Что такое реостат? Виды и их назначение.Принцип работы. Реостат

Электрические сети зациклены на передаче электроэнергии от источника к потребителю, которые являются основными элементами цепочки. Но кроме них в электрическую цепь вставляются и другие составляющие, к примеру, управляющие элементы, к которым относится реостат или любой другой прибор с таким же принципом действия. Устройство реостата – это проводник определенного сечения и длины, через которые можно узнать сопротивление проводника. Конечно, обговаривается и его материал. Изменяя сопротивление прибора, а, точнее, проводника, можно регулировать величину силы тока и напряжения в сети. Итак, реостат – это прибор, регулирующий напряжение и ток.

Принцип работы реостата

Принцип действия прибора основан на ступенчатом или плавном изменении сопротивления. Эта функция достигается за счет изменения положения ползункового контакта, включающего в цепь необходимую часть высокоомного материала. Отличным наглядным примером является учебный реостат. В нем нихромовая проволока намотана на горизонтальный керамический стержень. Сверху на токопроводящей штанге расположен подвижный ползунок с контактными пластинками, касающимися обмотки. В начальном положении вся проволока включена в цепь и сопротивление реостата находится в максимальном режиме. Перемещая ползунок, часть проволоки исключается из цепи, так как ток проходит путь через часть проволоки, а затем по наименьшему пути сопротивления через контактные пластины и токопроводящую штангу. Таким образом, реостат в электрической цепи позволяет изменять сопротивление, делая его меньше или больше.

Применяемые в электротехнике реостаты имеют более компактную кольцевую конструкцию, то есть обмотка выполняется на кольцевом основании, а ползунок в виде поворотного механизма (движка) закреплен в центре кольца. Переменные резисторы со ступенчатым переключением представляют собой набор постоянных резисторов, включенных в цепь последовательно. При этом в схему добавлен переключатель, который, в зависимости от положения, снимает ток с определенного контакта между резисторами.

Что такое реостат, принцип работы

• Что такое реостат, принцип работы
• Основное назначение прибора
• Металлические реостаты
• Масляное охлаждение
• Пускорегулирующие реостаты
• Устройство и принцип работы

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.

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.

Основные типы реостатов

• По материалу проводника: проволочные из сплавов с высоким удельным сопротивлением (нихром, реотан, константан, манганин, никелин);
• непроволочные из спечённых неметаллических проводящих материалов (чаще всего графит и композиты на основе углерода), в том числе плёночные
• объёмные

Презентация к уроку физики по теме «Реостаты» в 8 классе

Учитель физики Беликова Татьяна Николаевна

Презентация к уроку по теме «Реостаты»

Закон Ома

Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению.

Почему сопротивление обмотки больше сопротивления стержня?

Обмотка сделана из металла, имеющего большое удельное сопротивление.

Длина обмотки больше длины стержня.

Площадь поперечного сечения обмотки меньше площади поперечного сечения стержня.

Cегодня на уроке мы продолжаем изучение темы «Электрический ток » и должны познакомиться с очень важным электрическим прибором. Давайте вспомним Пушкина: «Театр уж полон, ложи блещут…»

и вот, прозвенел третий звонок, и … перед началом спектакля медленно, постепенно гаснут электрические лампы в зрительном зале.

Как же это происходит?

Чтобы ответить на этот вопрос, учитель предлагает учащимся получить ключевое слово урока. Для этого необходимо правильно ответить на вопросы и выбрать в слове нужную букву, номер которой указан в скобках.

1. Физическая величина, характеризующая свойство проводников ограничивать силу тока в цепи (4)
2. Чертеж, на котором изображен способ соединения электрических приборов в цепи (3)3. Ученый, открывший очень важный закон электричества (1)4. Проводник, имеющий определенное сопротивление (5)5. Слово, означающее движение или течение чего-то (1)6. Прибор для измерения силы тока в цепи (1)7. Единица измерения напряжения (5)

Получилось слово

РЕОСТАТ

Реостаты

На практике часто бывает необходимо регулировать силу тока в цепи, не только в зрительном зале. Водитель трамвая или троллейбуса, трогая машину с места, должен постепенно увеличивать силу тока в электродвигателе, иначе получится сильный рывок. Изменяют силу тока в динамике радиоприемника, регулируя громкость. Скорость вращения вала электродвигателя швейной машины также изменяется при изменении силы тока. Для уменьшения или увеличения силы тока служат приборы называемые реостатами.

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.

Реостат – это прибор для регулирования силы тока в цепи.

Внешний вид (а) и обозначение реостата на схеме (б)

Один из реостатов (ползунковый реостат) изображен на рисунке.

В этом реостате стальная проволока намотана на керамический цилиндр. 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. Своими контактами он прижат к виткам обмотки. От трения ползунка о витки окалины слой окалины под его контактами стирается, и электрический ток в цепи проходит от витков проволоки к ползунку, а через него в стержень, имеющий на конце клемму 1. С помощью этой клеммы и клеммы 2, соединённой с одним из концов обмотки и расположенной на корпусе реостата, реостат подсоединяют в цепь. Перемещая ползунок по стержню, можно увеличивать или уменьшать сопротивление реостата, включённого в цепь.

Реостаты используют, чтобы установить уровень освещенности для создания уюта или настроения и при этом не выключать лампочки. Реостаты также используют в различных электрических приборах и в ряде отраслей промышленности

.

Задания к упр.31(1,2 )

На рисунке изображён реостат, с помощью которого можно менять сопротивление в цепи не плавно, а ступенями – скачками. Реостат поэтому называется ступенчатым. Опишите, как действует такой реостат.

Если каждая спираль реостата имеет сопротивление 3 Ом, то какое сопротивление будет введено в цепь при положении переключателя, изображённом на рисунке?

Куда надо поставить переключатель, чтобы с помощью этого реостата увеличить сопротивление цепи ещё на 18 Ом?

Задача:

Как изменятся показания амперметра и вольтметра V 1 , если ползунок реостата переместить из крайнего правого в крайнее левое положение?

Как изменятся показания вольтметра V?

Решение

• При перемещении ползунка реостата справа налево сопротивление R 1 в цепи уменьшится, от чего сила тока увеличится. Следовательно, показания амперметра увеличатся, как и показания вольтметра V 1 (всё описанное выше происходит в соответствии с законом Ома) . А вот показания вольтметра V не изменятся.

• Изменится ли (и как) напряжение на реостате при перемещении ползунка влево?
• Изменится ли ответ задачи, если реостат изображён на схеме так:

Проверим ответы:

1А

2А

3
А
4А

МОЛОДЦЫ!

Назначение реостатов

По своему назначению реостаты делятся на следующие виды:

• пусковые, служащие для снижения пускового тока при запуске электродвигателя;
• пускорегулирующие, использующиеся преимущественно в двигателях постоянного тока, а также при переменном напряжении в случае асинхронного электродвигателя с фазным ротором;
• нагрузочные, создающие сопротивление в электрической цепи;
• балластные, необходимые для поглощения излишков энергии, возникающей например при торможении электродвигателя.

Особым видом реостатов является потенциометр. Это делитель напряжения, в основании которого лежит переменный резистор. Благодаря ему в электронных схемах можно использовать различные напряжения, не используя дополнительные трансформаторы или блоки питания. Регулировка силы тока при помощи реостата широко используется в радиотехнике, например, для изменения громкости звучания динамика.

В цепи якоря

Это лучший вариант регулирования скорости мотора с независимым возбуждением. Частота вращения прямо пропорциональна подводимому к якорю напряжению. Механические характеристики не меняют своего угла наклона, а перемещаются параллельно друг другу.

Для осуществления этой схемы нужно цепь якоря подключить к источнику напряжения, которое можно менять.

Это возможно в электрических машинах малой или средней мощности. Двигатель большой мощности целесообразно подключить в схему с генератором напряжения независимого возбуждения.

В качестве привода для генератора используют обычный трехфазный асинхронник. Чтобы уменьшить обороты, достаточно на якоре понизить напряжение. Оно меняется от номинального и вниз. Эта схема имеет название «двигатель-генератор». Таким образом можно менять параметры на двигателе 220в.

Для низкого напряжения

Управление агрегатами на 12в проще из-за более низкого напряжения и как следствие, более доступных деталей. Вариантов подобных схем множество, поэтому важно понять сам принцип.

Такой двигатель имеет ротор, щеточный механизм и магниты. На выходе у него всего два провода, контролирование скорости идет по ним. Питание может быть 12, 24, 36в, или другое. Что нужно – это его менять. Лучше, когда в пределах от нуля до максимума. В более простых вариантах 12–0в не получится, другие варианты дают такую возможность.

Какое освещение Вы предпочитаете

ВстроенноеЛюстра

Кто-то паяет радиоэлементы навесным монтажом, кто-то набирает печатную плату – это уже зависит от желания и возможностей каждого человека.

Этот вариант подойдет, если точность неважна: например, вентилятор. Напряжение меняется от 0 до 12 вольт, пропорционально меняется крутящий момент.

Другой вариант – со стабилизацией оборотов независимо от нагрузки на валу.

Есть еще один вариант, только это уже не для 12, а для 24в питания.

Двигатель постоянного тока, питание – переменное, так как стоит диодный мост. При желании можно мост выбросить и запитывать постоянкой от своего блока питания.

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.

Реостаты

Каждый из нас знает, что такое радио или аудио магнитофон. Самой обычной функцией таких приборов является регулировка громкости. Подобно тому, как ток, совершая больше работы, заставляет лампочку гореть ярче, громкость увеличивается за счет увеличения работы силы тока. То есть, для регулировки громкости, нам нужно регулировать силу тока. И это, конечно, далеко не единственный пример, где нужен контроль силы тока. Для подобных целей используют специальный прибор, который называется реостатом. Принцип работы реостата основан на его способности изменять сопротивление на участке цепи и, следовательно, силу тока.

На прошлом уроке мы уже узнали, от чего зависит сопротивление проводника: от удельного сопротивления, площади поперечного сечения и длины проводника.

Конечно, изменять толщину или вещество не представляется возможным. Зато, можно легко изменять длину проводника, с помощью скользящих контактов. Скользящий контакт можно сдвинуть в ту или иную сторону, тем самым включив бо́льшую или меньшую часть проводника в цепь. Такие реостаты называют
ползунковыми
.

Чтобы даже незначительное изменение длины проводника значительно влияло на силу тока, в реостатах используются проводники с большим удельным сопротивлением.

Простейший реостат можно сделать из обыкновенной нихромовой проволоки. Один из контактов, с помощью которых мы подключим проволоку в цепь, должен быть скользящим.

Таким образом, мы сможем изменять силу тока, используя скользящий контакт. Как мы помним, во сколько раз мы уменьшим длину, во столько же раз и уменьшится сопротивление, и увеличится сила тока. Давайте рассмотрим, почему не стоит использовать материалы с маленьким удельным сопротивлением в реостатах.

Поскольку речь идет не о длинных проводах, а о контактах внутри приборов, мы будем рассматривать длину провода не более одного метра. В этом случае

Помимо ползунковых реостатов, существуют, также, ступенчатые реостаты. Они состоят из набора резисторов, часть из которых включается в цепь, в зависимости от регулировки. Чем больше резисторов включено, тем больше сопротивление и, соответственно, меньше сила тока. Очевидное отличие ступенчатых реостатов — это то, что они могут изменять сопротивление только пошагово, т.е. есть какое-то минимальное изменение, поскольку мы не можем включить в цепь дробное число резисторов.

Во многих современных технологиях используются цифровые реостаты. Такие реостаты обладают интегральной схемой, то есть программно могут выставлять заданное сопротивление. Разумеется, схема работы подобных приборов значительно сложнее, поэтому мы не будем изучать их принцип действия.

Упражнения.

Задача 1.

Скользящий контакт нихромового ползункового реостата был подключен так, что в цепь была включена ровно половина длины реостата. Когда скользящий контакт максимально отодвинули от второго контакта, сила тока в цепи уменьшилась на 4 А. Найдите площадь поперечного сечения проволоки реостата, учитывая то, что её длина составляет 50 см, а напряжение в цепи равно 12 В.

Задача 2.

В лаборатории исследовали реостат из неизвестного материала. После измерений выяснялось следующее: длина проволоки реостата составляет 80 см, а его площадь поперечного сечения 2 мм2. При включении его в цепь с напряжением 35 В, ток удалось снизить до 70 мА. Каково удельное сопротивление данного материала, если пренебречь другими причинами сопротивления в цепи?

Принцип действия

Принцип действия всех реостатов схож. Наиболее простую конструкцию и визуально понятный принцип действия имеет ползунковый реостат. Подключение в цепь его происходит через нижнюю и верхнюю клеммы. Конструкция выполнена таким образом, что ток проходит не поперек витков, а через всю длину провода, выбранную ползунком. Это происходит благодаря надежной изоляции между проводниками.

Реостат имеет возможность работать в режиме потенциометра. Для этого, выполняя подключение, необходимо задействовать все три клеммы. Две нижние используются в качестве входа. Они подключаются к источнику напряжения. Верхняя и одна из нижних клемм являются выходом. При перемещении ползунка напряжение межу ними регулируется.

Реостат, используемый в качестве делителя напряжения

Помимо потенциометра возможен и балластный режим работы реостата, когда необходимо создать активную нагрузку для потребления энергии. При этом необходимо учитывать какие рассеивающие способности имеет аппарат. Избыточное тепло может вывести прибор из строя, поэтому рекомендуется производить включение реостата в сеть, предварительно выполнив расчет по рассеиваемой мощности и в случае необходимости обеспечить достаточное охлаждение.

Виды реостатов

Что такое электрическое сопротивление

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.

Как прибор включается в сеть

Включение устройства в цепь осуществляется двумя способами: последовательно и параллельно. При последовательном подключении сопротивление оборудования складывается. Общее сопротивление будет больше любого отдельно взятого.

Схема электрических цепей, где обозначают реостаты с параллельным подключением, выглядит так:

При таком соединении складываются величины, обратные сопротивлению, т.е. общая проводимость состоит из проводимостей каждого компонента.

Представленные чертежи предназначены для простейшего оборудования. Чем больше элементов они будут включать, тем сложнее устройство, созданное на их основе.

• Для чего в электрической цепи применяют реостат
• Нормы сопротивления изоляции кабеля — таблица
• Инструкция по перемотке электродвигателей своими руками в домашних условиях

Устройство реостата

Устройство реостата для опытного физика не вызывает трудностей и представляет собой керамический полый цилиндр с металлической обмоткой, концы которой выведены на специальные контакты, получившие название клеммы, расположенные с обеих сторон керамического цилиндра. В качестве обмотки применяется материал, обладающий большим удельным сопротивлением, за счет этого даже небольшое изменение длины отражает изменение и сопротивления. Вдоль цилиндра расположен металлический шланг, на котором закреплен движущийся контакт, который получил название ползунок.

Керамический цилиндр внутри пуст для того, чтобы происходило охлаждение прибора при прохождении через него электроэнергии. Для безопасности ряд приборов имеют специальный кожух, скрывающий все внутренности механизма.

Значение слова Реостат по словарю Брокгауза и Ефрона:

Реостат (Rheostat) — так называется прибор, служащий для измерения электрического (или гальванического) сопротивления проводника. Под этим названием впервые был описан прибор Витстоном в 1843 г. (Wheatstone). Подобный же прибор (агометр), независимо от Витстона, был устроен русским академиком Якоби. Этот последний был затем усовершенствован Э. X. Ленцом. Способ измерения с помощью этих приборов основан на введении в данную гальваническую цепь тонкой нейзильберовой проволоки известной длины. Проволока эта намотана на мраморный цилиндр, причем один конец сообщается с металлической осью цилиндра. При вращении цилиндра или часть проволоки сматывается на другой, металлический цилиндр (Витстон), или по проволоке перемещается металлическое колесико (Якоби), или передвигается вдоль своей оси сам цилиндр, а колесо остается на месте (Ленц). Н. А. Г.

Классификация резисторов

Резисторы отличаются не только возможностью регулировать сопротивление. Они могут изготавливаться из разных резистивных материалов, иметь различное количество контактов и иметь другие особенности.

По типу резистивного материала

Элементы могут быть проволочными, непроволочными или металлофольговыми. Высокоомная проволока является признаком проволочного элемента, для ее изготовления используют такие сплавы, как нихром, константан или никелин. Пленки с повышенным удельным сопротивлением являются основой непроволочных элементов. В металлофольговых используется специальная фольга. Теперь выясним из чего состоят резисторы.

Конструкция полупроводника

Непроволочные делятся на тонкослойные и композиционные, толщина первых измеряется в нанометрах, а вторых – в долях миллиметра. Тонкослойные делятся на:

• металлоокисные;
• металлизированные;
• бороуглеродистые;
• металлодиэлектрические;
• углеродистые.

Композиционные в свою очередь подразделяются на объемные и пленочные. Последние могут быть с органическим или неорганическим диэлектриком. Чтобы понять есть ли полярность у резистора следует знать, что стороны у них идентичны.

По назначению сопротивления

Постоянные и переменные полупроводники также имеют некоторые различия в характеристиках. Постоянные делятся на проводники общего и специального назначения. Последние могут быть:

• высокочастотными;
• высоковольтными;
• высокомегаомными;
• прецизионными.

Такие детали используются в точных измерительных приборах, они выделяются особой стабильностью.

Переменные резисторы можно разделить на подстроечные и регулировочные. Последние могут быть с линейной или нелинейной функциональной характеристикой.

По количеству контактов

В зависимости от назначения резистора у него может быть один, два и более контактов. Сами контакты также отличаются, например, у SMD-резисторов это контактная площадка, у проволочных – особого состава проволока. Есть резисторы металлопленочные, с квантовыми точечными контактами, а в переменных они подвижные.

Разное количество контактов на элементах

Другие

Отличаются резисторы формой и типом сопротивления, а также характером зависимости величины сопротивления от напряжения. Описание зависимости величины может быть линейной или нелинейной. Использование элемента простое, емкость указывается на корпусе, минус и плюс не отличаются.

Резисторы могут быть защищены от влаги или нет, корпус может быть лакированным, вакуумным, герметичным, впрессованным в пластик или компаундированным. Нелинейные подразделяются на:

• варисторы;
• магниторезисторы;
• фоторезисторы;
• позисторы;
• тензорезисторы;
• терморезисторы.

Все они выполняют свою определенную функцию, одни меняют сопротивление от температуры, другие от напряжения, третьи от лучистой энергии.

Чем отличается резистор от реостата, транзистора

Реостат является электрическим аппаратом. Который способен регулировать ток и напряжение в электрической цепи. В общем это аналог переменного резистора. Он включает проводящий элемент и регулятор сопротивления. Влиять на изменение показателя можно плавно, а при желании это можно сделать ступенчато. В стандартизации реостатом называют резисторы переменные, регулировочные и подстроечные.

Транзистор является прибором для управления электрическим током. По сути он усиливает ток и может им управлять, а проводник регулирует сопротивление в сети. Внешне два элемента значительно отличаются друг от друга. Резистор имеет цилиндрическую форму и цветную окраску, а транзистор облачен в пластиковый или металлический квадратный корпус.

Выводы: проводники имеют одинаковую функциональность, а у транзистора разную. Также транзистор – это полярный элемент, а резистор – неполярный. По этой причине перепутать два элемента можно только в том случае, если человек совершенно далек от электротехники и радиоэлектроники.

Резистор необходимый элемент во всех микросхемах современных электроприборах. Оказывая сопротивление в цепи, полупроводник делит или уменьшает напряжение, благодаря чему, различные приборы могут работать от сети. Сопротивление тока измеряется в Омах, а грамотный подбор полупроводника обеспечит продолжительную работу любого электроприбора. Так мы выяснили, что такое резистор и для чего он нужен, чем отличается от реостата и транзистора и как обозначается на схемах.

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.

Вам это будет интересно Розетка с таймером: инструкция по применению и принцип работы

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.

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.

Вам это будет интересно Обозначение нулевого защитного проводника

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 < 0).

Табличное значение р0 можно выяснить из специальных электротехнических справочников или из интернета. Описывается зависимость р от температуры таким соотношением: p = p0 * [1 + a * (t — 20)]. Можно при необходимости произвести подстановку р в формулу зависимости R от длины и сечения: R = p0 * [1 + a * (t — 20)] * L / S.

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.

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;
• жидкостная.

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.

Переменный резистор.

Переменный резистор — это резистор, у которого электрическое сопротивление между подвижным контактом и выводами резистивного элемента можно изменять механическим способом.

Переменные резисторы, их также называют реостатами или потенциометрами, предназначены для постепенного регулирования силы тока и напряжения. Выглядят они так:

Разница в том, что реостат регулирует силу тока в электрической цепи, а потенциометр — напряжение. На радиосхемах переменные резисторы обозначаются прямоугольником с пририсованной к их корпусу стрелочкой.

На схемах цифрами от 1 до 3 указывается расположение выходов резистора.

Регулировать мощность сопротивления переменных резисторов можно с помощью вращения специальной ручки. Те из резисторов, у которых регулировка сопротивления резистора может осуществляться только с помощью отвертки или специального ключа-шестигранника, называются подстроечными переменными резисторами. Выглядят они так:

Конструкционные особенности и принцип работы преобразователя частоты

Сделать своими руками простейший регулятор двигателя на 12B постоянного тока не составит особого труда даже при наличии базовых навыков. Для этого достаточно иметь следующие компоненты:

С помощью резисторов происходит изменение напряжения от источника питания, а следовательно и частота оборотов электромотора. Такой самодельный регулятор двигателя разгоняет его ступенчато методом установки переключателя в соответствующее положение. Его можно эффективно применять для запуска силовых агрегатов асинхронного и контактного типа.

Данное устройство функционирует по следующему принципу:

• напряжение от источника питания подается на конденсатор, который полностью заряжается;
• ток перенаправляется на отходящий провод и резистор;
• подсоединенный к положительному конденсаторному контакту электрод тиристора получает нагрузку;
• после передачи заряда напряжения открывается второй полупроводник;
• поступающая от конденсатора нагрузка пропускается через тиристор и конденсатор разряжается;
• цикл полупериода повторяется.

Мнение эксперта

It-Technology, Cпециалист по электроэнергетике и электронике

Задавайте вопросы «Специалисту по модернизации систем энергогенерации»

Мощный регулятор напряжения на 12 вольт — Мастерок Регулятор мощности достаточно востребованное устройство, оно позволяет адаптировать работу того или иного электрического устройства под конкретные потребности потребителя. Спрашивайте, я на связи!

Материалы изготовления

Что такое измерение сопротивления изоляции и почему это важно

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.

Устройство и принцип работы

Прежде чем понять, как на электрической схеме обозначается реостат, необходимо узнать его комплектацию и принцип работы.

Конструкция прибора состоит из:

• Керамической трубки (цилиндра) – полая внутри для снижения температуры в процессе прохождения электроэнергии.
• Медной проволоки – наматывается на трубку, а ее концы выводятся на контакты.
• Металлической штанги – размещена выше трубки, на одной из сторон компонента есть контакт.
• Движущийся ползунок или контакт – закрепляется на штанге.

Несмотря на выпуск многих разновидностей, принцип функционирования у всех приборов примерно одинаковый. Подключение возможно с помощью клемм, размещенных с обеих сторон трубки. Ток идет по всему периметру, в зависимости от местонахождения ползунка.

Если он расположен в центре устройства, то ток пройдет только до середины. Если ползунок размещен в конце, то ток проходит полностью, формируя высокое напряжение. В большинстве случаев задействуется только часть плоскости, т.е. бегунок не устанавливается на краю цилиндра. Изменение его месторасположения пропорционально колебанию силы тока.

Принцип работы

Потенциал – что такое?

Вне зависимости от типа реостата, принцип работы у всех примерно аналогичен. Например, ползунковый реостат работает следующим образом:

• Подключение к сети происходит через клеммы, расположенные с обеих сторон цилиндра;
• Ток проходит по всей длине, в зависимости от места расположения ползунка. Так, если ползунок находится в центре прибора, то ток проходит только до середины; если ползунок находится в конце прибора, тогда ток проходит целиком, соответственно напряжение максимальное.

Чаще всего задействована в работе только часть прибора, т.е. ползунок не доходит до края реостата. Изменение места расположения бегунка прямо пропорционально изменению силы тока. Подключение реостата к электрической сети осуществляется последовательно.

Виды реостатов

Реостат в виде тора меняет сопротивления практически не создавая разрыва в цепи. В полную противоположность ему выступает рычажный вид. Резисторы расположены на специальной раме, и их выбор происходит при помощи рычага. Любая коммутация сопровождается разрывом контура. Помимо этого в схемах с рычажным реостатом отсутствует возможность плавного регулирования сопротивления. Все переключения приводят к ступенчатым изменениям параметров сети. Дискретность шагов зависит от количества резисторов на раме и диапазона регулирования.

Как и рычажные, штепсельные реостаты регулируют сопротивление ступенчато. Отличительной особенностью является изменение параметров сети без разрыва цепи. При нахождении штепселя в перемычке, большая часть тока идет вне сопротивления. Количество возможных вариантов включения зависит от размера магазина. Вытаскиванием штепселя происходит перенаправление тока в резистор.

К специфичным видам можно отнести ламповые устройства и жидкостные реостаты. В связи с рядом недостатков данные приборы не нашли широкого распространения. Жидкостные реостаты можно встретить лишь в взрывоопасной среде, где они выполняют функции управления двигателем. Ламповые можно встретить в лабораториях и на уроках физики, так как их надежность и точность недостаточны для повсеместного использования.

Содержание

Ток в обмотке якоря определяется разностью напряжения на зажимах двигателя и противоэлектродвижущей силы U — Е : чем меньше эта разность, тем меньше ток в цепи якоря; с увеличением скорости вращения ротора двигателя растет и противоэлектродвижущая сила, поэтому разность U — Е уменьшается. То есть, его длина максимальная, значит, и сопротивление максимальное, при этом сила тока уменьшилась. Для уменьшения износа витков ползунок имеет скользящий контакт, часто выполняемый из графитного стержня либо колесика. Металлические реостаты с масляным охлаждением обеспечивают увеличение теплоемкости и постоянной времени нагрева за счет большой теплоемкости и хорошей теплопроводности масла.

Он включает в свой состав набор ламп накаливания, которые соединены параллельно. Подключение возможно с помощью клемм, размещенных с обеих сторон трубки. В металлах носителями заряда являются свободные электроны, в электролитах — анионы и катионы, а в ионизированных газах — электроны и ионы.

Отличительной особенностью является изменение параметров сети без разрыва цепи. Расчет представленной выше схемы, аналогичен расчету гасящего сопротивления.

Благодаря этому получается добиться снижения скачков электрического тока и динамических перегрузок, способных повредить как сам привод, так и подключенный к нему механизм. Такими материалами являются нихром сплав никеля и хрома , фехраль сплав железа, хрома и алюминия , константан сплав меди и никеля и другие. Резисторы обычно изготовляют из проволоки или ленты, материалом для которых служат сплавы металлов, обладающие высоким удельным сопротивлением константан, никелин, манганин, фехраль. Устройство ползункового реостата Реостат имеет возможность работать в режиме потенциометра. ✅⚡️Как сделать простой регулятор мощности — оборотов. «ШИМ регулятор» Simple PWM ⚡️✅

Регулируемые резисторы

Регулируемые резисторы — резисторы, сопротивление которых можно изменять в определенных пределах, применяют в качестве регуляторов усиления, громкости, тембра и т. д. Общее обозначение такого резистора состоит из базового символа и знака регулирования, причем независимо от положения символа на схеме стрелку, обозначающую регулирование, проводят в направлении снизу вверх под углом 45 градусов.

Регулируемые резисторы имеют относительно невысокую надежность и ограниченный срок службы. Кому из владельцев радиоприемника или магнитофона не приходилось после двух-трех лет эксплуатации слышать шорохи п треоки из громкоговорителя при регулировании громкости.

Причина этого неприятного явления — в нарушении контакта щетки с токопроводящим слоем или износ последнего. Поэтому, если основным требованием к переменному резистору является повышенная надежность, применяют резисторы со ступенчатым регулированием.

Такой резистор может быть выполнен на базе переключателя на несколько положений, к контактам которого подключены ре-, зисторы постоянного сопротивления. На схемах эти подробности не показывают, ограничиваясь изображением символа регулируемого резистора со знаком ступенчатого регулирования, а если необходимо, указывают и число ступеней (рис. 8).

Рис. 8. Изображение символа регулируемого резистора со знаком ступенчатого регулирования.

Некоторые переменные резисторы изготовляют с одним, двумя и даже с тремя отводами. Такие резисторы применяют, например, в тонкомпенсиро-ванных регуляторах громкости, используемых в высококачественной звуковоспроизводящей аппаратуре. Отводы изображают в виде линий, отходящих от длинной стороны основного символа (рис. 9).

Рис. 9. Обозначение переменного резистора с отводами.

Для регулирования громкости, тембра, уровня записи в стереофонической аппаратуре, частоты в измерительных генераторах сигналов и т. д. применяют сдвоенные переменные резисторы, сопротивления которых изменяются одновременно при повороте общей оси (или перемещении движка). На схемах символы входящих в них резисторов стараются расположить возможно ближе друг к другу, а механическую связь показывают либо двумя сплошными линиями, либо одной штриховой (рис. 10,а).

Рис. 10. Внешний вид и обозначение блоков с переменными резисторами.

Если же сделать этого не удается, т. е. символы резисторов оказываются на большом удалении один от другого, механическую связь изображают отрезками штриховой линии (рис. 10,6). Принадлежность резисторов к одному сдвоенному блоку показывают в этом случае и в позиционном обозначении (R1.1—первый — по схеме — резистор сдвоенного переменного резистора R1, R1.2 — второй).

Встречаются и такие сдвоенные переменные резисторы, в которых каждым резистором можно управлять отдельно (ось одного проходит внутри трубчатой оси другого). Механической связи, обеспечивающей одновременное изменение сопротивлений обоих резисторов, в этом случае нет, поэтому и на схемах ее не показывают (принадлежность к сдвоенному резистору указывают только в позиционном обозначении).

В бытовой радиоаппаратуре часто применяют переменные резисторы, объединенные с одним или двумя выключателями. Символы их контактов размещают на схемах рядом с обозначением переменного резистора и соединяют штриховой линией с жирной точкой, которую изображают с той стороны прямоугольника, при перемещении к которой узел щеточного контакта (движок) воздействует на выключатель (рис. 11,а).

Рис. 11. Обозначение переменного резистора совмещенного с переключателем.

При этом имеется в виду, что контакты замыкаются при движении от точки, а размыкаются при движении к ней. В случае, если символы резистора и выключателя удалены один от другого, механическую связь показывают отрезками штриховых линий (рис. 11,6).

Датчики, изготовленные на основе реостатов

Напряжение, сила тока в рабочей цепи, положение ползунка в реостате и оказываемое им сопротивление находятся в непосредственной зависимости. Такая особенность положена в основу датчика угла поворота. В подобном приборе конкретная электрическая величина соответствует определенному положению ротора.
В настоящее время подобные датчики заменяются усовершенствованными оптическими и магнитными аналогами. Причиной тому выступает неустойчивость зависимости сопротивления и угла по отношению к температурному действию. Постепенное вытеснение датчиков реостатного типа еще обусловлено переходом на цифровые, более удобные системы. Сегодня резистивные измерители задействуются в схемах, где присутствуют аналоговые сигналы.

Зная, для чего нужны реостаты электрического типа, легко можно объяснить их широкое использование в автомобилестроении, технике, промышленности. Сопротивление необходимо для работы радиотехники, при запуске электродвигателей, они применимы в виде активной нагрузки. Выход из строя небольшого прибора может повлечь сбой работы всей системы

В этом и заключается важность реостатов

Основное назначение прибора

Описываемые приспособления универсальны в применении. В зависимости от непосредственного назначения их принято разделять на такие виды:

1. Пускорегулирующие — чаще всего используются для обустройства двигателей постоянного тока. Такие модели уместны для асинхронных электродвигателей при переменном напряжении, оснащенных фазным ротором.
2. Пусковые — их основное назначение заключается в понижении пускового тока, проявляющегося во время запуска электродвигателя.
3. Балластные — они обеспечивают быстрое поглощение лишней энергии, которая возникает при резком торможении двигателя.
4. Нагрузочные — такие изделия создают необходимое сопротивление внутри электрической цепи.

Важно! Реостаты применяются в качестве ограничителей тока в обмотках возбуждения электромашин с постоянным током.

Таким способом выравниваются сильные перепады электрического тока, а также динамические перегрузки, влекущие повреждение привода и всего механизма, подведенного к нему. Обеспечение подходящего сопротивления в момент запуска продлевает эксплуатационный срок коллектора и щеток.

В отдельную группу выделяются потенциометры. Они представляют собой делители напряжения, в основу которых заложены переменные резисторы. Такие приборы дают возможность применять в электронных схемах разное напряжение без дополнительных блоков питания, трансформаторов. Регулирование силы тока посредством реостата часто задействуется в радиотехнической сфере. Ярким тому примером выступает изменение громкости в динамиках.

Виды реостатов

Разновидность реостатов зависит от их основного назначения:

• Пусковые реостаты предназначены для запуска электродвигателей с постоянным или переменным током;
• Пускорегулирующие реостаты не только предназначены для запуска двигателей с постоянным током, но и для регулировки силы тока;
• Балластные реостаты, еще получили название нагрузочные, поглощают энергию, которая необходима для регулирования нагрузки на электрогенераторах, т.е. создают нужное сопротивление в электрической сети;
• Реостаты возбуждения применяются в электрических машинах для регулировки постоянного и переменного тока, они поглощают лишнюю энергию;
• В особорую группу выделяют реостаты, предназначенные для деления напряжения, их называют потенциометрами. Они позволяют применять в одном приборе различные напряжения, не используя дополнительные приспособления, такие как трансформаторы и блоки питания. В этом случае реостат имеет 3 клеммы, где нижние клеммы используются для входа тока, а верхняя и одна нижняя – в качестве выхода. Регулировка напряжения осуществляется при движении ползунка.

Благодаря применению в электрических приборах и машинах реостатов, происходит уменьшение снижения скачков электрического тока и перегрузок двигателя, это, в свою очередь, увеличивает срок службы электрических приборов.

Реостат на электрической схеме имеет свое особое обозначение.

Виды реостатов по материалу их изготовления

Что такое дроссель

Главным элементом, определяющим принцип работы реостата, является материал, из которого он изготовлен. Кроме того, при прохождении через прибор тока должно происходить его охлаждение: воздушное или жидкостное. Воздушное охлаждение происходит благодаря полому цилиндру и применимо во всех приборах. Жидкостное охлаждение используется только для реостатов, изготовленных из металла. Охлаждение происходит за счет полного погружения в жидкость или отдельных частей прибора. Жидкостные реостаты могут быть водными или масляными.

Можно выделить следующие реостаты по материалу изготовления:

• Металлические реостаты с воздушным типом охлаждения наиболее распространены, поскольку применимы в различных сферах и для различных приборов, сопротивление в них может быть постоянным или ступенчатым. Достоинством подобных конструкций являются компактные размеры, достаточно простая конструкция, доступная ценовая стоимость. Металлические жидкостные реостаты представляют собой сосуд, наполненный жидкостью. В качестве материала изготовления могут быть использованы сталь, чугун, хром, никель, железо и др.;
• Жидкостные реостаты применимы для регулировки силы тока;
• Керамические – применимы при относительно небольших нагрузках;
• Угольные на сегодняшний день применяются только в промышленной сфере и представляют собой ряд шайб из угля, сжатых друг с другом при помощи пружин. Изменение сопротивления данного типа реостата происходит при помощи изменения силы сжатия пружин.

Задаваясь вопросом, зачем в повседневной жизни нужен данный прибор, можно получить банальный ответ: ни один современный телевизор не обходится без реостата. Благодаря этому прибору, происходит регулировка уровня громкости, также он связан с возможностью переключения каналов.

Как видно, это действительно универсальный и незаменимый компонент. Стоит подчеркнуть, что разновидностей реостатов весьма много, в зависимости от их основного предназначения. На сегодняшний день реостат применяется в промышленной сфере, в автомобилестроении, в современной электронной технике. Он широко применим в радиотехнике и различных типах электродвигателей. Выход из строя реостата способен вывести из строя всю систему электросети.