Почему реостаты изготавливают из проволоки удельное сопротивление
Тем не менее при проведении экспериментов было бы удобно иметь возможность изменять силу тока в цепи и следить за изменениями, которые при этом будут происходить. Также это удобно в различных электрических приборах и устройствах. Например, регулируя громкость звука аудиоустройств, мы меняем силу тока в их динамиках. Изменяя силу тока в электродвигателе швейной машинки, мы можем регулировать скорость его вращения.
В большинстве случаев для изменения силы тока в цепи используется специальный прибор — реостат. Именно об этом приборе мы и поговорим на данном уроке. Мы рассмотрим его устройство и действие, правила подключения в цепь.
Устройство простейшего реостата
Чтобы понять принцип работы любого реостата, рассмотрим самый простейший из них.
Для этого возьмем проволоку с достаточно большим удельным сопротивлением (например, нихромовую). Подключим ее последовательно в цепь, состоящую из источника тока, ключа и амперметра. Сделаем это, используя контакты A и B (рисунок 1).
Мы можем передвигать один из контактов — B. С помощью него мы можем изменять длину включенного в цепь участка проволоки AB. Другой участок проволоки при этом включен в цепь не будет.
При изменении длины участка AB будет изменяться сопротивление всей цепи. Каким образом?
Изменяя длину включенного в цепь участка проволоки, мы изменяем его сопротивление ($R = \frac<\rho l>$). Будет изменяться и общее сопротивление цепи, а следовательно, и сила тока в ней.
Ползунковый реостат
Те реостаты, которые применяются на практике, имеют более удобную и компактную форму. Они также содержат в своей основе проволоку с большим удельным сопротивлением.
Почему в реостатах используют проволоку с большим сопротивлением?
Взглянем еще раз на формулу для расчета сопротивления проводника: $R = \frac<\rho l>$. Если у нас будет проводник с малым удельным сопротивлением, то он должен быть очень длинным. Это не всегда удобно при изготовлении реостатов.
При проведении лабораторных работ вы чаще всего будете использовать ползунковый реостат (рисунок 2).
Как устроен ползунковый реостат?
В этом реостате стальная проволока 1 намотана на керамический цилиндр. То есть сам цилиндр проводить ток не будет, так как он сделан из диэлектрика. Сама проволока тоже покрыта диэлектриком — окалиной. Это сделано для того, чтобы витки были изолированы друг от друга.
Над такой обмоткой расположен металлический стержень 2. К нему крепится ползунок 3, который своими контактами 4 прижат к обмотке. Этот ползунок мы можем передвигать.
Когда мы его передвигаем, слой окалины на проволоке стирается, и ток проходит через ползунок и металлический стержень.
Реостат имеет две клеммы. Одна находится на конце металлического стержня (клемма 5), а вторая соединена с одним из концов обмотки и расположена на корпусе реостата (клемма 6). С помощью этих клемм реостат включают в цепь.
Использование реостата
При перемещении ползунка по стержню будет изменяться сопротивление всего реостата. То есть ползунок дает нам возможность увеличивать или уменьшать сопротивление цепи. Изменяя сопротивление, мы будем изменять и силу тока в цепи.
Передвигая ползунок и сокращая длину включенной в цепь обмотки, мы увеличим силу тока в цепи ($I = \frac
Каждый реостат рассчитан на определенное сопротивление и на наибольшую допустимую силу тока. Эти значения указываются на самом приборе.
Превышать максимально допустимое значение силы тока не рекомендуется. Обмотка может очень сильно нагреться, иногда даже раскалиться. В такой ситуации реостат может перегореть — выйти из строя.
Как на схемах электрических цепей изображают реостат?
Реостаты имеют свой условный знак для обозначения на схемах электрической цепи (рисунок 3). Это обозначение ясно дает понять, в какую сторону нужно передвигать ползунок реостата, чтобы увеличить сопротивление в цепи (вправо).
Реже вы можете встретить другое обозначение реостата (рисунок 4).
Подключение реостата в электрическую цепь
Реостат включается в электрическую цепь последовательно. Пример такой цепи с подсоединенным реостатом изображен на схеме (рисунок 5).
Зажимы 1 и 2 подключаются к источнику тока. Им может быть как аккумулятор или гальванический элемент, так и розетка.
Если мы увеличим сопротивление реостата, то накал лампочки (на рисунке 4) уменьшится. Значит, сила тока тоже уменьшится. И, наоборот, при уменьшении сопротивления реостата лампочка будет гореть ярче.
Такой способ довольно часто используют в выключателях для регулировки интенсивности освещения.
Путь тока по реостату, включенному в цепь
На рисунке 6 показан путь тока по реостату, если клеммы 1 и 2 подключены в цепь. Электрический ток проходит по обмотке реостата, потом через скользящий контакт ползунка он проходит по металлическому стержню и снова попадает в электрическую цепь.
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 $18 \space Ом$:
$n = \frac
Посмотрим на рисунок 7 или 8. Чтобы включить в цепь еще 6 спиралей, нужно передвинуть рычаг в крайнее правое положение (рисунок 9).
Упражнение №3
В цепь включены: источник тока, ключ, электрическая лампа и ползунковый реостат. Нарисуйте схему этой цепи. Куда надо передвинуть ползунок реостата, чтобы лампа светилась ярче?
Схема такой цепи изображена на рисунке 10.
Чтобы лампа светилась ярче, нужно увеличить силу тока в цепи. А для этого нужно уменьшить сопротивление ($I = \frac$).
Упражнение №4
Требуется изготовить реостат на $20 \space Ом$ из никелиновой проволоки площадью сечения $3 \space мм^2$. Какой длины проволока потребуется для этого?
Дано:
$R = 20 \space Ом$
$S = 3 \space мм^2$
$\rho = 0.4 \frac<Ом \cdot мм^2><м>$
Показать решение и ответ
Решение:
Запишем формулу для расчета сопротивления проводника: $R = \frac<\rho l>$.
Получается, что для изготовления реостата на $20 \space Ом$ потребуется $150 \space м$ никелиновой проволоки.
Почему реостаты изготавливают из проволоки с большим удельным сопротивлением? Каким недостатком обладал бы реостат с обмоткой из медной проволоки?
Как быстро выучить стихотворение наизусть? Запоминание стихов является стандартным заданием во многих школах.
Как научится читать по диагонали? Скорость чтения зависит от скорости восприятия каждого отдельного слова в тексте.
Как быстро и эффективно исправить почерк? Люди часто предполагают, что каллиграфия и почерк являются синонимами, но это не так.
Как научится говорить грамотно и правильно? Общение на хорошем, уверенном и естественном русском языке является достижимой целью.
Почему реостаты изготавливают из проволоки удельное сопротивление
Томас Эдисон — известный американский изобретатель и предприниматель в детстве проверял, можно ли взлететь, наевшись порошка для приготовления газировки.
—>СТАТИСТИКА —>
—>МЫ ВКОНТАКТЕ —>
—>НЕМНОГО РЕКЛАМЫ —>
Наши спонсоры
На практике часто приходится менять силу тока в цепи, делая ее то больше, то меньше. Так, изменяя силу тока в динамике радиоприемника, мы регулируем громкость звука. Изменением силы тока в электродвигателе швейной машины можно регулировать скорость его вращения.
Во многих случаях для регулирования силы тока в цепи применяют специальные приборы — реостаты.
Простейшим реостатом может служить проволока из материала с большим удельным сопротивлением, например, никелиновая или нихромовая. Включив такую проволочку в цепь источника электрического тока через контакты А и С и передвигая подвижный контакт С, можно уменьшать или увеличивать длину включенного в цепь участка АС. При этом будет меняться сопротивление цепи, а, следовательно, и сила тока в ней, это покажет амперметр.
Реостатам, применяемым на практике, придают более удобную и компактную форму. Для этой цели используют проволоку с большим удельным сопротивлением, а для того чтобы длинная проволока не мешала ее наматывают спиралью.
Один из реостатов (ползунковый реостат) изображен на рисунке а), а его условное обозначение в схемах — на рисунке б).
В этом реостате никелиновая проволока намотана на керамический цилиндр. Над обмоткой расположен металлический стержень, по которому может перемещаться ползунок. Своими контактами он прижат к виткам обмотки.
Электрический ток в цепи проходит от витков проволоки к ползунку, а через него в стержень, имеющий на конце зажим 1. С помощью этого зажима и зажима 2, соединенного с одним из концов обмотки и расположенного на корпусе реостата, реостат подсоединяют в цепь.
Стрелками указано как протекает электрический ток через реостат
Перемещая ползунок по стержню, можно увеличивать или уменьшать сопротивление реостата, включенного в цепь. То есть мы увеличиваем или уменьшаем количество витков по которым протекает электрический ток (чем больше витков, тем больше сопротивление).
Каждый реостат рассчитан на определенное сопротивление (чем больше проволоки намотано, тем большее сопротивление может дать такой реостат) 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 (см. рисунок а).
[Значения 6Ω и 3 А означают что данный реостат способен изменять свое сопротивление с 0 до 6 Ом, и ток с силой больше чем 3 Ампера пропускать по нему не стоит.]
Теперь самое время перейти от теории к практике!
Часть 1. Регулировка силы тока в лампочке.
На видео видно, как передвигая ползунок реостата вправо и влево, лампочка горит ярче или тусклее.
Понять принцип опыта можно взглянув на схему (см. рисунок 4).
На рисунке указана схема цепи, которую мы собирали в видео. Полное сопротивление цепи состоит из сопротивления Rл лампочки и сопротивления включенной в цепь части проволоки (на рисунке заштрихована) реостата. Незаштрихованная часть проволоки в цепь не включена. Если изменить положение ползунка, то изменится длина включенной в цепь части проволоки, что приведет к изменению силы тока.
Так, если передвинуть ползунок в крайнее правое положение (точка С), то в цепь будет включена вся проволока, сопротивление цепи станет наибольшим, а сила тока — наименьшей, поэтому нить лампочки будет гореть тускло или совсем не будет гореть (так как эл. ток такой силы не может разогреть спираль лампочки до свечения).
Если же передвинуть ползунок реостата в положение А, то электрический ток совсем не будет идти по проволоке реостата и, следовательно, сопротивление реостата будет равно нулю. Весь ток будет расходоваться на горение лампы, и она будет светить максимально ярко.
Часть 2. Включение лампочки от карманного фонаря в сеть 220 В.
Внимание! Не повторяйте этот опыт самостоятельно. Напоминаем, что поражение электрическим током осветительной сети может привести к смерти.
Что произойдет, если включить лампочку от фонарика в осветительную сеть напряжением 220 В? Понятно, что лампочка, рассчитанная на работу от батареек с суммарным напряжением 3,5 Вольт (3 пальчиковых батарейки), не способна выдержать напряжение в 63 раза большее – она сразу перегорит (может и взорваться).
Как тогда это сделать? На помощь придет уже известный нам прибор – реостат.
Нам нужен такой реостат, который способен был задержать бурный поток электрического тока, идущего от осветительной сети, и превратить его в тоненький ручеек электричества, который будет питать нашу хрупкую лампочку не нанося ей вреда.
Мы взяли реостат с сопротивлением 1000 (Ом). Это значит, что если эл. ток будет проходить по всей проволоке этого реостата, то на выходе из него получится ток с силой всего лишь 0,22 Ампер.
I=U/R=220 В / 1000 (Ом) = 0, 22 А
Для питания же нашей лампочки нужно даже более сильное электричество (0,28 А). То есть реостат не пропустит достаточное количество тока, чтобы зажечь нашу маленькую лампочку.
Это мы и наблюдаем во второй части видео, где в крайнем положении ползунка лампочка не горит, а при передвижении его вправо лампочка начинает загораться все ярче и ярче (подвигая ползунок мы запускаем все больше тока).
В определенный момент (на определенном положении ползунка реостата) лампочка перегорает, потому что реостат (при данном положении ползунка) пропустил слишком много электричества, которое и пережгло нить накаливания лампочки.
Так можно ли включить низковольтную лампочку в осветительную сеть? Можно! Только следует задержать все лишнее электричество реостатом с достаточно большим сопротивлением.
Часть 3. Включение лампы на 3,5 В вместе с лампой 60 Вт в сеть 220 В.
Мы взяли лампу мощностью 60 Вт, рассчитанную на напряжение 220 В, и лампочку от карманного фонарика на 3,5 В и силу тока 0,28 А.
Что произойдет, если включить эти лампочки в осветительную сеть напряжением 220 В? Понятно, что 60-ти ваттная лампочка будет гореть нормально (она на это и предназначена), а вот лампочка от карманного фонарика немедленно перегорит при включении ее в сеть (т.к. рассчитана работать от батареек только на 3,5 Вольта).
Но в опыте видно, как при подключении лампочек друг за другом (последовательно) и включении их в сеть 220 В обе лампы горят нормальным накалом и даже не думают перегорать. Даже когда ползунок реостата в крайнем положении (т.е. он не создает никакого сопротивления току) маленькая лампочка не перегорает.
Почему так? Почему даже при выключенном реостате (при его нулевом сопротивлении) лампа не перегорает? Что не дает ей перегореть при таком большом напряжении? И действительно ли напряжение на маленькой лампочке такое большое? Будет ли работать маленькая лампа если заменить лампу мощностью 60 Вт на стоваттную лампочку (100 Вт)?
Вы уже сможете ответить на большинство вопросов, если внимательно следили за ходом рассуждений в предыдущей части статьи. В этом опыте маленькой лампочке не дает перегорать большая лампочка. Она выступает в роли реостата с большим сопротивлением и берет на себя почти всю нагрузку.
Давайте попробуем разобраться как такое может происходить, что маленькая лампочка не перегорает благодаря лампочке в 60 Вт и доказать расчетным методом, что для нормального накала обеих лампочек необходимо одна и та же сила тока.
На помощь в решении этого вопроса нам придет физика, а конкретно ее раздел электричество (изучается в 8 классе).
Мир науки
Рефераты и конспекты лекций по географии, физике, химии, истории, биологии. Универсальная подготовка к ЕГЭ, ГИА, ЗНО и ДПА!
Физика — рефераты, конспекты, шпаргалки, лекции, семинары
Элементы сопротивлений и реостаты
Существует два термина «сопротивление»: первый — это когда сопротивление понимают, как свойство проводника противостоять прохождению через него тока, и второй — это когда сопротивление понимают, как
устройство, предназначенное для включения в электрическую цепь для регулирования, уменьшения или ограничения тока в этом кругу. К таким устройств, например, относятся реостаты.
Реостаты — это устройства, которые позволяют изменять сопротивление цепи и тем самым изменять силу тока. Реостат был изобретен в 1841 году русским ученым Б.С.Якоби. Существуют различные типы реостатов. Проводные реостаты изготавливают из специальных сплавов: константана, Манганин, никелина, нихрома, так как эти сплавы имеют большие удельные сопротивления и имели температурные коэффициенты, поэтому реостаты из этих сплавов небольшие по размеру и выдерживают значительный нагрев без заметного изменения сопротивления. Также эти материалы не подвержены коррозии при нагреве, когда элементы предназначены для работы на воздухе. Чаще всего используются рычажные, с скользящим контактом и штепсельные. Рычажный реостат имеет рычаг, который перемещается из одного элемента сопротивления на другой при определенных условиях, он дает скачкообразное изменение сопротивления. Реостат с скользящим контактом состоит из изолятора, на который намотан провод. По проводу перемещают медленно металлический ползунок, включающий виток за витком. Штепсельный реостат состоит из ряда катушек, которые вмонтированы в ящик. Сверху на крышке ящика есть толстые медные полосы, разделенные промежутками, в которые вставляются штекеры. В том месте, где включен вилку, ток пойдет по пластине через вилку, минуя другие катушки сопротивления. На крышке ящика наносят величины сопротивлений катушек штепсельного реостата.
В зависимости от назначения опоры делят на следующие группы: пусковые, тормозные, регулировочные, добавочные, экономические, разрядные, балластные, погрузочные, нагревательные, заземляющие, установочные. Основным конструктивным узлом таких сопротивлений есть элемент сопротивления. Для возможности изменения величины сопротивления, отдельные элементы соединяются между собой по определенным схемам. Величина сопротивления изменяется с помощью переключающего устройства, например контроллера. В зависимости от материала проводника различают металлические, жидкостные, угольные и керамические опоры. В электроприводе используют металлические опоры. Керамические опоры используют в высоковольтных аппаратах, например, разрядниках. Опоры изготавливают из специальных сплавов: сталь, электротехнический чугун, константан, нихром, фехраль. Эти сплавы имеют большие удельные сопротивления и имели температурные коэффициенты. Рабочая температура материала должна быть как можно больше, что позволяет сократить массу материала и поверхность охлаждения. Существуют такие конструкции элементов сопротивлений:
В виде свободной спирали из проволоки или ленты на цилиндрической оправе «виток к витку». Для увеличения жесткости спирали проволока может наматываться на фарфоровый или керамический каркас в виде трубки. В этом случае в процессе нагрева участвует не только провод, а сам каркас. Для защиты от механических повреждений сверху провода наносят стеклоэмаль. Используют при малых мощностях двигателей, в связи с большими размерами каркаса.
Рамочные элементы (проволочные или ленточные поля) используют в двигателях с большими мощностями. На стальную пластину прикрепляют изолятор из фарфора или стеатита. Проволока константана наматывают в канавки, размещенные на поверхности изоляторов. Элементы сопротивления компонуются в ящик. Для больших токов используют ленту. С точки зрения охлаждения этот элемент хуже свободную спираль. Но масса изоляторов невелика.
Фехраль элементы используют на двигателях с большими мощностями и напряжениями. Так же как и в предыдущей конструкции является изолятор с канавками, в которые наматывается лента. Лишь лента фехралева. Элементы сопротивления компонуются в ящик по пять штук. Мощность каждого элемента 450 Вт. При больших токах элементы соединяются параллельно. Отпайки сопротивлений привариваются к спирали и при монтаже не могут перевстановлюватись.
Чугунные элементы используют как пусковые на двигателях с большими мощностями и напряжениями, так как сопротивление этих элементов сильно зависит от температуры. Элементы имеют форму зигзага. Для соединения друг с другом на концах элементов является ушки с отверстиями для крепления. Элементы сопротивления соединяются последовательно в ящик с помощью стальных стержней. Общая мощность ящика не должна превышать 4,5 кВт. В связи с малой механической прочностью в установках, в которых возможна вибрация или удары, эти элементы не используют.