Реостаты | 8 класс | Физика

Содержание

Когда мы собираем электрическую цепь и замыкаем ее, возникает электрический ток. Его характеризует величина, называемая силой тока. При последовательном соединении элементов она будет одинакова на всех участках цепи ($I = I_1 = I_2 = … = I_n$), а при параллельном — разветвляться ($I = I_1 + I_2 + … + I_n$). Но мы не можем изменить величину силы тока в цепи или на ее участке, не поменяв проводники или источник тока.

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).

Рисунок 1. Простейший реостат — проволока с большим удельным сопротивлением

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 ($R = \frac{\rho l}{S}$). Будет изменяться и общее сопротивление цепи, а следовательно, и сила тока в ней.

{"questions":[{"content":"Действие реостата основано на изменении[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["длины проводника, включенного в цепь","поперечного сечения проводника, включенного в цепь","типа соединения элементов в цепи"],"explanations":["Изменяя длину проводника, мы изменяем его сопротивление,  а также общее сопротивление цепи. Из-за этого изменяется и сила тока.","",""],"answer":[0]}}}]}

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: $R = \frac{\rho l}{S}$. 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).

Рисунок 2. Ползунковый реостат

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.

{"questions":[{"content":"Какой элемент реостата мы можем передвигать?[[choice-8]]","widgets":{"choice-8":{"type":"choice","options":["Обмотку","Ползунок","металлический стержень","окалину"],"answer":[1]}}}]}

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 ($I = \frac{U}{R}$). Передвигая ползунок в другую сторону, мы увеличим длину подключенной обмотки и, наоборот, уменьшим силу тока.

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).

Рисунок 3. Условный знак для обозначения ползункового реостата на схеме электрической цепи

Реже вы можете встретить другое обозначение реостата (рисунок 4).

Рисунок 4. Дополнительный условный знак для обозначения реостата на схеме электрической цепи

{"questions":[{"content":"В какую сторону нужно передвинуть ползунок реостата, изображенного на рисунке 3, чтобы уменьшить силу тока в цепи?[[choice-12]]","widgets":{"choice-12":{"type":"choice","options":["В правую","В левую","В любую"],"explanations":["Если мы передвинем ползунок вправо, то увеличим сопротивление.  При этом сила тока в цепи уменьшится.","",""],"answer":[0]}}}]}

Подключение реостата в электрическую цепь

Реостат включается в электрическую цепь последовательно. Пример такой цепи с подсоединенным реостатом изображен на схеме (рисунок 5).

Рисунок 5. Подключение реостата в электрическую цепь

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.

{"questions":[{"content":"Реостат включается в электрическую цепь[[choice-16]]","widgets":{"choice-16":{"type":"choice","options":["последовательно","параллельно","любым способом"],"answer":[0]}}}]}

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.

Рисунок 6. Путь тока по реостату

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.

Рисунок 7. Рычажный 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).

Рисунок 8. Ход тока по спиралям рычажного реостата, включенным в цепь

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 $18 \space Ом$:
$n = \frac{R}{R_1} = \frac{18 \space Ом}{3 \space Ом} = 6$.

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

Рисунок 9. Искомое положение рычага реостата

Упражнение №3

В цепь включены: источник тока, ключ, электрическая лампа и ползунковый реостат. 2}{м}} = \frac{60 \space м}{0.4} = 150 \space м$.

Получается, что для изготовления реостата на $20 \space Ом$ потребуется $150 \space м$ никелиновой проволоки.

Ответ: $l = 150 \space м$.

Что такое реостат, объясняю его принцип действия, устройство и обозначение | Энергофиксик

Если мы с вами возьмем какой-нибудь простой прибор и внимательно изучим его схему, то, вполне вероятно, сможем найти там реостат. В этом материале я просто и доступно объясню, чем по сути является реостат, по какому принципу работает, а также насколько широко он применяется в мире. Итак, начнем.

Итак, для начала давайте дадим определение реостату. Реостат – это переменный резистор, электрическое сопротивление оного между его подвижным контактом и выводами резистивного элемента вполне можно изменить механическим способом.

По своей сути реостат – это не что иное, как элемент управления в электрических цепях. И пожалуй, главным преимуществом данного элемента является то, что его вполне возможно применять для корректировки электрического сопротивления в цепи без ее разрыва.

Как работает реостат

Если мы с вами возьмем любой учебник физики за восьмой класс, то узнаем, что работа реостата основана на знаменитом законе Ома для участка цепи. Так вот электрический ток, проходящий через цепь, претерпевает изменение, зависящее от уровня сопротивления, с оным он (ток) сталкивается при постоянном напряжении источника.

Так вот если в рассматриваемой цепи будет низкое сопротивление, то по ней будет протекать высокий электрический ток, так как ему практически ничего не препятствует. А соответственно, если высокое сопротивление в цепи, то по ней будет протекать малый электрический ток.

Вот это самое соотношение и применялось (и применяется до сих пор) для точных настроек параметров цепи в зависимости от конкретных требований.

Реостат. (А) — полая трубка, на которой намотан изолированный провод. (В) — подвижный контакт. (С) — роликовый контакт.

Если мы с вами внимательно рассмотрим на выше представленное фото, то увидим, что конструктивно простой реостат представляет собой полый цилиндр с намотанной на нем изолированной проволокой, у которой по всей длине постоянное сечение и сопротивление.

Это сделано неспроста. Ведь сопротивление любого проводника в первую очередь имеет линейную зависимость от ее длины и обратно пропорционально площади поперечного сечения. Так вот в том же учебнике по физике можно найти вот такую формулу:

Где p – удельное сопротивление материала проводника;

I – длина рассматриваемого проводника;

S – площадь поперечного сечения проводника.

Так вот, если у рассматриваемого проводника будет постоянно сечение, то чем больше будет его длина, тем больше его сопротивление.

То есть, по сути реостат — это большой кусок проволоки, намотанный на основание, а величина сопротивления изменяется за счет ползунка, который увеличивает или, наоборот, уменьшает длину проводника (изменяет сопротивление).

Примечание. Любой реостат создан на определенное максимальное сопротивление, а также на допустимую силу тока, превышение которой неизбежно приведет к перегреву и выходу из строя элемента. При этом все параметры указываются на самом изделии.

Как обозначается реостат на схемах

На схемах реостат имеет следующее обозначение:

Из обозначения сразу становится понятно, что при перемещении ползунка в правую часть, то сопротивление будет уменьшаться, а влево – возрастать.

В иностранной литературе обозначение реостата отличается и выглядит следующим образом:

И данный элемент всегда включается в цепь последовательным образом. Это связано с тем, что электрический ток всегда протекает по пути наименьшего сопротивления. Поэтому если мы с вами включим реостат в цепь параллельным образом, то в таком варианте работать он не будет. Правильное включение в цепь реостата выглядит следующим образом:

Ну а теперь давайте рассмотрим, где в основном применяются реостаты.

Область применения реостатов

На самом деле область применения реостатов довольно широка. Так если мы с вами возьмем, например, водонагреватель, то для регулировки нагрева тэна используется не что иное, как реостат.

Если вы возьмете старое радио, то регулировка громкости там тоже осуществляется за счет реостатов. Также в светильниках с регулировкой свечения лампочек зачастую используется регулятор, в основе которого лежит простой реостат.

В современной электронике реостаты заменяются электронными регуляторами (полупроводниковые элементы, потенциометры и т. п.), так как в них практически отсутствуют потери.

Потенциометры

Все дело в том, что у реостатов есть один существенный минус. При изменении силы тока в цепи реостат довольно сильно разогревается, в результате чего достаточно много энергии расходуется на нагрев.

Это все, что я хотел вам рассказать про такой элемент, как реостат.

Если вам понравился материал, то оцените его и не забудьте подписаться на канал, чтобы не пропустить новые материалы. Спасибо за ваше внимание!

Определение, символ, конструкция, типы и применение

Определение реостата

Реостат определяется как

Переменный резистор, который используется для управления потоком электрического тока путем увеличения или уменьшения сопротивления.

Термин «реостат» был придуман английским ученым сэром Чарльзом Уитстоном и происходит от греческих слов «реос» и «статис», что означает устройство, управляющее током.

Символ реостата

Доступны два символа реостата: американский стандарт и международный стандарт. Американский стандартный символ представлен тремя терминалами и зигзагообразными линиями, а международный стандартный символ представлен прямоугольным прямоугольником с тремя терминалами.

Работа реостата

У любой электрической цепи есть три основных параметра, а именно:

• Напряжение, подаваемое на цепь
• Ток через цепь
• Сопротивление цепи

Все три параметра взаимозависимы. Например, чтобы изменить ток, мы должны либо изменить приложенное напряжение, либо изменить сопротивление. Реостат используется в цепи для изменения сопротивления цепи, чтобы изменить ток. Мы также знаем, что ток и сопротивление обратно пропорциональны, то есть ток уменьшается с увеличением сопротивления реостата.

Также важно отметить, что каждый реостат имеет рейтинг сопротивления. Если реостат имеет номинал 500 кОм, то минимальное сопротивление равно 0, а максимальное сопротивление равно 500 кОм.

Для любого заданного реостата мы можем изменить его сопротивление. Мы знаем, что сопротивление зависит от трех факторов:

• Длина
• Площади поперечного сечения
• Тип

Чтобы изменить сопротивление реостата, необходимо изменить эффективную длину с помощью скользящего контакта. Эффективная длина определяется как длина между фиксированной клеммой и положением подвижной клеммы. При изменении эффективной длины изменяется сопротивление реостата.

Конструкция реостата

Конструкция реостата и потенциометра аналогична. В реостате есть три клеммы с двумя соединениями. Конструкция реостата показана ниже:

Три клеммы реостата обозначены как A, B и C. Используются либо клеммы A и B, либо клеммы B и C. На приведенном выше рисунке A и C зафиксированы и подключены к дорожке, известной как резистивный элемент.

Клемма B неравномерна и подключена к ползунку. При перемещении скребка по резистивному элементу по резистивному пути сопротивление реостата изменяется. Резистивный элемент реостата выполнен в виде петли из проволоки.

Сопротивление реостата зависит от длины резистивного пути.

Типы реостатов

Существует три типа реостатов:

• Линейный тип
• Поворотный тип
• Тип предустановки

Линейный реостат

Это типы реостатов, которые включают линейную резистивную дорожку, так что скользящий терминал можно плавно перемещать по дорожке. Есть две постоянные клеммы, одна из которых подключена к слайдеру. Линейный реостат также известен как цилиндрический реостат, так как его резистивный элемент имеет цилиндрическую форму. Эти реостаты находят применение в исследовательских и учебных лабораториях.

Поворотный реостат

Это типы реостатов, которые включают вращающуюся резистивную дорожку. Эти реостаты также известны как круговые реостаты, поскольку используемый резистивный элемент выглядит как круг. Ползунок или стеклоочиститель перемещаются линейно. Стеклоочиститель установлен на валах. Эти реостаты обычно используются в силовых приложениях.

Предустановленный реостат

Это типы реостатов, которые используются в печатной плате, и они известны как триммеры или предустановленные реостаты. Они обычно используются в калибровочных схемах и имеют небольшие размеры.

Применение реостата

• Реостат используется как делитель напряжения.
• Реостат также находит применение в качестве переменной резистивной нагрузки.
• В цепях освещения реостаты находят применение в качестве диммирующих устройств.
• Изучение электрического оборудования и цепей упрощается с использованием реостата, так как можно изучать различные токи и напряжения.
• Коммутационная электроника заменена на реостаты.
• Реостаты находят применение в качестве устройств управления мощностью при регулировании скорости двигателя, управлении интенсивностью света и в нагревателях.

Разница между реостатом и потенциометром

Реостат	Потенциометр
Определяется как электрический прибор, который используется для управления током путем изменения сопротивления	Определяется как прибор, который используется для измерения электродвижущей силы путем изменения напряжения
Он находит применение в управлении двигателями, управлением освещением и т. д., поскольку может работать с более высокими токами и напряжениями	Находит электронное применение, например, в электронных регуляторах и эталонных установках
Нет необходимости использовать все три клеммы	Все три клеммы используются
Реостат нельзя использовать в качестве потенциометра	Потенциометр можно использовать как реостат

Подробнее:

Оставайтесь с нами, чтобы узнать больше о других концепциях физики.

Часто задаваемые вопросы – Часто задаваемые вопросы

Почему реостат соединен последовательно?

Реостат соединен последовательно, потому что ток протекает по пути с минимальным сопротивлением.

Какой провод используется в реостате?

В реостате используется константановая проволока. Это медно-никелевый сплав, похожий на манганин. Он имеет очень низкий температурный коэффициент сопротивления, что делает его сопротивление постоянным в широком диапазоне температур.

В чем разница между реостатом и сопротивлением?

Разница между реостатом и сопротивлением заключается в том, что реостат представляет собой электрический резистор с двумя выводами, а сопротивление представляет собой параметр, который можно непрерывно изменять путем перемещения ручки.

Почему у реостата три контакта?

Реостат имеет три вывода, так как он используется в качестве делителя потенциала и используется для исключения возможности обрыва цепи из-за движения стеклоочистителя.

Как проверить реостат?

Реостат испытывают путем измерения сопротивления между любыми двумя фиксированными и переменными точками. Изменение сопротивления и перемещение дворника от максимума к минимуму должны быть пропорциональны друг другу. Полученное таким образом значение должно быть похоже на номинальное значение.

Реостат | электронное устройство | Британика

• Развлечения и поп-культура
• География и путешествия
• Здоровье и медицина
• Образ жизни и социальные вопросы
• Литература
• Философия и религия
• Политика, право и правительство
• Наука
• Спорт и отдых
• Технология
• Изобразительное искусство
• Всемирная история
• В этот день в истории
• Викторины
• Подкасты
• Словарь
• Биографии
• Резюме
• Популярные вопросы
• Обзор недели
• Инфографика
• Демистификация
• Списки
• #WTFact
• Товарищи
• Галереи изображений
• Прожектор
• Форум
• Один хороший факт
• Развлечения и поп-культура
• География и путешествия
• Здоровье и медицина
• Образ жизни и социальные вопросы
• Литература
• Философия и религия
• Политика, право и правительство
• Наука
• Спорт и отдых
• Технология
• Изобразительное искусство
• Всемирная история
• Britannica объясняет
  В этих видеороликах Britannica объясняет различные темы и отвечает на часто задаваемые вопросы.
• Britannica Classics
  Посмотрите эти ретро-видео из архивов Encyclopedia Britannica.
• #WTFact Видео
  В #WTFact Britannica делится некоторыми из самых странных фактов, которые мы можем найти.
• На этот раз в истории
  В этих видеороликах узнайте, что произошло в этом месяце (или любом другом месяце!) в истории.
• Demystified Videos
  В Demystified у Britannica есть все ответы на ваши животрепещущие вопросы.
• Студенческий портал
  Britannica — это главный ресурс для учащихся по ключевым школьным предметам, таким как история, государственное управление, литература и т. д.
• Портал COVID-19
  Хотя этот глобальный кризис в области здравоохранения продолжает развиваться, может быть полезно обратиться к прошлым пандемиям, чтобы лучше понять, как реагировать сегодня.
• 100 женщин
  Britannica празднует столетие Девятнадцатой поправки, выделяя суфражисток и политиков, творящих историю.