

Схема включения реостата

Обычно этот электронный компонент включается в электрическую схему для регулирования величины тока, пример подключения показан на рисунке ниже.

При перемещении движка изменяется длина токопроводящего слоя, а следовательно, и величина сопротивления реостата, включаемого последовательно в схему, что в вызывает некоторое изменение величины силы тока в цепи и перераспределение напряжения между реостатом и нагрузкой.

Когда движок перемещается к контакту, величина сопротивления реостата сильно снижается,а ток в в цепи наоборот возрастает, тогда меньшая часть напряжения будет гасится на приборе и сильнее возрастет напряжение на подключенной к нагрузке.

Если движок перемещать к противоположному контакту, сопротивление реостата возрастает, а ток в цепи снижается, падение напряжение на реостате будет увеличиваться, а на нагрузке снижаться.

Расчет представленной выше схемы, аналогичен расчету гасящего сопротивления. Величина сопротивления реостата вычисляется по формуле:

Rреост=Uреост/I

Падение напряжения находится по формуле ниже:

Uреост=Uист-Uпотр
Отличия потенциометра от реостата

У реостата имеется всего два вывода, а у его родственника потенциометра, целых три. Поэтому больше не путайте их между собой.

Упражнения

Упражнение №1

На рисунке 7 изображен реостат, с помощью которого можно менять сопротивление в цепи не плавно, а ступенями — скачками. Рассмотрите рисунок и по нему опишите, как действует такой реостат.

Такой реостат называется рычажным. В нижней его части расположен специальный рычаг, с помощью которого можно включать в цепь разное количество проводников (спиралей), соединенных последовательно друг с другом. От количества включенных в цепь спиралей будет зависеть их суммарное сопротивление и, следовательно, сила тока в цепи.

Упражнение №2

Если каждая спираль реостата (рисунок 7) имеет сопротивление, равное $3 space Ом$, то какое сопротивление будет введено в цепь при положении переключателя, изображенном на рисунке? Куда надо поставить переключатель, чтобы с помощью этого реостата увеличить сопротивление цепи еще на $18 space Ом$?

Спирали (проводники) соединены последовательно. Значит, суммарное сопротивление будет рассчитывать по формуле: $R = R_1 + R_2 + … + R_n$.

Посмотрим, сколько проводников включены в цепь при положении рычага на рисунке 7. В цепь включены 4 спирали (рисунок 8).

Так как сопротивление каждой спирали равно $3 space Ом$, мы можем записать:
$R = 3 space Ом + 3 space Ом + 3 space Ом + 3 space Ом = 3 space Ом cdot 4 = 12 space Ом$.
Значит, в цепь будет введено сопротивление, равное $12 space Ом$.

Чтобы ответить на второй вопрос, определим количество спиралей, которые дадут сопротивление в $18 space Ом$:
$n = frac = frac = 6$.

Посмотрим на рисунок 7 или 8. Чтобы включить в цепь еще 6 спиралей, нужно передвинуть рычаг в крайнее правое положение (рисунок 9).

Упражнение №3

В цепь включены: источник тока, ключ, электрическая лампа и ползунковый реостат. Нарисуйте схему этой цепи. Куда надо передвинуть ползунок реостата, чтобы лампа светилась ярче?

Схема такой цепи изображена на рисунке 10.

Чтобы лампа светилась ярче, нужно увеличить силу тока в цепи. А для этого нужно уменьшить сопротивление ($I = frac$). Для этого необходимо передвинуть ползунок реостата влево. Так мы уменьшим длину включенной в цепь обмотки, что и приведет к уменьшению сопротивления ($R = frac$).