Как обозначается на схеме реостат: Реостат как обозначается на схеме — RC74 — интернет-магазин радиоуправляемых моделей

Содержание

Электрические цепи. Реостат — Класс!ная физика

Электрические цепи. Реостат

Подробности: Просмотров: 382

Для того чтобы создать электрический ток, необходимо составить замкнутую электрическую цепь из электрических приборов.
Элементы электрической цепи соединяются проводами и подключаются к источнику питания.

Самая простая электрическая цепь состоит из :
1. источника тока
2. потребителя электроэнергии — (лампа, электроплитка, электродвигатель, электробытовые приборы)
3. замыкающего и размыкающего устройства — (выключатель, кнопка, рубильник)
4. соединительных проводов

Чертежи, на которых показано, как электрические приборы соединены в цепь, называются электрическими схемами.
На электрических схемах все элементы электрической цепи имеют условные обозначения.

1 — гальванический элемент
2 — батарея элементов
3 — соединение проводов
4 — пересечение проводов на схеме без соединения

5 — зажимы для подключения
6 — ключ
7 — электрическая лампа
8 — электрический звонок
9 — резистор ( или иначе сопротивление)
10- нагревательный элемент
11 — предохранитель

РЕОСТАТ

Существуют сопротивления, величину которых можно плавно изменять.
Это могут быть переменные резисторы или сопротивления, называемые реостатами.

Таким образом, реостаты — это приборы, сопротивление которых можно регулировать.
Они применяются тогда, когда необходимо менять силу тока в цепи.
Реостат отличается от переменного резистора своей конструкцией и большой мощностью.

На электрической схеме реостат имеет своё условное обозначение:

С помощью перемещаемого движка ( 2 ) можно увеличивать или уменьшать величину сопротивления ( между контактами 1 и 2 ), включаемого в электрическую цепь.

Попробуй, глядя на рисунок, выяснить для себя в какую сторону надо перемещать движок, чтобы:
а) увеличить сопротивление, включенное в цепь?
б) уменьшить сопротивление?
Умение пользоваться реостатом пригодится тебе для проведения лабораторных работ.
Приготовься к этому заранее!

ИНТЕРЕСНО

В электрических схемах применяются символические изображения входящих в нее элементов и устройств. Физические величины также принято обозначать буквенными символами.

Немецкий профессор Г.К. Лихтенберг из Геттенгена первый предложил ввести электрические символы, обосновал их практическое применение и использовал в своих работах!
Благодаря ему, в электротехнике появляются математические знаки плюс и минус для обозначения электрических зарядов. Символы, предложенные Г.К. Лихтенбергом, прижились и известны теперь даже школьникам.
Г.К. Лихтенберг родился в Германии и в 1769 году стал профессором физики. Многочисленные работы по математике, метеорологии, геодезии и электричеству способствовали избранию Лихтенберга Почетным членом Петербургской Академии наук.
В 1769 году в Геттингене он установил первый в Германии громоотвод на университетской библиотеке.

КНИЖНАЯ ПОЛКА

Загадка в форме шара.
Жизнь среди молний.

ЗНАЕШЬ ЛИ ТЫ

В 1881 году в Париже на электротехнической выставке впервые демонстрировалось самое современное для того времени изобретение. Это был обычный для нас выключатель. Публика была в восторге!

___

Английский ученый со смешной фамилией Кавалло, живший на рубеже 18-19 веков, первым предложил конструкцию электрических проводов. Он предлагал натянутую отожженную медную или латунную проволоку нагревать в пламени свечи или просто куском раскаленного железа, покрывать смолой и обматывать полотняной лентой, также равномерно покрытой смолой. Изолированную таким способом проволоку следовало защищать чехлом из шерсти. Ну чем не основные элементы современного кабеля: токопроводящая жила, изоляция, защитный покров. Провод предполагалось изготовлять отрезками по 6–9 м, а места соединения отрезков тщательно обматывать промасленным шелком.

А НУ-КА, СООБРАЗИ

Если у вас есть электрозвонок, питающийся от батарейки, источник тока, провода, то как соединить провода, чтобы замыкание цепи вызвало только один удар молоточка звонка?

Не забывайте выключать свет!

Резисторы ❤️ | Физика

Более половины деталей, используемых в современных радиоэлектронных устройствах, составляют резисторы.

Резистором (от лат. resisto — сопротивляюсь) называют выпускаемую промышленностью деталь, обеспечивающую заданное (номинальное) электрическое сопротивление цепи. Сопротивление резистора указывают на его корпусе либо в виде числового значения, либо в закодированной форме (например, в виде определенных цветных полосок). Условное обозначение резистора приведено в таблице 2 (см. § 9).

В зависимости от материала, из которого изготовлена

токопроводящая часть резистора, различают металлические, углеродистые, керамические и другие резисторы. Для защиты от пыли, влаги и механических повреждений снаружи их покрывают стеклоэмалью или каким-либо другим твердым материалом (рис. 34, а).

Лабораторные резисторы, используемые в школе, имеют вид проволочных спиралей, помещенных в углубление пластмассовой колодки (рис. 34, б).

В школьных экспериментах применяют также демонстрационные магазины сопротивлений, состоящие из нескольких резисторов в виде проволочных спиралей, рассчитанных на 1, 2 и

5 Ом (рис. 34, в).

Существуют резисторы как с постоянным сопротивлением, так и с переменным. К последним относятся Реостаты. Условное обозначение реостата приведено в таблице 2.

Действие реостатов основано на зависимости сопротивления проводника от его длины. Конструкция реостатов позволяет изменять длину участка, по которому идет ток. При увеличении этой длины сопротивление реостата возрастает, при уменьшении убывает.

Различают рычажные и ползунковые реостаты.

Рычажный реостат изображен на рисунке 35. Передвигая рычаг реостата от одного контакта к другому, можно вводить в цепь большее или меньшее число проволочных спиралей и тем самым скачком (ступенчато) изменять сопротивление цепи.

Ползунковый реостат изображен на рисунке 36. Его сопротивление можно изменять плавно. Для этого реостат снабжен скользящим контактом (ползунком).

Перемещая его, мы постепенно включаем большую или меньшую часть обмотки реостата, и его сопротивление плавно изменяется. Путем изменения сопротивления цепи можно влиять на силу тока в ней. От нее, в свою очередь, зависят действия, оказываемые током в различных устройствах.

Реостаты позволяют эти действия как усиливать, так и ослаблять.

??? 1. Что такое резистор? Как он обозначается на схемах? 2. Что такое реостат?

3. Какие виды реостатов вы знаете? Чем они отличаются друг от друга? 4. Как обозначается реостат на схемах? 5. Зачем нужны реостаты? 6. В какую сторону следует передвинуть рычаг реостата, изображенного на рисунке 35, чтобы его сопротивление уменьшилось?

7. В какую сторону следует переместить ползунок реостата, изображенного на рисунке 36, чтобы его сопротивление увеличилось?

Как изменяется сила тока с реостатом

Реостат – это управляющий прибор, способный изменять силу тока и напряжение

Компоненты электрической цепи

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.

Устройство и принцип работы

Если рассматривать реостатную конструкцию, то необходимо отметить несколько основных его частей:

это трубка из керамики;
на нее намотана металлическая проволока, концы которой выведены на контакты, расположенные на противоположных концах керамической трубки;
выше трубки установлена металлическая штанга, на одной стороне которой установлен контакт;
на штанге закреплен движущийся контакт, который электрики называют ползун.

Теперь, как все это работает. Обратите внимание на рисунок ниже.

Первая позиция (а) – контакт (движущийся) посередине. Это говорит о том, что ток будет проходить только через половину прибора. Вторая позиция (б) говорит о том, что задействован проводник полностью. То есть, его длина максимальная, значит, и сопротивление максимальное, при этом сила тока уменьшилась. Понятно, что чем больше сопротивление, тем меньше сила тока. Третья позиция (в) – здесь все наоборот: снижается сопротивление, увеличивается сила тока.

Хотелось бы обратить ваше внимание на то, что керамическая трубка, используемая в реостатной конструкции, полая. Это необходимая составляющая, которая позволяет прибору охлаждаться при прохождении через проводник электроэнергии. Добавим: считается, что самые безопасные реостаты – это те, которые закрыты кожухом.

Как включается реостат в цепь

Во-первых, этот прибор в электрическую цепь включается только последовательно. Во-вторых, один из контактов подключается к ползуну, с помощью которого и регулируется величина тока в цепи. Но необходимо отметить, что этот управляющий элемент можно использовать и для регулировки напряжения в электрической цепочке. Здесь может быть использовано несколько схем с одним сопротивлением или двумя. Понятно, что чем меньше элементов в электрической цепочке, тем проще она.

Реостаты – это универсальные приборы. Их сегодня используют не только для управления силой тока и напряжением. К примеру, в телевизорах они установлены для увеличения или уменьшения звука. Да и переключение каналов косвенно связано с ними же.

И еще один момент. В электрических схемах обозначение этих приборов вот такое:

На первом рисунке более подробно расписана схема подключения, где красный прямоугольник – это и есть проводник, накрученный на керамическую основу. Синяя линия – это контакт, через который подводится питающий провод. Зеленная стрелка – это ползун. Она направлена влево, что говорит о том, что перемещая ползунок влево, мы уменьшаем сопротивление проводника. И, наоборот, перемещаем контакт вправо, увеличиваем сопротивление.

Рисунок второй более упрощенный. На нем всего лишь прямоугольник, показывающий наличие сопротивления, и стрелка, которая показывает, что этот показатель можно изменять.

Конечно, вся эта информация касается простейших элементов. Но необходимо отметить, что реостаты могут быть разными, все зависит от того места, куда они должны быть установлены. Есть различия и по токопроводящему материалу, который лежит в основе. К примеру, это может быть уголь, металлы, жидкости и керамика. К тому же процесс охлаждения производится воздушным путем или при помощи жидкостей, и это может быть не только вода.

Источник

Как изменяется сила тока с реостатом

На фотографии изображена электрическая цепь, состоящая из резистора, реостата, ключа, цифровых вольтметра, подключенного к батарее, и амперметра.

Составьте принципиальную электрическую схему этой цепи и, используя законы постоянного тока, объясните, как изменятся (увеличатся или уменьшатся) сила тока в цепи и напряжение на батарее при перемещении движка реостата в крайнее правое положение.

1. Показания амперметра увеличатся, а вольтметра — уменьшатся.

2. Эквивалентная электрическая схема цепи, учитывающая внутреннее сопротивление батареи, изображена на рисунке, где I — сила тока в цепи. Ток через вольтметр практически не течет, а сопротивление амперметра пренебрежимо мало.

3. Сила тока в цепи определяется законом Ома для замкнутой (полной) цепи:

Читайте также: Чем отличается ток 200 от ток 800

Объясните пожалуйста,как вы определяете уменьшается или увеличивается сопротивление реостата при движении его движка вправо?

Простейший реостат представляет собой провод, намотанный на изолирующий стержень, по которому ездит каретка (обозначается стрелкой на схеме). Напряжение на реостате подается между кареткой и одним из его концов (к которому на схеме подведен второй провод). Таким образом, ток течет между кареткой и одним из концов реостата. Но чем ближе каретка к соответствующему концу, тем короче участок намотки на реостате, по которому течет ток, а значит, тем меньше сопротивление реостата (

). На приведенном здесь рисунке серым обозначен участок реостата, дающий вклад в сопротивление схемы при разных положения каретки.

а скажите пожалуйста, как определить направление тока, соответственно, как обозначать батарею. это же взаимосвязано, насколько я понимаю?

В данной задаче направление тока не существенно. Но вообще, ток течет от плюса к минусу, и на схемах положительные клеммы обозначаются более длинными палочками, то есть в данном случае через батарею ток течет наверх, через реостат слева направо и так далее.

Тогда почему в задаче 2924 при аналогичной схеме и при перемещении движка реостата вправо сопротивление увеличивается? По-моему, вся разница в том, какой все таки участок дает вклад в сопротивление схемы, белый или серый? А то по тем задачам(2924,2925) белый участок, а здесь в объяснении серый. Почему так?

Никаких противоречий нет. Вклад в сопротивление схемы, конечно, дает «серая» часть. Через «белую» часть ток попросту не течет, в этом и смысл реостата. Просто в задаче 2934, например, реостат ориентирован в другую сторону: провод подключен к левому концу реостата, а не к правому, как в данной задаче, поэтому ток течет от ползунка налево.

При перемещении движка реостата вправо его сопротивление увеличивается, что приводит к увеличению полного сопротивления цепи. Сила тока при этом не увеличивается, а растет, а напряжение на батареи будет не уменьшатся, а расти.

Сопротивление реостата уменьшается. Обратите внимание, левый провод подключен к ползунку, а правый снизу. Поэтому при движении ползунка влево длина сопротивления уменьшается

Источник

Как изменяется сила тока с реостатом

Первым в мире программистом была женщина — англичанка Ада Лавлэйс. В середине 19 века она составила план операций для прообраза современной ЭВМ — аналитической машины Чарльза Беббиджа, с помощью которых можно было решить уравнение Бернулли, выражающее закон сохранения энергии движущейся жидкости.

—>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 R_л 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).

Источник

Физика дома

Как решать задачи с реостатом

Знакомство с реостатом впервые происходит в школе в 8-м классе на теме «Электрические явления». Выполняется ряд лабораторных работ по электричеству, рассматривается ряд электрических схем.

Но к 10-му классу непонятные вопросы при решении задач все-таки остаются.

Давайте разберёмся с этим физическим прибором и рассмотрим ряд примеров и задач, которые встречались на экзамене и вполне могут встретиться.

В основе решения задач с реостатом надо знать формулу зависимости сопротивления проводников от его геометрических размеров. Именно эта формула лежит в основе принципа работы реостата.

Необходимо научиться определять «активную часть» реостата, то есть эта та часть реостата, по которой течет электрический ток. Чем больше длина активной части, тем большим электрическим сопротивлением обладает реостат. А от сопротивления реостата зависит сила тока в цепи.

Давайте рассмотрим два обозначения реостата на схеме, и посмотрим, отличие этих схем друг от друга. А после разберем несколько примеров.

Следствием всех перемещений ползунка реостата является изменение силы тока, согласно законам Ома для участка цепи и для полной цепи.

Ряд задач с реостатом Вы можете посмотреть на сайте. А ниже рассмотрим еще пару вопросов и задач с реостатом, чтобы закрепить материал.

Задача 1. Как будут изменяться показания электроизмерительных приборов при перемещении ползунка реостата вверх? Объяснить.

При перемещении ползунка реостата вверх, длина рабочей части реостата уменьшится. Так как реостат соединен последовательно с резистором, общее сопротивление цепи — уменьшиться. А следовательно сила тока в цепи, согласно законам Ома — увеличится. Напряжения, измеряемое на резисторе тоже увеличится.

Задача 2.

Реостат параллельно включён с резистором в электрическую цепь так, как показано на рисунке. Как будут изменяться показания амперметра, при перемещении ползунка реостата вправо? Объяснить.

При перемещении ползунка реостата вправо сопротивление реостата будет уменьшаться, а следовательно общее сопротивление электрической цепи, согласно формулам для расчета параллельного соединения — будет тоже уменьшаться. То есть сила тока в цепи будет увеличиваться.

Источник

Реостаты

продолжаем изучение электрических явлений вы уже познакомились с некоторыми электроприборами на лабораторной работе которую мы делали на прошлом уроке сегодня поговорим об устройстве которое называется реостат конструкции реостатов есть множество и поэтому тема урока не реостата реостаты тема реостаты домашнее задание на среду перышкин параграф 47 ну и конспект конспект перышки параграф 47 и задачи задачи все берем из лука h&k с номерами 1326 1327 1329 1331 и 1333 это на среду на послезавтра что же такое реостат давайте запишем реостат тире это устройство для регулирования силы тока в электрической цепи реостат тире это устройство для регулирования силы тока в электрической цепи для регулирования силы тока в электрической цепи устройство для регулирования силы тока в электрической цепи сразу хочу сказать что регулировать силу тока в электрической цепи можно не только с помощью реостатов есть еще множество устройств трансформаторы тиристорные регуляторы и еще можно кое-что назвать но реостат работает очень просто поэтому именно с него мы и начнём изучении того как можно регулировать силу тока давайте вспомним закон ома для участка цепи сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна сопротивлению этого участка и вот у вас есть какое-то какая-то электрическая цепь она работает от какого-то источника тока вот сегодня мы будем пользоваться вот этой батарейкой и вы хотите регулировать силу тока в этой электрической цепи у батарейки на выходе между полюсами батарейки определенное напряжение вы его менять не можете по определению договорились что это условие опыта тогда единственный способ изменить силу тока это что изменять сопротивления значит будем изменять сопротивление сопротивление проводника вы уже знаете зависит от каких его характеристик от чего зависит сопротивления проводника пожалуй старком а под размерами что ты подразумеваешь и длина значит вспомним что если у вас есть проводник то его сопротивление r мы можем найти вот этой формуле сопротивление прямо пропорциональна длине проводника обратно пропорциональна площади поперечного сечения и зависит от того из какого материала сделан полупроводник эта зависимость спрятана вот здесь в величине которая называется удельное сопротивление материала проводника на лабораторной работе вы его измерили у меня здесь целая стопочка ценных научных результатов теперь мы хотим менять сопротивление скажите пожалуйста можно ли менять сопротивление то есть рационально ли менять сопротивление например меняя удельное сопротивление материала нет вы не можете плавно изменять удельное сопротивление потому что у вас проводники с определён из определенного материала удобно ли менять площадь поперечного сечения наверно тоже неудобно в принципе можно конечно изобрести какое-то устройство где площадь поперечного сечения меняется но это очень не удобно а вот проще всего менять длину проводника более того можно взять какой-то проводник и не весь его включать а включать только часть этого проводника в электрическую цепь значит мы с вами будем менять именно длину проводника будем изменять и вот эта идея изменения длины проводника который включен в электрическую цепь и лежит в основе работы практически всех реостатов но мы начнем с не реостата не с реостата а с его дедушки с которым я уважаю вас познакомил прошлых уроках на лабораторной работе на лабораторной работе вы пользовались реохорда на 4 a horde эта дедушка реостата давайте напишем это слово еще раз речь о хорды хорды в переводе на русский струна вот эта струна смотрим на экран подключен крупный план с одной стороны проволока закреплена присоединена к вот этой клемме с другой стороны тоже есть такая же клемма вот она и самое главное вот этот ползунковый контакт вы можете ползунок перемещать и включать в электрическую цепь отрезок провода определенной длины значит у вас будет изменяться электрическое сопротивление между вот этой точкой и вот этой чем длиннее отрезок провода который вы включаете в электрическую цепь а в подключать в цепь нужно вот этот контакт и вот этот тем больше сопротивления значит вот так работает 3 аккорд нарисуем его схему точнее сначала изобразим его на рисунке а потом на принципиальной схеме вот это просто из изолятора сделано основа у нас деревянный рио хорд здесь крема 1 здесь клемма 2 он подключается в электрическую цепь с одной стороны здесь у нас проволока проводник проволока и конечно желательно чтобы это проволока была из материала с высоким удельным сопротивлением вот сколько у вас получилось примерно в лабораторной 05 пример 05 ум на миллиметр квадраты на метры до это разумное значение теперь здесь у нас ползунковый контакт вот так как то нарисуем его условно и здесь 3 клемма тут есть шкала шкала этот элемент реохорда называется ползунок и в электрическую цепь включен вот этот участок проводников вот его длина у нас цель вот эти два проводника идут к электрической цепи к электрической цепи обычно здесь еще один контакт есть для чего он используется я пока не рассказывал но бывают ситуации где нужны все 3 контакта и так вот картинка на который показан рио хорд ну а на схеме richard можно изобразить вот таким образом вот проводник его потолще покажем вот ползунок показывается стрелкой и вот клеммы 1 клемма вторая клемма 3 клемма это рисунок а это изображение на принципиальных схемах какой недостаток имеет рио ход вы видели он имеет большие размеры с одной стороны с другой стороны допустим вам нужно провод большой длинный вы хотите получить большое сопротивление и для этого нужно сделать так чтобы провод имел большую длину и вот дальнейшим развитием идеи изменения длины провода служит ползунков и реостат вот как они выглядят их у нас много разные вот еще один вот школьный ползунковый реостат вот это старинный ползунковый реостат я его еще крупно потом покажу это произведение электротехнического искусство когда его делали это немецкое какое-то изделие очень старая думаю что еще времен до второй мировой войны давайте посмотрим вблизи на ползунковый реостат как он устроен чем отличается ползунковый реостат код реохорда тем что у реохорда провод прямой а у реостата он на вид на керамический или пластмассовый стержень керамика пластика это dielectric значит это изолятор на которой намотана проволока провод покрыт тонким слоем окисла поэтому друг с дружкой эти проводники не имеют электрического контакта конец проводника с одной стороны прикреплен к вот этой клемме но тут она снята сейчас с другой стороны есть аналогичная клемма вот тут она еще не снята и наконец между этими двумя концами провода движется ползунок ползунок соприкасается с витками провода намотанного на каркас с одной стороны а с другой стороны здесь обеспечен электрический контакт между ползунком и вот этим стержнем этот стержень подключается к вот этой клемме значит изменяя положение ползунка мы можем точно так же как в рио хорде изменять длину провода включенного в электрическую цепь но только если в нашем рио хорде это длина не могла превышать полметра то тут можно намотать десятки метров этого провода и таким образом получить рио статы с большим значением сопротивления вот например этот реостат имеет максимальное сопротивление вот оно написано 21-ом это прибор очень старый тогда еще о мы изображали вот такой вот буквой омега электро дело завод еще обратите внимание здесь написано 3 ампера это значит что через этот реостат нельзя пропускать ток больше чем 3 ампера почему он нагревается очень сильна и может возникнуть пожары либо какие нибудь еще неприятности давайте теперь возьмем другой реостат очень похоже просто он в корпусе но только посмотрите чем он отличается сравните толщину провода которым нам о том 1 реостат и 2 реостат 2 реостат явно намотан более тонким проводом это хорошо видно да на экране как вы думаете сопротивление какого из этих двух реостатов больше 2 который намотан более тонким проводом и действительно если мы прочитаем что написано на рио стати то мы обнаружим что этот реостат имеет сопротивление 180 том вот указана его сопротивление плюс минус 20 процентов и сила тока которую можно пропускать 07 ампера больше нельзя и наконец тот реостата которым я говорил что это произведение электротехнического искусство вот он чем он интересен он интересен тем что ползунок можно повара плавно перемещать вращая винт ведь и винт вращается и перемещается ползунок таким образом можно плавно регулировать сопротивление реостата а соответственно и силу тока в электрической цепи вот давайте мы сейчас с вами соберем электрическую цепь в которую входит реостат для этого у нас есть возьмем к примеру вот этот я стану он хорошо виден у нас есть источник тока батарейка она соединена с лампочкой другой конец лампочкой соединён с проводником и другой конец батарейки тоже соединён с проводником мы можем с вами соединить эти два проводника замкнув электрическую цепь и лампочка ярко горит всем хорошо видно а теперь давайте включим в электрическую цепь реостат с одной стороны мы подключим ползунок вот этот а с другой стороны мы подключим клемму вот здесь значит сейчас у нас в электрическую цепь включен вот этот участок реостата обратите внимание лампочка уже горит более тускло и вот давайте сейчас все это в кадр занесен и [музыка] посмотрим крупно как работает реостат когда я буду перемещать ползунок вот сюда вправо как вы думаете как будет меняться яркость лампочки будет ярче гореть потому что будет укорачиваться кусок провода включенный между ползунком и концом реостата вот она ярче горит когда мы перемещаем влево горит тусклее сейчас почти не горит таким образом можно регулируя положение движка или ползунка изменять силу тока в цепи давайте нарисуем устройство ползункового реостата и покажем как он на электрических схемах обозначается и так ползунковый реостат ползунковый реостат в основе этого реостата стержень из диэлектрика стержень из диэлектрика обычно это керамика фарфор здесь фарфор здесь фарфор и на том рио стать это же фарфор потому что фарфор выдерживает высокие температуры больше 1000 градусов на этот стержень намотан провод виток к витку а вот с высоким удельным сопротивлением [музыка] вот так один конец провода подсоединен к одной клемме я уже буду рисовать клемму условно второй провод подсоединен к 2 клемме второй конец провода и наконец самое главное вот здесь у нас стержень металлический здесь клемма на стержень надет ползунок который контактирует с проводом реостата намотанным на керамический стержень ползунок вот так вот без лишних деталей устройства ползункового реостата как мы его включили с вами в электрическую цепь можно вспомнить от одного контакта от ползунка мы присоединили провод к лампочке затем у нас стоял источник тока батарейка из трех гальванических элементов и затем второй вывод реостата вот так когда мы перемещали влево ползунок длина провода она вот эль становилось меньше понятно что это не длина провода в том смысле что тут там 10 сантиметров это символизирует длину провода он намотан вот так когда мы перемещаем ползунок влево что происходит с силой тока в цепи она увеличивается так как уменьшается сопротивление значит лампа горит ярче если перемещаем ползунок вправо лампа горит тусклее тусклее такие устройства в принципе можно использовать например для того чтобы плавно гасить свет в кинозале хотя на самом деле там другие устройства используются но нас но идея вообще-то имеет право на существование подобные устройства используются и в радиотехнической в радиоэлектронной аппаратуре в приемниках для регулировки громкости для каких-то других регулировок но вы наверное не видели там таких вот устройств представляете себе этакий регулятор громкости такого размера хотя в последнее время очень модно стало делать лет уже 10 как модно делать такие вот две школы регуляторы громкости регуляторы тембра и эквалайзеры там тоже используются устройство типа реостаты только меньшего размера но обычно регулировка осуществляется поворотом ручки и вот сейчас я вам покажу несколько реостатов которые используются в электрических цепях скажем так более малогабаритных вот они смотрите идея состоит в том чтобы намотку сделать не на прямом стержень а свернуть эту намотку в такую форму придать и вот такую форму и здесь вы видите снова три провода это мы его иногда называют 3 вы водный реостаты иногда его называют потенциометр поворачивая вот этот движок ручка соединена с ним вы можете регулировать длину участка правда который включен в электрическую цепь при чем с одной стороны при этом длина увеличивается с другой уменьшается вот сейчас этот контакт соединяет между собой движок с краем провода сейчас здесь сопротивление здесь примерно одинаковые потому что движок посередине сейчас тут сопротивления очень маленькая практически ноль а тут она максимально на корпусе указывается максимальное сопротивление в данном случае это 47 ком вот похожее устройство немножко более старенькая здесь максимальное сопротивление 6,8 килоома почему так получается во-первых длина провода больше во вторых давайте посмотрим площадь поперечного сечения этого провода меньше по этим причинам а может он еще сделан из более высоко умного сплава сопротивление этого реостата 6,8 килоома а есть вообще красотульки вот такие это регулировочные сопротивления регулировочные подстроечные их называют они уже не проволочные здесь смотрите сопротивление этого подстроечного резистора сейчас попробуем его прочитать вон видно там сейчас попробуем сделать также а вот один килоом да видно в это это уже не буду не связано с тем какое-то сопротивление один килоом да видно значит 1000 м но ведь смотрите здесь длина совсем небольшая здесь нет никакой проволоки в чем дело а дело в том что это не проволочные реостат не проволочное сопротивление не проволочный переменный резистор здесь углеродистый слой что-то типа графита а у него удельное сопротивление гораздо больше чем у металла и регулировать вы можете сопротивление поворачивая движок с помощью отвертки такая система используется для настройки аппаратуры один раз и и отрегулировали оставили и дальше только специалист может регулировать это сопротивление это не просто как регулятор громкости которого можно пользоваться по желанию ну давайте опять немножко поиграемся с этими реостат ами вот например возьмем реостат на 47 ком и подключим его к электрической цепи опять таки даю общий план все лишнее из кадра подключаем с одной стороны подключаем с другой стороны так и поворачиваем ручку вот лампочку тоже в кадр смотрите сейчас когда я поворачиваю реостат вправо лампочка горит ярче влево лампочка горит более тускло значит сейчас сопротивление минимально в правом положении сейчас сопротивление максимально а если мы центральный контакт оставим а переместим боковой контакт перейдем на другой боковой контакт что у нас получится проследим за поведением системы вращаю влево ярче вправо более тускло то есть мы можем таким образом регулировать силу тока в любом из нужных нам направлений перемещая вот этот ползунок но теперь как же обозначается реостат на схеме обозначается он следующим образом очень похожи на резистор вот сам резистор вот один вывод здесь можно клемму нарисовать можно не рисовать я нарисую а вот ползунок можно клемму нарисовать можно просто включить его в электрическую цепь ну и наконец вывели что во всех случаях которые я вам показывал на самом деле у реостата есть и третий вывод мы его тоже можем показать если он не используется в нашем случае это как правило именно так то можно его не рисовать то есть если вы хотите включить реостат в электрическую цепь типа вот этой то этот вывод вот он он не используется летит как мы изобразим теперь электрическую цепь которые здесь представлены рисунка давайте нарисуем вот здесь можно рекорд можно изображать без клемм ну просто тот который он показывал был с клеммами поэтому я нарисовал клеммы точно так же и здесь можно без крем изображать роста и так собираем электрическую схему принципиально вот этого устройства внизу у нас лампочка батарейка и реостат смотрите у нас левый край лампы соединен с движком пожалуйста вот дальше вот этот вывод у нас соединен с отрицательным полюсом батарей может не очень красиво на схеме но зато честно так как там точно вот так теперь когда мы перемещаем движок реостата влево то у нас сопротивление уменьшается и на рисунке и на схеме влево будет ярче вправо будет тусклее есть еще два вида реостатов с которыми я вас познакомлю в этих реостат ах регулировка силы тока осуществляется ступенчато один из этих реостатов на самом деле вам уже знакомо это штепсельный реостат вот штепсельный реостат давайте вспомним как он работает даем крупный план в нем то только два вывода среднего вывода нет и ток сейчас проходит непосредственно по вот этой как ее называет шине медные у нее очень низкое сопротивление но если вы вынете один из штепсель эй например вот этот у вас ток пойдет вот так по этому проводнику здесь указано сопротивление 2 ома можете включить еще вот этот участок цепи теперь сопротивление будет 2 ома здесь 2 ома здесь максимальное сопротивление которое можно получить когда все штепсели вытащены это будет в как вы видите 10 м минимальное сопротивление это когда вытащим только штепсель против единички тогда сопротивление будет 1 ну а таким вот способом вы получаете практически неконтролируемое сопротивление в небольшие доли ома и наконец еще один реостат он большой поэтому нам не понадобится крупный план это секционный реостат фактически это переключатель на большое количество положений вот этот переключатель реостат состоит из 10 секций а каждая секция вот это проволока проволока из материала с высоким удельным сопротивлением и к вот этой клемме к движку к ползунку можно подключать только одну секцию тогда сопротивление будет 1-ом если переместить движок сюда то уже поток пойдет так вот этой клеммы по этому проводнику раз поэтому про не q2 сюда через контакт на эту клемму сопротивление будет 2 ома сейчас сопротивление 6 ом сейчас сопротивление 10 ом этот секционный реостат позволяет регулировать сопротивление скачкообразно от одного до десяти он наверное стоит нарисовать схему этого секционного реостата давайте это сделаем секционный просто мы не будем рисовать все 10 секций нарисуем упрощенную схему и так что мы видим в основе секционного реостата вот этот переключатель на большое количество положений мы знаем как изображаются переключателей вот один вывод переключатель кстати он подключен вот тут у нас клево к правой относительно вас клеммы вот сюда вот одна клемма дальше здесь большое количество контактов 1 2 4 5 6 7 8 9 10 ну их на самом деле 11 наверное потому что есть еще и 0 так вот я 0 покажу переключатель стоит в одном из положений например вот в таком а между этими контактами включены проволочные секции я покажу немного из них вот проволочная секций резистор проволочный вот так здесь еще один резистор проволочный вот так здесь 3 резистор проволочный вот так и так далее и последний покажу вот так тут стоит ноль один два три четыре и так далее 9 10 куда подключен а вторая клемма к нулевому выводу вот 0 вывод соединен со второй клеммой секционного реостата какое сейчас сопротивление выставлены на секционном рио стати 3 ома каково сопротивление каждой секции наверно по одному ому 1-ом один ум один ум когда включены три секции то отрезок провода высоко умного который включен в электрическую цепь в 3 раза длиннее тройной длины значит и сопротивления в три раза больше чем если включено 1 секция вот то что я хотел вам рассказать о реостат ах у нас немножечко осталось времени чтобы порешать задачи хочу вам предложить задачу довольно хитрую сейчас мы выведем ее на экран задача из гельфгат а номер 18 пока вы читайте условия задачи я сотру с доски номер 181 римская 8 страница страница 38 не любят и так условия задачи нужно изготовить провод длиной 100 метров и сопротивлением 1 ом а длина 100 метров сопротивление 1 ом эти как я пузо тинь к пишу букву u и тоненько пишу цифру 0 чтобы не перепутать дальше в каком случае провод получится легче если его сделать из алюминия или из меди как вы думаете какие нам данные потребуются для никита пожалуйста нам понадобятся удельное сопротивление алюминия и меди смотрим обращаемся к учебнику удельное сопротивление алюминия 00 28 пишем но теперь оставьте тут немножко свободного места алюминия 00 28ohm на миллиметр квадратный nomer удельное сопротивление меди смотрим 00 17 ро меди тут тоже оставьте пожалуйста свободное место 00 17 ум на миллиметр квадратный на метр есть возвращаемся к условию задачи каком случае провод получится легче от чего зависит масса провода кроме его размеров от плотности так какой буквы мы обозначаем плотность ро о какой буквы мы обозначаем удельное сопротивление вот наступило коллизия как говорят или проще столкновения для того чтобы выйти из этого положения поступим следующим образом введём такие обозначения от удельного сопротивления зависит что сопротивление поэтому мы напишем роз индекс м-р алюминия и рос индексом р меди индекс r будет нам говорить о том что речь идет об удельном сопротивлении а от плотности зависит масса поэтому плотность мы будем обозначать та же буква р о но с индексом м про м алюминия я помню наизусть 2700 килограммов на метр кубический и ро м меди равняется 8 тысяч 900 килограммов на метр кубический вот так можно выйти из этого положения и не запутаться не нужно ставить там ru1 ро2 индексы должны быть говорящими какой из проводов получится легче надо найти отношение масс давайте найдем массу медного провода делить на массу алюминиевого провода вот так ну чтож нас спрашивают о массе отлично тогда мы можем сказать масса равняется произведению плотности на объем но провод то у нас вот такой цилиндрически у него длина цель одна и та же и у медного и алюминиевого значит мы можем написать а площадь поперечного сечения у нас с так значит напишем как обе он равен или над с тогда масса равняется плотность в случае меди это будет о.м. купрум на объем или с kuprum тоже самое можно записать и для алюминия масса алюминия равняется р м а lumia на ту же самую длину или на площадь поперечного сечения алюминия видимо они разные потому что удельное сопротивление разные так теперь разделим одно на другое масса купрум делить на масса алюминия то что спрашивается равняется смотрите что сейчас будет длина сократится то есть неважно на самом деле какой длинный провод получится ро м купрум умножить на s kuprum площадь поперечное сечение медного провода делить на рок м алюминий на с алюминий площадь поперечного сечения алюминиевого провода есть осталось найти вот это отношение какие мы можем использовать при этом формулы коля на площадь поперечного сечения хорошо значит давайте отсюда сейчас выразим площадь с отсюда равняется чему ро или делить на хер хорошо эта формула может быть использована и для меди и для алюминия запишем ее для меди с купрум равняется r куплю удельное сопротивление на или длина без индекса она одинаково делить на r сопротивление тоже в из индексов она у нас одно и то же аналогично из алюминия равняется / pro-r алюминия на эль делить на r так смотрите что получается отношение площадей поперечного сечения равно отношению удельных сопротивлений потому что длина 1 этаже и сопротивление одно и то же учитывая это мы можем записать сразу рабочую формулу а именно масса меди делить на массу алюминия равняется р о м а меди умножить на r r меди делить нора-м алюминия и народ р алюминия вот наша рабочая формула давайте доведем ответ да числа это интересно масса меди делить на массу алюминия равняется дробь плотность 8900 делить на плотность алюминия 2700 умножить на удельное сопротивление меди 00 17 и разделить на ноль ноль 28 единиц и я не пишу потому что они все сократятся приблизительно равняется 2 значит во первых посмотрите какая интересная ситуация в рабочую формулу не вошло не сопротивления не длина провода какой бы вы кусок провода не взяли и какого бы сопротивления вы не хотели добиться отношения масс проводников из алюминия из меди будут всегда одно и то же это лишние данные они для успокоения в условий они не нужны это раз во вторых представьте себе что вы делаете линию электропередач из чего вы будете ее делать из меди и зале или из алюминия из меди то да она вас тяжеленная будет вам придется мачты которые держат провода делать очень толстыми на это пойдет много металла или их надо тесно ставить из алюминия ребята линий электропередач получаются легче если их делать из алюминия поэтому реальный лэп делают из алюминия все урок окончен все и

принцип работы агрегата, основные разновидности, применение в цепи

Прибор, способный справляться с изменением сопротивления, принято называть реостатом. Структурно он представлен набором резисторов, которые подключены между собой ступенчато, и может обеспечивать непрерывное изменение сопротивления. В отдельную категорию выделяются устройства, осуществляющие плавное регулирование без разрыва сети. Чтобы определиться, для чего нужен реостат, нужно детальнее рассмотреть его особенности и принцип работы.

Основное назначение прибора

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

Пускорегулирующие — чаще всего используются для обустройства двигателей постоянного тока. Такие модели уместны для асинхронных электродвигателей при переменном напряжении, оснащенных фазным ротором.

Пусковые — их основное назначение заключается в понижении пускового тока, проявляющегося во время запуска электродвигателя.
Балластные — они обеспечивают быстрое поглощение лишней энергии, которая возникает при резком торможении двигателя.
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.

Принцип действия

Описываемые приспособления похожи по своему функциональному назначению. Конструктивно и визуально самым простым считается реостат ползункового типа. Он подсоединяется к цепи с помощью верхней и нижней клеммы. Прибор сконструирован таким способом, что ток поступает по всей длине провода, а не в поперечном направлении витков. Это осуществляется благодаря надежной изоляции проводников.

Важно! Большинство положений бегунка используют только часть реостата. При изменении длины проводника осуществляется регулировка силы электротока в рабочей цепи. С целью предупреждения преждевременного износа витков ползунок оснащается скользящим контактом (колесико или стержень из графита).

Часто реостат применяют для регулирования в цепи вместо потенциометра. В таком случае выполняется его подключение с помощью трех клемм. В нижней части две из них являются входом, соединяются с источником напряжения. Одна нижняя клемма и верхняя свободная используются в качестве выхода. Когда происходит передвижение ползунка, напряжение без труда регулируется.

Реостат имеет свойство функционировать в балластном режиме, в чем может возникнуть необходимость при создании активной нагрузки во время потребления энергии. В такой ситуации рекомендуется учитывать рассеивающие способности используемого агрегата. Если есть избыточное тепло, прибор выходит из строя. При подключении в электросеть нужно правильно рассчитать рассеиваемую мощность реостата, если требуется, создать достаточное и правильное охлаждение.

Разновидности агрегатов

Большой популярностью пользуются реостаты, имеющие внешнее оформление в виде тора. Основная сфера их применения — электротранспорт (трамваи), промышленная отрасль. Регулирование осуществляется путем перемещения ползунка по кругу. Передвижение такой детали выполняется по обмоткам, которые расположены тороидально.

Устройство, выполненное по принципу тора, видоизменяет сопротивление практически без разрыва цепи. Его противоположностью является агрегат рычажного типа. Принцип работы такого реостата основан на том, что резисторы закреплены на специальной раме, они выбираются посредством специального рычага. При любой коммутации происходит разрыв контура.

Схемы, в которых задействуется рычажный прибор, лишены плавной регулировки сопротивления. Какие-либо переключения влекут за собой поступательное изменение показателей в сети. Что касается дискретности шагов, она зависит от диапазона регулировки и численности резисторов, присутствующих на раме.

Еще одной разновидностью выступают штепсельные реостаты, с помощью которых осуществляется ступенчатая регулировка сопротивления. Основное отличие — изменение параметров внутри сети без предварительного разрыва цепи. Когда штепсель поступает на перемычку, основная доля тока идет без сопротивления. Перенаправление тока на резистор осуществляется путем вытаскивания штепселя.

Жидкостные и ламповые приспособления относятся к специфическим видам реостатов. Ввиду наличия определенных недостатков они имеют узкую, специализированную сферу применения:

Приборы жидкостного типа задействуются во взрывоопасной сфере в качестве управляющих деталей двигателя.
Ламповые изделия характеризуются малой точностью и надежностью. Часто используются в учебных заведениях на уроках физики, в лабораториях, исследовательских центрах.

Конструкция и ее особенности

Определив, для чего предназначены реостаты, следует подробнее рассмотреть их составляющую сторону. В зависимости от материала, используемого на производстве, выделяются следующие установки:

керамические — особенность заключается в применении при небольших мощностях;
металлические — нашли широкое потребление в разных направлениях деятельности человека;
угольные — их основное использование в промышленности.

Важно! Тепло отводится масляным, водяным или воздушным путем. Если нет возможности рассеивания тепла с рабочей поверхности, задействуется жидкостное охлаждение. Теплоотдача может повышаться за счет применения вентилятора и радиатора.

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

Использование резисторов и реостатов в электрических цепях. Что такое реостат? Виды и их назначение

На уроке рассматривается прибор под названием реостат, сопротивление которого можно изменять. Подробно рассматривается устройство реостата и принцип его работы. Показывается обозначение реостата на схемах, возможные варианты включения реостата в электрическую цепь. Приводятся примеры применения реостата в повседневной жизни.

Тема: Электромагнитные явления

Урок: Реостаты

На предыдущих уроках мы говорили, что существуют не только потребители и источники электрического тока, но еще и так называемые элементы управления. Одним из важных элементов управления является реостат или любой другой прибор, основанный на его действии. В реостате используется проводник из заранее известного материала с определенной длиной и сечением, а значит, мы можем узнать его сопротивление. Принцип работы реостата основан на том, что мы можем изменять это сопротивление, следовательно, можем регулировать силу тока и напряжение в электрических цепях.

Рис. 1. Устройство реостата

На рисунке 1 представлен реостат без оболочки. Это сделано для того, чтобы можно было посмотреть все его части. На керамическую трубу (1) намотан провод (2). Его концы выведены к двум контактам (3а). Также имеется штанга, в конце которой расположен контакт (3б). По этой штанге движется скользящий контакт (4), так называемый «ползун».

Если расположить скользящий контакт посередине (рис. 2а), то будет задействована только половина проводника. Если передвинуть этот скользящий контакт дальше (рис. 2б), то будет задействовано больше витков провода, следовательно, его длина возрастет, сопротивление увеличится, а сила тока уменьшится. Если же передвинуть «ползун» в другую сторону (рис. 2в), то, наоборот, сопротивление уменьшится, и сила тока в цепи возрастет.

Рис. 2. Реостат

Внутри реостат полый. Это необходимо, поскольку при протекании тока реостат нагревается, а эта полость обеспечивает быстрое охлаждение.

Когда мы изображаем схему (рисунок электрической цепи), то каждый элемент обозначается определенным символом. Реостат обозначается следующим образом (рис. 3):

Рис. 3. Изображение реостата

Красный прямоугольник соответствует сопротивлению, синий контакт — подводящий к реостату провод, зеленый — скользящий контакт. При таком обозначении легко понять, что при движении ползунка влево сопротивление реостата уменьшится, а при движении вправо — увеличится. Также может использоваться следующее изображение реостата (рис. 4):

Рис. 4. Еще одно изображение реостата

Прямоугольник обозначает сопротивление, а стрелка — то, что его можно изменять.

В электрическую цепь реостат включается последовательно. Ниже приведена одна из схем включения (рис. 5):

Рис. 5. Включение реостата в цепь с лампой накаливания

Зажимы 1 и 2 подключаются к источнику тока (это может быть гальванический элемент или подключение к розетке). Стоит обратить внимание, что второй контакт должен быть подключен к движущейся части реостата, которая позволяет менять сопротивление. Если увеличивать сопротивление реостата, то накал лампочки (3) будет уменьшаться, а значит, ток в цепи тоже уменьшается. И, наоборот, при уменьшении сопротивления реостата лампочка будет гореть ярче. Этот метод часто используется в выключателях для регулировки интенсивности освещения.

Реостат также можно использовать для регулировки напряжения. Ниже представлены две схемы (рис. 6):

Рис. 6. Включение резистора в цепь с вольтметром

В случае использования двух сопротивлений (рис. 6а) мы снимаем определенное напряжение со второго резистора (устройство, которое основано на сопротивлении проводника), и таким образом, как бы регулируем напряжение. При этом надо точно знать все параметры проводника для правильной регулировки напряжения. В случае с реостатом (рис. 6б) ситуация заметно упрощается, поскольку мы можем непрерывно регулировать его сопротивление, а значит, и изменять снимаемое напряжение.

Реостат — достаточно универсальный прибор. Кроме регулировки силы тока и напряжения, он также может использоваться в различных бытовых приборах. Например, в телевизорах регулировка громкости происходит с помощью реостатов, переключение каналов в телевизоре также неким образом связано с использованием реостатов. Также стоит обратить внимание, что для безопасности лучше использовать реостаты, снабженные защитным кожухом (рис. 7).

Рис. 7. Реостат в защитном кожухе

На этом уроке мы рассмотрели строение и применение такого элемента управления, как реостат. На следующих уроках будут решаться задачи, связанные с проводниками, реостатами и законом Ома.

Список литературы

Генденштейн Л.Э, Кайдалов А.Б., Кожевников В.Б. Физика 8 / Под ред. Орлова В.А., Ройзена И.И. — М.: Мнемозина.
Перышкин А.В. Физика 8. — М.: Дрофа, 2010.
Фадеева А.А., Засов А.В., Киселев Д.Ф. Физика 8. — М.: Просвещение.

Центр образования «Технологии обучения» ().
Школьный демонстрационный физический эксперимент ().
Электротехника ().

Домашнее задание

Стр. 108-110: вопросы № 1-5. Перышкин А.В. Физика 8. — М.: Дрофа, 2010.
Как можно регулировать накал лампы с помощью реостата?
Всегда ли при движении ползунка реостата вправо сопротивление будет уменьшаться?
Чем обусловлено применение именно керамической трубы в реостате?

Реостатом называется аппарат, состоящий из набора резисторов и устройства, с помощью которого можно регулировать сопротивление включенных резисторов и благодаря этому регулировать переменный и постоянный ток и напряжение.

Различают реостаты с воздушным и жидкостным (масляным или водяным) охлаждением . Воздушное охлаждение может применяться для всех конструкций реостатов. Масляное и водяное охлаждение используется для металлических реостатов, резисторы могут либо погружаться в жидкость, либо обтекаться ею. При этом следует иметь в виду, что охлаждающая жидкость должна и может охлаждаться как воздухом, так и жидкостью.

Металлические реостаты с воздушным охлаждением получили наибольшее распространение. Их легче всего приспособить к различным условиям работы как в отношении электрических и тепловых характеристик, так и в отношении различных конструктивных параметров. Реостаты могут выполняться с непрерывным или со ступенчатым изменением сопротивления.

Переключатель ступеней в реостатах выполняется плоским. В плоском переключателе подвижный контакт скользит по неподвижным контактам, перемещаясь при этом в одной плоскости. Неподвижные контакты выполняются в виде болтов с плоскими цилиндрическими или полусферическими головками, пластин или шин, располагаемых по дуге окружности в один или два ряда. Подвижный скользящий контакт, называемый обычно щеткой, может выполняться мостикового или рычажного типа, самоустанавливающимся или несамоустанавливающимся.

Несамоустанавливающийся подвижный контакт проще по конструкции, но ненадежен в эксплуатации ввиду частого нарушения контакта. При самоустанавливающемся подвижном контакте всегда обеспечиваются требуемое контактное нажатие и высокая надежность в эксплуатации. Эти контакты получили преимущественное распространение.

Достоинствами плоского переключателя ступеней реостата являются относительная простота конструкции, сравнительно небольшие габариты при большом числе ступеней, малая стоимость, возможность установки на плите переключателя контакторов и реле для отключения и защиты управляемых цепей. Недостатки — сравнительно малая мощность переключения и небольшая разрывная мощность, большой износ щетки вследствие трения скольжения и оплавления, затруднительность применения для сложных схем соединения.

Металлические реостаты с масляным охлаждением обеспечивают увеличение теплоемкости и постоянной времени нагрева за счет большой теплоемкости и хорошей теплопроводности масла. Это позволяет при кратковременных режимах резко увеличивать нагрузку на резисторы, а следовательно, сократить расход резистивного материала и габариты реостата. Погружаемые в масло элементы должны иметь как можно большую поверхность, чтобы обеспечить хорошую теплоотдачу. Закрытые резисторы погружать в масло нецелесообразно. Погружение в масло защищает резисторы и контакты от вредного воздействия окружающей среды в химических и других производствах. Погружать в масло можно только резисторы или резисторы и контакты.

Отключающая способность контактов в масле повышается, что является достоинством этих реостатов. Переходное сопротивление контактов в масле возрастает, но одновременно улучшаются условия охлаждения. Кроме того, за счет смазки можно допустить большие контактные нажатия. Наличие смазки обеспечивает малый механический износ.

Для длительных и повторно-кратковременных режимов работы реостаты с масляным охлаждением непригодны ввиду малой теплоотдачи с поверхности бака и большой постоянной времени охлаждения. Они применяются в качестве пусковых реостатов для асинхронных электродвигателей с фазным ротором мощностью до 1000 кВт при редких пусках.

Наличие масла создает и ряд недостатков: загрязнение помещения, повышение пожарной опасности.

Рис. 1. Реостат с непрерывным изменением сопротивления

Пример реостата с практически непрерывным изменением сопротивления приведен на рис. 1. На каркасе 3 из нагревостойкого изоляционного материала (стеатит, фарфор) намотана проволока резистора 2. Для изоляции витков друг от друга проволоку оксидируют. По резистору и направляющему токоведущему стержню или кольцу 6 скользит пружинящий контакт 5, соединенный с подвижным контактом 4 и перемещаемый при помощи изолированного стержня 8, на конец которого надевается изолированная рукоятка (на рисунке рукоятка снята). Корпус 1 служит для сборки всех деталей и крепления реостата, а пластины 7 — для внешнего присоединения.

Реостаты могут включаться в схему как переменный резистор (рис. 1, а) или как (рис. 1,6). Реостаты обеспечивают плавное регулирование сопротивления , а следовательно, и тока или напряжения в цепи и находят широкое применение в лабораторных условиях в схемах автоматического управления.

Схемы включения пусковых и регулировочных реостатов

На рисунке 2 показана схема включения с помощью реостата двигателя постоянного тока небольшой мощности.

Рис. 2 . Схема включения реостата: Л — зажим, соединенный с сетью, Я — зажим, соединенный с якорем; М — зажим, соединенный о цепью возбуждения, О — холостой контакт, 1 — дуга, 2 — рычаг, 3 — рабочий контакт.

Перед включением двигателя необходимо убедиться в том, что рычаг 2 реостата находится на холостом контакте 0. Затем включают рубильник и рычаг реостата переводят на первый промежуточный контакт. При этом двигатель возбуждается, а в цепи якоря появляется пусковой ток, величина которого ограничена всеми четырьмя секциями сопротивления Rп. По мере увеличения частоты вращения якоря пусковой ток уменьшается и рычаг реостата переводят на второй, третий контакт и т. д., пока он не окажется на рабочем контакте.

Пусковые реостаты рассчитаны на кратковременный режим работы, а поэтому рычаг реостата нельзя длительно задерживать на промежуточных контактах : в этом случае сопротивления реостата перегреваются и могут перегореть.

Прежде чем отключить двигатель от сети, необходимо рукоятку реостата перевести в крайнее левое положение. При этом двигатель отключается от сети, но цепь обмотки возбуждения остается замкнутой на сопротивление реостата. В противном случае могут появиться большие перенапряжения в обмотке возбуждения в момент размыкания цепи.

При пуске в ход двигателей постоянного тока регулировочный реостат в цепи обмотки возбуждения следует полностью вывести для увеличения потока возбуждения.

Для пуска двигателей с последовательным возбуждением применяют двухзажимные пусковые реостаты, отличающиеся от трехзажимных отсутствием медной дуги и наличием толь ко двух зажимов — Л и Я.

Реостаты со ступенчатым изменением сопротивления (рис. 3 и 4 ) состоят из набора резисторов 1 и ступенчатого переключающего устройства.

Переключающее устройство состоит из неподвижных контактов и подвижного скользящего контакта и привода. В пускорегулирующем реостате (рис. 3 ) к неподвижным контактам присоединены полюс Л1 и полюс якоря Я, отводы от элементов сопротивлений, пусковых и регулировочных, согласно разбивке по ступеням и другие управляемые реостатом цепи. Подвижный скользящий контакт производит замыкание и размыкание ступеней сопротивления, а также всех других управляемых реостатом цепей. Привод реостата может быть ручной (при помощи рукоятки) и двигательный.

Рис. 3 R пк — резистор, шунтирующий катушку контактора в отключенном положении реостата, R огр — резистор, ограничивающий ток в катушке, Ш1, Ш2 — параллельная обмотка возбуждения электродвигателя постоянного тока, С1, С2 — последовательная обмотка возбуждения электродвигателя постоянного тока.

Рис. 4 R пр — сопротивление предвключенное, ОВ — обмотка возбуждения электродвигателя постоянного тока.

Реостаты по типу приведенных на рис. 2 и 3 нашли широкое распространение. Их конструкции обладают, однако, некоторыми недостатками, в частности большим числом крепежных деталей и монтажных проводов, особенно в реостатах возбуждения, которые имеют большое число ступеней.

Схема включения маслонаполненного реостата серии РМ , предназначенный для пуска асинхронных двигателей с фазным ротором, приведен на рис. 5. Напряжение в цепи ротора до 1200 В, ток 750 А. Коммутационная износостойкость 10 000 операций, механическая — 45 000. Реостат допускает 2 — 3 пуска подряд.

Рис. 5

Реостат состоит из встроенных в бак и погруженных в масло пакетов резисторов и переключающего устройства. Пакеты резисторов набираются из штампованных из электротехнической стали элементов и крепятся к крышке бака. Переключающее устройство — барабанного типа, представляет собой ось с закрепленными на ней сегментами цилиндрической поверхности, соединенными по определенной электрической схеме. На неподвижной рейке укреплены соединенные с резисторными элементами неподвижные контакты. При повороте оси барабана (маховиком или двигательным приводом) сегменты как подвижные скользящие контакты перемыкают те или иные неподвижные контакты и тем самым меняют значение сопротивления в цепи ротора.

Прибор был разработан учёным Иоганном Христианом Поггендорфом. Так что же такое реостат и для чего он необходим?

Что такое реостат

Реостат имеет достаточно простую конструкцию

Реостатом называют электрический аппарат, состоящий из резисторов и устройства, с помощью которого осуществляется регулирование сопротивления всех включённых резисторов. Данный прибор является универсальным: он способен не только управлять силой тока и напряжением, но и устанавливать громкость звука в телевизорах.

Устройство реостата

Керамический цилиндр обматывается металлическим проводником, называемым обмоткой. Его концы выводятся к клеммам. Это небольшие по размеру зажимы, к которым крепится верхний стержень, выполненный из металла. Вдоль этого стержня и обмотки перемещается скользящий контакт, который специалисты зовут ползунком. Благодаря данным элементам и осуществляется работа реостата.

Стоит отметить, что керамический цилиндр полый. Эта особенность позволяет аппарату охлаждаться, предотвращает перегревы, делая прибор более безопасным.

Для чего он нужен

Реостат является лучшим способом контроля и регулирования силы тока. Аппарат меняет сопротивление, способен изменять напряжение в электрической цепи, что позволяет регулировать функционирование электродвигателя в швейной машине, громкость радиоприёмника, телевизора.

Реостат позволяет регулировать и менять силу тока и напряжение

Реостат активно применяется при создании электрических приборов. Благодаря такому элементу силу тока и напряжения можно контролировать, преотвращая перегревы.

Реостатом называется аппарат, состоящий из набора резисторов и устройства, с помощью которого можно регулировать сопротивление включенных резисторов.

В зависимости от назначения различают следующие основные виды реостатов:

пусковые — для пуска электродвигателей постоянного или переменного тока;

пускорегулирующие — для пуска и регулирования частоты вращения электродвигателей постоянного тока;

реостаты возбуждения — для регулирования тока в обмотках возбуждения электрических машин постоянного и переменного тока;

нагрузочные или балластные — для поглощения электроэнергии регулирования нагрузки генераторов при испытании самих генераторов или их первичных двигателей.

Одним из основных элементов, определяющих общее конструктивное выполнение реостата, является материал, из которого изготовлены его резисторы. В зависимости от этого различают реостаты металлические, жидкостные, угольные и керамические. В резисторах электрическая энергия превращается в теплоту, которая должна от них отводиться. Различают реостаты с воздушным и жидкостным (масляным или водяным) охлаждением. Воздушное охлаждение может применяться для всех конструкций реостатов. Масляное и водяное охлаждение используется для металлических реостатов, резисторы могут либо погружаться в жидкость, либо обтекаться ею. При этом следует иметь в виду, что охлаждающая жидкость должна и может охлаждаться как воздухом, так и жидкостью.

Металлические реостаты. Металлические реостаты с воздушным охлаждением получили наибольшее распространение. Их легче всего приспособить к различным условиям работы как в отношении электрических и тепловых характеристик, так и в отношении различных Конструктивных параметров. Реостаты могут выполняться с непрерывным или со ступенчатым изменением сопротивления.

Переключатель ступеней в реостатах выполняется плоским.

В плоском переключателе подвижный контакт скользит по неподвижным контактам, перемещаясь при этом в одной плоскости. Неподвижные контакты выполняются в виде болтов с плоскими цилиндрическими или полусферическими головками, пластин или шин, располагаемых по дуге окружности в один или два ряда. Подвижный скользящий контакт, называемый обычно щеткой, может выполняться мостикового или рычажного типа, самоустанавливающимся или несамоустанавливающимся.

Достоинствами плоского переключателя ступеней являются относительная простота конструкции, сравнительно небольшие габариты при большом числе ступеней, малая стоимость, возможность установки на плите переключателя контакторов и реле для отключения и защиты управляемых цепей. Недостатки — сравнительно малая мощность переключения и небольшая разрывная мощность, большой износ щетки вследствие трения скольжения и оплавления, затруднительность применения для сложных схем соединения.

Металлические реостаты с масляным охлаждением обеспечивают увеличение теплоемкости и постоянной времени нагрева за счет большой теплоемкости и хорошей теплопроводности масла. Это позволяет при кратковременных режимах резко увеличивать нагрузку на резисторы, а следовательно, сократить расход резистивного материала и габариты реостата. Погружаемые в масло элементы должны иметь как можно большую поверхность, чтобы обеспечить хорошую теплоотдачу. Закрытые резисторы погружать в масло нецелесообразно. Погружение в масло защищает резисторы и контакты от вредного воздействия окружающей среды в химических и других производствах. Погружать в масло J можно только резисторы или резисторы и i контакты.

Рис. 7-3. Реостат с непрерывным изменением сопротивления.

Отключающая способность контактов , в масле повышается, что является достоинством этих реостатов. Переходное сопротивление контактов в масле возрастает, но одновременно улучшаются условия охлаждения. Кроме того, за счет смазки можно допустить большие контактные нажатия. Наличие смазки обеспечивает малый механический износ.

Наличие масла создает и ряд недостатков; загрязнение помещения, повышение пожарной опасности.

Пример реостата с практически непрерывным изменением сопротивления приведен на рис. 7-3. На каркасе 3 из нагревостойкого изоляционного материала (стеатит, фарфор) намотана проволока резистора 2. Для изоляции витков друг от друга проволоку оксидируют. По резистору и направляющему токоведущему стержню или кольцу 6 скользит пружинящий контакт 5, соединенный с подвижным контактом 4 и перемещаемый при помощи изолированного стержня 8, на конец которого надевается изолированная рукоятка (на рисунке рукоятка снята). Корпус 1 служит для сборки всех деталей и крепления реостата, а пластины 7 — для внешнего присоединения.

Реостаты могут включаться в схему как переменный резистор (рис. 7-3, а) или как потенциометр (рис. 7-3,б). Они обеспечивают плавное регулирование сопротивления, а следовательно, и тока или напряжения в цепи и находят широкое применение в лабораторных условиях в схемах автоматического управления.

Рис. 7-4. Пускорегулирующий реостат: б — схема включения Rпк — резистор, шунтирующий катушку контактора в отключенном положении реостата; Rогр — резистор, ограничивающий ток в катушке; Ш1, Ш2 — параллельная обмотка возбуждения; С/, С2 — последовательная обмотка возбуждения

Рис. 7-5. Реостат возбуждения: б — одна из схем включения Rпр — сопротивление предвключенное; OВ — обмотка возбуждения

Рис. 7-6. Маслонаполненный реостат серии РМ: а – общий вид; б – схема.

Реостаты со ступенчатым изменением сопротивления (рис. 7-4 и 7-5) состоят из набора резисторов I и ступенчатого переключающего устройства.

Переключающее устройство состоит из неподвижных контактов 2 и 3, подвижного скользящего контакта 4 и привода 5. В пускорегулирующем реостате (рис. 7-4) к неподвижным контактам присоединены полюс Л1 и полюс якоря Я, отводы от элементов сопротивлений, пусковых Яд и регулировочных Яр, согласно разбивке по ступеням и другие управляемые реостатом цепи (контакторы 6; реле РМ}. Подвижный скользящий контакт производит замыкание и размыкание ступеней сопротивления, а также всех других управляемых р еостатом цепей. Привод реостата может быть ручной (при помощи рукоятки) и двигательный.

Реостаты по типу приведенных на рис. 7-4 и 7-5 нашли широкое распространение. Их конструкции обладают, однако, некоторыми недостатками, в частности большим числом крепежных деталей и монтажных проводов, особенно в реостатах возбуждения, которые имеют большое число ступеней.

Маслонаполненный реостат серии РМ, предназначенный для пуска асинхронных двигателей с фазным ротором, приведен на рис. 7-6. Напряжение в цепи ротора до 1200 В, ток 750 А. Коммутационная износостойкость 10000 операций, механическая — 45 000. Реостат допускает 2-3 пуска подряд.

Самая простая электрическая цепь состоит из:
1. источника тока
2. потребителя электроэнергии — (лампа, электроплитка, электродвигатель, электробытовые приборы)
3. замыкающего и размыкающего устройства — (выключатель, кнопка, рубильник)
4. соединительных проводов

1 — гальванический элемент
2 — батарея элементов
3 — соединение проводов
4 — пересечение проводов на схеме без соединения
5 — зажимы для подключения
6 — ключ
7 — электрическая лампа
8 — электрический звонок
9 — резистор (или иначе сопротивление)
10- нагревательный элемент
11 — предохранитель

На электрической схеме реостат имеет своё условное обозначение:

С помощью перемещаемого движка (2) можно увеличивать или уменьшать величину сопротивления (между контактами 1 и 2), включаемого в электрическую цепь.

ИНТЕРЕСНО

В электрических схемах применяются символические изображения входящих в нее элементов и устройств. Физические величины также принято обозначать буквенными символами.
Немецкий профессор Г.К. Лихтенберг из Геттенгена первый предложил ввести электрические символы, обосновал их практическое применение и использовал в своих работах!
Благодаря ему, в электротехнике появляются математические знаки плюс и минус для обозначения электрических зарядов. Символы, предложенные Г.К. Лихтенбергом, прижились и известны теперь даже школьникам.
Г.К Лихтенберг родился в Германии и в 1769 году стал профессором физики. Многочисленные работы по математике, метеорологии, геодезии и электричеству способствовали избранию Лихтенберга Почетным членом Петербургской Академии наук.
В 1769 году в Геттингене он установил первый в Германии громоотвод на университетской библиотеке.

ЗНАЕШЬ ЛИ ТЫ

А НУ-КА, СООБРАЗИ

Не забывайте выключать свет!

Реостаты. Регулирование силы тока с помощью реостата

Ахмедов Аладдин Мураддинович, учитель математики и физики,
МОУ «Кочуровская школа»

Тема: «Реостаты. Регулирование силы тока реостатом» 8 класс

Тема урока: Реостаты. Регулирование силы тока реостатом.

Цели урока:

Для учителя:

развивать практические навыки сборки электрической цепи, умения использования электрических приборов, умения логически мыслить;
расширять политехнический кругозор учащихся

прививать интерес и любовь к предмету;
воспитывать выдержанность, тактичность, умение слушать товарищей; воспитывать аккуратность, четкость в ответах и действиях.

Для учащихся:

узнать: что такое реостат? (Устройство, что это за прибор?)
понимать: как работает реостат? (Принцип работы)
уметь: пользоваться реостатом.

Задачи:

организовать работу в группах;
организовать работу по определению темы урока, над постановкой целей урока;
организовать осмысление процесса и результата деятельности; организовать рефлексивную оценку деятельности по достижению поставленных целей.

Оборудование: источник питания, ползунковый реостат, амперметр, ключ, соединительные провода, телевизор, компьютер, документ-камера, проектор

ХОД УРОКА

1. Организационный момент.

2. Mотивация учебной деятельности учащихся.

— Сегодня 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»

— Кто-нибудь был в театре, кинотеатре, цирке?

— Наблюдали такое?

— Как же это происходит?

— Внимание! Черный ящик. Я продемонстрирую вам включение и выключение лампочки с помощью ключа!

— А теперь с помощью некоторого прибора!

На демонстрационном столе собрана простейшая электрическая цепь (источник тока, лампочка на подставке, реостат, ключ). Реостат находится в черном ящике. Учитель демонстрирует выключение лампочки с помощью ключа, а затем реостата.

— Лампочка обыкновенного фонарика гаснет так же медленно, как и лампы в кинотеатре.

— Что же в черном ящике? Что бы ответить на этот вопрос я предлагаю вам получить ключевое слово урока, которое будет являться темой урока. Для этого необходимо правильно ответить на вопросы и разгадать кроссворд.

3. Актуализация знаний (разгадать кроссворд)

Единица изменения силы тока? (Ампер)
Какие частицы участвуют в образовании электрического тока в металлах?

(Электрон)

Фамилия ученого? (Ом)
Какая физическая величина измеряется в Омах? (Сопротивление)
Единица измерения напряжения? (Вольт)
Какой элемент электрической цепи обозначается ? Лампа.
Прибор для измерения силы тока? (Амперметр)

(Выделенные слова появляются в кроссворде)

(Слайд из презентации)

— Открываю черный ящик!

4. Целеполагание

— Итак, тема сегодняшнего урока?

— Записываем число, классная работа и тему урока.

Тема урока: «Реостаты»

Цели урока:

узнать: что такое реостат? (Устройство, что это за прибор? Где применяется?)
понимать: как работает реостат? (Принцип работы)
уметь: пользоваться реостатом (Собирать цепи и чертить схемы содержащий данный прибор)

— Наметим с вами план работы!

— Как мы добьемся выполнение целей урока?

Возможные ответы:

1. Что такое реостат?

2. Как им пользоваться?

3. Где применяется?

Уточнение учителя:

1) прочитаем учебник и выполним исследовательскую работу, т.е. поработаем в группах, от каждой группы представитель отчитается о проделанной работе

2) будет сопровождение урока презентацией из которой вы также почерпнете знания.

3) практические умения отработаем с вами в ходе лабораторной работы.

(Учитель делит класс на группы, таким способом, чтобы в каждой группе был лидер)

Первичное усвоение новых знаний.

Работа в группах

Экспериментальное задание. Знакомство с устройством реостата.

— Предлагаю вам изучить ползунковый реостат, пользуясь § 47 учебника (стр109) (на каждой парте лабораторный реостат). Обратите внимание, что на каждом реостате имеется надпись, где указаны сопротивление обмотки и максимально допустимая сила тока, которую она может выдержать

Первичная проверка понимания.

— Заканчиваем работу!

— Теперь проверим, как вы справились с заданием.

— Кто ответит на первый вопрос?

Проверка работы.

— Выходит представитель группы и рассказывает про устройство реостата (остальные могут дополнять и исправлять)

— Вопросы для первой группы:

Проволока покрыта тонким слоем не проводящий ток окалины.

Чтобы компактнее были, можно получить необходимое сопротивление не увеличением длины проволоки, а взяв большое удельное сопротивление.

— Вопросы для первой группы:

Перемещая ползунок по стержню, можно увеличивать или уменьшать сопротивление реостата, включённого в цепь.

Последовательно

— Молодцы ребята!

Первичное закрепление.

— Ребята давайте попытаемся нарисовать схему цепи расположенного на моем столе (вызываю ученика к доске)

— Назовите элементы цепи!

— Мы знаем обозначения этих элементов на схеме? (Знаем!)

— А как обозначается реостат? (Не знают! Смотрят в учебник)

Учитель поясняет: стрелочка указывает в каком месте находиться ползунок

— Ребята, к целям нашего урока можно добавить еще одну цель: научиться регулировать силу тока с помощью реостата

— Для этого выполним лабораторную работу №5. Для экономии времени, выполнять будем на печатном тексте, который вложен в ваши тетради для лабораторных работ. Напоминаю, после сборки цепи приглашайте меня для проверки правильности сборки, во избежании порчи прибора.

— Итак, с помощью этой л/р мы научились пользоваться ползунковым реостатом, для изменения силы тока в цепи.

— 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. 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.

Итоговое закрепление.

— Давайте повторим:

Для чего нужен реостат?
Где должен располагаться ползунок реостата при максимальном сопротивлении?
Для проведения опыта собрали цепь, состоящие из последовательно соединённых источника тока, реостата, лампы и ключа.
На каком рисунке лампа горит ярче?

Изобразите схему этой эклектической цепи, указав положение ползунка на максимальную силу тока (в рабочей тетради)

Домашнее задание:

§ 47, упр. 21, доклад на тему «Реостаты в моей жизни» (по желанию)

Рефлексия.

Виды деятельности	Не могу (не знаю, не умею)	Могу, но есть сомнения (затруднения)	Абсолютно уверен, что могу
Рассказать устройство реостата
Объяснить принцип действия реостата
Изображать на схеме реостат
Я научился(ась) регулировать силу тока реостатом

Литература

Перышкин А.В. Физика. 8 класс. М.: Дрофа, 2009. — 191с.
Волков В.А. Поурочные разработки по физике. 8 класс М.: ВАКО, 2009. — 368с.

3.7: Потенциометр как реостат

Детали и материалы

Аккумулятор 6 В
Потенциометр, однооборотный, 5 кОм, линейный конус (каталог Radio Shack No 271-1714)
Маленький мотор для хобби, с постоянным магнитом (каталог Radio Shack № 273-223 или аналог)

Для этого эксперимента вам понадобится потенциометр с относительно низким значением, определенно не более 5 кОм.

Перекрестные ссылки

Уроки электрических цепей , том 1, глава 2: «Закон Ома»

Инструкции по подключению потенциометра

Потенциометры

находят наиболее сложное применение в качестве делителей напряжения, где положение вала определяет конкретный коэффициент деления напряжения.Однако есть приложения, в которых нам не обязательно нужен переменный делитель напряжения, а просто переменный резистор: двухполюсное устройство. Технически переменный резистор известен как реостат , но потенциометры можно довольно легко заставить работать как реостаты.

В своей простейшей конфигурации потенциометр можно использовать в качестве реостата, просто используя клемму стеклоочистителя и одну из других клемм, при этом третья клемма остается неподключенной и неиспользуемой:

Перемещение регулятора потенциометра в направлении, приближающем стеклоочиститель к другой используемой клемме, приводит к более низкому сопротивлению.Направление движения, необходимое для увеличения или уменьшения сопротивления, может быть изменено с помощью другого набора клемм:

Однако будьте осторожны, чтобы не использовать две внешние клеммы, так как это приведет к тому, что не изменится в сопротивлении при вращении вала потенциометра. Другими словами, он больше не будет работать как переменная сопротивление :

Постройте цепь, как показано на схеме и иллюстрации, используя всего две клеммы на потенциометре, и посмотрите, как можно контролировать скорость двигателя, регулируя положение вала.Поэкспериментируйте с различными клеммами на потенциометре, отмечая изменения в управлении скоростью двигателя. Если ваш потенциометр имеет высокое сопротивление (измеренное между двумя внешними клеммами), двигатель может вообще не двигаться, пока стеклоочиститель не будет поднесен очень близко к подключенной внешней клемме.

Как видите, скорость двигателя можно изменять с помощью последовательно подключенного реостата для изменения общего сопротивления цепи и ограничения общего тока. Однако этот простой метод управления скоростью двигателя неэффективен, так как приводит к рассеиванию (потере) значительного количества энергии реостатом.Гораздо более эффективный способ управления двигателем основан на быстрой «пульсации» мощности двигателя с использованием высокоскоростного переключающего устройства, такого как транзистор . Похожий метод регулирования мощности используется в бытовых «диммерных» выключателях света. К сожалению, эти методы слишком сложны, чтобы исследовать их на данном этапе экспериментов.

Когда потенциометр используется в качестве реостата, «неиспользуемая» клемма часто подключается к клемме стеклоочистителя, например:

На первый взгляд это кажется бессмысленным, так как не влияет на контроль сопротивления.Вы можете убедиться в этом сами, вставив другой провод в вашу схему и сравнив поведение двигателя до и после изменения:

Если потенциометр исправен, этот дополнительный провод не имеет никакого значения. Однако, если стеклоочиститель когда-либо потеряет контакт с резистивной полосой внутри потенциометра, это соединение гарантирует, что цепь не откроется полностью: что все еще будет резистивный путь для тока через двигатель.В некоторых приложениях это может быть важно. Старые потенциометры, как правило, страдают от периодических потерь контакта между стеклоочистителем и резистивной полосой, и если цепь не может выдержать полную потерю целостности (бесконечное сопротивление), создаваемую этим условием, этот «дополнительный» провод обеспечивает определенную защиту, поддерживая целостность цепи.

Вы можете смоделировать такой «отказ» контакта стеклоочистителя, отсоединив среднюю клемму потенциометра от клеммной колодки, измерив напряжение на двигателе, чтобы убедиться, что к нему все еще поступает мощность, даже небольшая:

Реостат

— Как обсуждать

Реостат

Что такое реостат и для чего он нужен? Реостат — это переменный резистор, используемый для управления прохождением электрического тока путем увеличения или уменьшения сопротивления вручную.Английский ученый сэр Чарльз Уитстон придумал слово реостат, оно происходит от греческого слова rheos et statis, что означает устройство управления потоком или устройство управления потоком.

Что такое реостат и как он работает?

Реостат — наиболее часто используемое устройство для освещения диммеров. Реостат работает с регулируемым сопротивлением между источником питания и устройством, которое может потреблять регулируемый ток, таким как свет или регулятор громкости.

Каковы функции реостата?

Функция реостата.R — сопротивление, V — напряжение, I — ток.
Символы Символы реостата представлены по-разному в разных стандартах, но наиболее часто используемые из них перечислены выше.
Работа реостата.
Использование / Приложения.
Разница между резистором и потенциометром.
Часто задаваемые вопросы.

Почему используют реостат?

Применение резистивного резистора Резистор часто используется в приложениях, где требуется высокое напряжение или электричество.Реостаты используются при слабом освещении для изменения интенсивности света. Реостаты используются для увеличения или уменьшения громкости радио, а также для увеличения или уменьшения скорости электродвигателя.

В чем разница между потенциометром и реостатом?

Ключевые различия между потенциометром и реостатом Потенциометр — это трехконтактное устройство, оба конца которого подключены к цепи стеклоочистителя. Потенциометр контролирует напряжение каждой цепи. Потенциометр в основном изготовлен из графита.Потенциометр — это датчик, а реостат называется переменным резистором.

Что такое реостат и для чего он используется в приготовлении пищи

Реостат — это устройство, используемое для изменения сопротивления в цепи без разрыва цепи. Люди могут быть более знакомы с ползунком или реостатом диммера, используемым для изменения интенсивности света.

В чем разница между горшком и реостатом?

Различие между устройствами, предназначенными для реостатов, и устройствами, используемыми в качестве горшков, еще не упоминалось: если устройство будет использоваться в качестве реостата, важно, чтобы сопротивление чистке было достаточно низким, а тем более для хорошего использования.

Зачем нужна замена реостата?

Уплотнение предотвращает проникновение пыли, влаги и подобных материалов для поддержания чистоты контура. Реостаты иногда выходят из строя, как и другие компоненты схем, и многие магазины оборудования или электроники предлагают сменные реостаты для различных устройств, чтобы люди могли ремонтировать схемы вместо их замены.

Можно ли использовать потенциометр в качестве реостата?

Хотя потенциометр представляет собой трехконтактное устройство, провода подключены к стеклоочистителю и к обоим концам дорожки сопротивления, вы можете использовать потенциометр в качестве реостата (что является обычным), не просто используя два его провода или вы можно использовать один Подключите все три провода в вашей цепи, и вы получите постоянный и переменный резисторы по цене одного!

Что такое реостат и для чего он используется в установках

Определение реостата Реостат определяется как переменный резистор, используемый для управления потоком электрического тока путем увеличения или уменьшения сопротивления.

Как реостаты используются в приложениях управления мощностью?

Реостаты широко используются в качестве устройств управления мощностью, например, для управления интенсивностью света (диммеры), скоростью двигателей, радиаторов и духовок. Обычно они больше не используются для этой функции. Это связано с относительно низкой доходностью. Электронные переключатели заменили их в приложениях управления мощностью.

Как используются резисторы с обмоткой в реостате?

Вот несколько практических реостатов.В отличие от потенциометров, эти устройства должны нести значительное количество электричества. Поэтому резисторы с проволочной обмоткой в основном используются для создания реостатов. На схематической диаграмме реостат часто представлен так, как показано ниже.

Чем реостат отличается от потенциометра?

Слово «потенциометр» часто используется для классификации всех переменных резисторов, но другой тип переменного резистора, известный как реостат, отличается от настоящего потенциометра. Реостаты представляют собой два оконечных устройства, один провод подключается к дворнику, а другой — к одному концу контактной розетки.

Для чего нужен реостат в схеме?

Реостат — это регулируемый или переменный резистор. Он используется для контроля электрического сопротивления цепи без прерывания тока.

Как реостат регулирует интенсивность света?

Реостаты используются для изменения интенсивности света при затемнении света. Ток через лампу уменьшится. По мере увеличения сопротивления реостатов яркость света уменьшается.Ток через лампу тоже увеличивается.

Что такое реостат и как он работает схема

Что такое потенциометр? Реостат — это переменный резистор, используемый для управления потоком электрического тока путем увеличения или уменьшения сопротивления вручную.

В чем разница между реостатом и резистором?

Реостат — это не что иное, как переменный резистор. Реостат в основном используется для контроля тока. Реостат в основном состоит из двух частей, одна из которых сделана из резистивного материала или может быть обнаружено сопротивление, а другая представляет собой движущийся стеклоочиститель.Реостат имеет два вывода.

Кто изобретатель схемы реостата?

Определение: Реостат — это постоянно регулируемое сопротивление, используемое для изменения тока в цепи. Британский ученый по имени сэр Чарльз Уитстон был человеком, который придумал это греческое слово для сегодняшнего записывающего оборудования.

Как протекание тока связано с реостатом?

Принцип реостата основан на законе Ома, который гласит, что ток в проводнике прямо пропорционален приложенному напряжению и обратно пропорционален сопротивлению, в то время как физические условия остаются постоянными.4) Как проверить реостат?

Какой провод используется в реостате?

Какой кабель используется в реостате? В реостате используется проволока Constantan. Это сплав меди и никеля, похожий на манганин. Он имеет очень низкий температурный коэффициент сопротивления, что означает, что удельное сопротивление остается постоянным в широком диапазоне температур.

Для каких приложений можно использовать резисторы?

Фоторезисторы используются в датчиках пламени, охранной сигнализации, фотоаппаратах и т. Д.Резисторы используются для контроля температуры и вольтметра. Резисторы используются в цифровых мультиметрах, усилителях, телекоммуникациях и генераторах. Они также используются в модуляторах, демодуляторах и передатчиках.

Какие три клеммы реостата?

Три клеммы реостата обозначены буквами A, B и C. Используются клеммы A и B или клеммы B и C. На рисунке выше A и C соединены токопроводящей дорожкой, известной как резистивный элемент.Терминал B не тот и подключен к курсору.

Как работает реостат?

Реостат работает с регулируемым сопротивлением между источником питания и устройством, которое может потреблять регулируемый ток, например, регулятором света или громкости.

Что означает реостат?

Определение сопротивления. 1. нет. Устройство для регулировки или контроля силы электрических токов, которое обычно работает путем введения сопротивлений, которые можно изменять по желанию.

Какая польза от реостата в потенциометре?

Разница между потенциометром и реостатом Потенциометр — это переменный резистор с тремя проводниками, а реостат — это переменный резистор с двумя проводниками. Потенциометр можно использовать как резистор, но резистор нельзя использовать как потенциометр. Потенциометры часто используются для изменения напряжения, а реостаты часто используются для изменения тока.

Каковы функции мышц тела?

Мышцы играют важную роль во всем, что вы делаете.Они регулируют частоту сердечных сокращений и дыхание, способствуют пищеварению и заставляют вас двигаться. Мышцы развиваются, как и все тело, когда вы тренируетесь и хорошо питаетесь. Но слишком много упражнений может вызвать болезненные ощущения в мышцах.

Какой резистивный элемент у поворотного реостата?

Резистивный элемент поворотного резистора может быть круглым или угловым. С этим сопротивлением ползун или ползун вращаются. Роторные реостаты используются в качестве линейных реостатов в большинстве приложений, поскольку они меньше линейных реостатов.

Каковы функции жидкости реостата

Реостат может управлять свойствами генератора, тусклым светом и запуском двигателей или регулировать скорость. Элемент сопротивления может быть металлической проволокой или металлической лентой, углеродом или токопроводящей жидкостью, в зависимости от области применения.

Откуда в науке появилось слово реостат?

Английский ученый сэр Чарльз Уитстон придумал слово реостат, оно происходит от греческих слов «реос» и «statis», что означает устройство управления потоком или устройство управления потоком.

Каковы функции реостата энергии

Функция реостата заключается в изменении сопротивления цепи для изменения тока в цепи. Если нужно уменьшить ток в цепи, нужно увеличить сопротивление реостата. А если вы хотите увеличить ток, вам нужно уменьшить сопротивление реостата.

Каковы функции управления реостатом

Реостаты широко используются.Реостаты широко используются в устройствах регулирования мощности. Их можно использовать для управления интенсивностью света в диммерах, духовках, плитах и т. Д. Помните, что в некоторых приборах вместо реостатов используется переключающая электроника.

Что такое регулятор реостата микроскопа?

Реостат микроскопа регулирует интенсивность света, защищает или освещает. Конденсор находится под столиком микроскопа и перемещается вверх или вниз.

Что такое символ реостата?

Трехзвенные зигзагообразные линии представляют собой американский стандартный символ сопротивления, а трехзвенная прямоугольная рамка представляет собой международный стандартный символ сопротивления.Сопротивление вращению иногда называют круговым сопротивлением, потому что элемент сопротивления выглядит как круг.

Каковы функции корпуса реостата

Реостат — это устройство, которое может регулировать величину сопротивления и может быть подключено к цепи для регулировки тока. Типичный реостат состоит из провода с высоким сопротивлением и устройства, которое может изменять точку контакта, чтобы отрегулировать эффективную длину провода сопротивления.

Почему они используют батарею реостата

Реостат — это переменный резистор, используемый для управления потоком электрического тока путем увеличения или уменьшения сопротивления вручную.

Как использовать реостат в электрической цепи?

С другой стороны, увеличение сопротивления цепи приведет к уменьшению протекания электрического тока через цепь. Добавление реостата в цепь позволяет контролировать (увеличивать или уменьшать) ток в цепи. Реостат снижает электрический ток до определенного уровня.

Что произойдет, если вы уменьшите сопротивление реостата?

Уменьшение сопротивления реостата также увеличивает ток через лампу.Это увеличивает яркость света. Реостаты используются для увеличения или уменьшения громкости радио, а также для увеличения или уменьшения скорости электродвигателя.

Почему в потенциометре используется реостат?

С потенциометрами они используют все три соединения для выполнения операции, в то время как с реостатами они используют только два соединения для выполнения операции. Реостат часто используется в приложениях, где требуется высокое напряжение или ток.

Почему они используют мощность реостата

Реостат часто используется в приложениях, где требуется высокое напряжение или ток.Реостаты используются в условиях низкой освещенности для изменения интенсивности света. По мере увеличения сопротивления реостата электрический ток, протекающий через лампу, уменьшается. Это снижает яркость света.

Что реостат может сделать для генератора?

Реостат, регулируемый резистор, используемый в приложениях, требующих контроля тока или изменения сопротивления в цепи. Реостат может управлять свойствами генератора, тусклым светом и запускать двигатели или управлять скоростью.

Может ли реостат полностью заблокировать электрический ток?

Реостат снижает электрический ток до определенного уровня. Однако он не полностью блокирует прохождение электрического тока. Чтобы полностью заблокировать прохождение электрического тока, им нужно бесконечное сопротивление. На практике полностью заблокировать электрический ток невозможно.

Как резистивные резисторы используются в реостате?

Реостаты должны иметь более высокий ток по сравнению с потенциометрами.Поэтому большинство из них выполнено в виде резисторов с проволочной обмоткой. Проволока сопротивления оборачивается вокруг изолированного керамического сердечника, а поршень скользит по обмоткам.

Почему они используют звук реостата

Как уже упоминалось, основное применение реостатов — это действующие правила. Все другие приложения в основном основаны на этом самом современном свойстве реостата. Эти реостаты используются для ограничения тока во избежание сильноточных замыканий.

Как реостат работает в электрической цепи?

Реостат работает в электрической цепи так же, как клапан в гидравлической цепи.Очень простой и недорогой реостат можно построить следующим образом: возьмите кусок тонкого волокна, примерно 1/16 дюйма. Он дает вам направление, а реостат здесь, на линии, изменяет скорость.

Чем одинаковы потенциометры и реостаты?

Потенциометр используется для управления напряжением в цепи, а реостат используется для управления током в цепи. Структура реостата соответствует структуре потенциометра. Он имеет резистивную связь, которая может быть линейной или поворотной.Типы реостатов включают линейные, поворотные и адаптивные реостаты.

Что больше вездесущего резистора или реостата?

Одним из наиболее часто используемых электрических компонентов является резистор. В приложениях, где требуется переменный резистор, обычно предпочтительны потенциометры и реостаты. Вы уже обсуждали потенциометры в своей предыдущей статье по этой теме. Здесь они подробно обсудят реостат. Что такое резистор?

Какой реостат используется в калибровочной схеме?

Триммеры представляют собой не что иное, как небольшой реостат, в основном используемый в схемах калибровки.Доступны два ограничивающих резистора, хотя в большинстве случаев в качестве двухполюсного реостата используется прерыватель с трехполюсным потенциометром. На изображении ниже показана газонокосилка.

Как увеличение тока влияет на сопротивление реостата?

Поскольку ток и сопротивление обратно пропорциональны, они увеличивают сопротивление реостата, когда требуется потребление тока. Кроме того, если требуется увеличение тока, они просто уменьшат сопротивление реостата.

Переключатель реостата

Переключатель реостата Реостаты управляют током в цепи, контролируя сопротивление цепи. Следовательно, реостат можно использовать как переключатель для изменения как сопротивления, так и тока в цепи. По этой причине в качестве переключателя используется резистор.

Сколько клемм у реостата?

Реостаты — это тип переменного резистора. В основном есть три терминала, но используются только два из этих трех терминалов.Три терминала включают два фиксированных терминала и один мобильный терминал (так называемый ползунок или дворник). Используется только одно из двух постоянных соединений.

Регулировка реостата

Регулировка сопротивления. В реостате управления используется последовательный реостат (переменный резистор), как показано на рисунке 2, для управления мощностью нагрузки. Поскольку резистор включен последовательно с нагрузкой, напряжение нагрузки и, следовательно, мощность переменного тока снижается. Уменьшение напряжения нагрузки происходит из-за падения напряжения на реостате.

Подстроечный резистор

Подстроечные резисторы обычно имеют форму потенциометра (потенциометра), часто называемого подстроечным резистором. Потенциометры имеют три клеммы, но могут использоваться как обычный двухполюсный резистор, подключив стеклоочиститель к одной из других клемм или просто используя две клеммы.

Какие бывают типы подстроечных резисторов?

Подстроечные потенциометры и предустановленные резисторы — это небольшие переменные резисторы, используемые в схемах для регулировки и (повторной) калибровки.Потенциометры доступны в разных версиях с разными способами монтажа (сквозное отверстие, CMS) и направлениями регулировки (сверху, сбоку), а также в одно- или многооборотном исполнении.

Когда подстроечный резистор используется в качестве резистора?

Подстроечный резистор или подстроечный резистор — это небольшой потенциометр для настройки, настройки и калибровки цепей. При использовании в качестве переменного резистора (подключенного как реостат) они называются предварительно настроенными резисторами. Триммеры или пресеты обычно устанавливаются на печатные платы и затягиваются отверткой.

Зачем нужен триммер в цепи?

Машинки для стрижки могут улучшить функциональность приложения, обеспечив его максимально точную калибровку. Использование триммера для регулировки выхода схемы — прекрасный пример того, как аналоговая технология всегда необходима в цифровом дизайне. Что такое потенциометр? Потенциометр представляет собой регулируемый вручную переменный резистор.

Когда используется триммер в режиме реостата?

Более половины всех ограничителей используются в режиме реостата, где нет никаких основных взаимосвязей ввода / вывода, кроме тех, которые определены соответствующей схемой, в которой используется ограничитель.В качестве делителя напряжения обычно используется резистор смещения в качестве блока управления.

Микроскоп реостат

Реостат микроскопа регулирует интенсивность света, экранирует или освещает его. Конденсор находится под столиком микроскопа и перемещается вверх или вниз. Если вы используете цифровой микроскоп и не видите изображение в камере, вам может потребоваться активировать светоделитель, чтобы направить свет в камеру.

Как работают физические составные световые микроскопы?

В составных световых микроскопах обычно используются две линзы, выровненные по корпусу тубуса.Свет от лампы или зеркала проходит через конденсор, образец и две линзы. Конденсор фокусирует свет и может иметь диафрагму, которую можно использовать для управления количеством света, проходящего через образец.

Каковы части и функции светового микроскопа?

Детали микроскопа и их функции. Составной микроскоп использует лучи света и несколько линз для создания увеличенного изображения образца или объекта. Поскольку видимый свет играет жизненно важную роль в общей функции этого устройства, его также называют световым или оптическим микроскопом.

Что такое простой световой микроскоп?

В простом световом микроскопе используется увеличительная линза, но сегодня большинство микроскопов используют две или более линзы для увеличения изображения. Большинство современных микроскопов представляют собой сложные микроскопы, в которых используется более одного увеличительного стекла. Окуляр обычно увеличивает реальный размер в 2, 4 или 10 раз, а линза окуляра может увеличивать в 4, 5, 10, 20, 40, 50 и 100 раз.

Какова функция светового микроскопа?

Оптический микроскоп, также называемый световым микроскопом, представляет собой инструмент для наблюдения за небольшими объектами с помощью видимого света и линз.Это широко используемый микроскоп, признанный в научном сообществе. Устройство можно использовать для просмотра ■■■■ образцов в реальном времени или для увеличения их фактического размера в тысячу (1000) раз.

Какова функция реостата?

Какова функция резистора? Ответы. Реостат — это переменный резистор, используемый для изменения величины напряжения или тока в цепи. Реостаты содержат электронные функции, такие как аттенюаторы и регуляторы громкости.

Реостат против потенциометра

Наиболее очевидное различие между потенциометром и реостатом — это количество соединений: потенциометры имеют три (вход и 2 выхода), а реостаты — два (1 вход, 1 выход).Благодаря трем клеммам потенциометра его можно использовать в качестве реостата, если одна из клемм остается плавающей.

Для чего нужен потенциометр?

Потенциометры используют потенциометры в качестве делителя напряжения. Потенциометр можно использовать в качестве делителя напряжения для получения регулируемого вручную ползункового выходного напряжения из фиксированного входного напряжения. Аудиоконтроль. Ползунковые потенциометры — одно из наиболее распространенных применений современных маломощных потенциометров — это устройства управления звуком.ТЕЛЕВИДЕНИЕ.

Что означает рейтинг потенциометра?

Резисторы также имеют номинал в соответствии с их допустимым током, это называется мощностью (мощностью). Чем выше мощность, тем больше сопротивление, а также может быть больше тока. В случае потенциометров номинальная мощность может использоваться только для небольших цепей.

Изменяет ли потенциометр напряжение?

Потенциометр может регулировать напряжение, являясь делителем напряжения.Однако делитель напряжения будет работать правильно только в том случае, если из выходного узла не течет ток. Если вы подключите нагрузку в этой точке, вы можете изменить сопротивление цепи относительно земли и изменить выходное напряжение.

Как показано на рисунке ниже, переменный реостат класса 12 физики JEE_MAIN

Подсказка: Сопротивление: это свойство любого материала, который препятствует прохождению тока.
Сопротивление параллельно: два резистора при параллельном подключении, тогда ток через каждый резистор разный, а разность потенциалов на $ \ left (V \ right) $. Каждый резистор остается прежним.Эквивалентное сопротивление двух параллельно включенных резисторов составляет.
$ \ dfrac {1} {{{R_P}}} = \ dfrac {1} {{R_1}}} + \ dfrac {1} {{{R_2}}} = \ dfrac {{{R_2} + { R_1}}} {{{R_1} {R_2}}} $
Затем $ {R_P} = \ dfrac {{{R_1} {R_2}}} {{{R_1} + {R_2}}} $
Сопротивления последовательно : Два или более резистора считаются подключенными последовательно, если они соединены встык, и ток, протекающий через каждый резистор, одинаков.
Эквивалентное сопротивление между $ AB $ составляет
$ {R_S} = {R_1} + {R_2} $
Закон Ома: Согласно закону Ома
$ V = IR $
$ R = \ dfrac {V} {I} $

Полный пошаговый ответ:
Шаг.1 Учитывая сопротивление
через $ AC = {R_ {AC}} = 2K \ Omega = 2000 \ Omega $
$ 1 {\ text {кило Ом = 1000 Ом}} $
Сопротивление нагрузки $ \ left ({{R_L}} \ right) = 500 \ Omega $
Сопротивление на $ AB \ left ({{R_ {AB}}} \ right) = 500 \ Omega $
Теперь сопротивление на $ BC $ равно.
$ \ подразумевает $ $ {R_ {BC}} = {R_ {AC}} — {R_ {AB}} $
Теперь поместите значение $ {R_ {AC}} $ и $ {R_ {AB}} $ в приведенном выше уравнении
$ \ подразумевает $ $ {R_ {BC}} = 2000 — 500 = 1500 {\ text {ohm}} $
Теперь $ {R_ {BC}} $ и $ {R_L} $ находятся в параллельной комбинации .
Итак, общее сопротивление параллельной комбинации $ {R_ {BC}} $ и $ {R_L} $ составляет
$ \ подразумевает $ $ R ‘= \ dfrac {{1500 \ times 500}} {{1500 + 500}} = \ dfrac {{750000}} {{2000}} = 375 \ Omega $
$ \ подразумевает $ R ‘= 375 $
Общее сопротивление цепи составляет.
$ \ implies $ $ R = {R_ {AB}} + R ‘$
$ \ implies $ R’ $ — сопротивление параллельной комбинации $ {R_ {AB}} {\ text {}} \ & {\ text {}} {R_L} $.
$ \ подразумевает $ R = 500 + 375 = 875 $
Теперь ток в цепи равен
. По закону Ома $ V = IR $
$ I = \ dfrac {V} {R} $
$ \ подразумевает $ $ I = \ dfrac {{50V}} {{875 \ Omega}} = \ dfrac {2} {{35}} A $
$ \ подразумевает $ I = \ dfrac {2} {{35}} A $
1.Потенциальное падение на $ {R_L} $ будет таким же, как и на потенциальном падении на $ R ‘$ ($ R’ $ — это параллельная комбинация $ {R_ {BC}} $ и $ {R_L} $).
Теперь,
Потенциальное падение на $ {R_L} $ составляет
$ = V — {V_ {AB}} $
$ \ подразумевает $ $ {V_ {AB}} $ = потенциальное падение на $ AB $
$ \ подразумевает $ $ {V_ {AB}} = \ dfrac {2} {{35}} \ times 500 $
Теперь у нас есть
$ = 50 — \ dfrac {2} {{35}} \ times 500 = 50 — 28,57 = 21,43 {\ text {V}} $
Таким образом, падение потенциала на $ {R_L} = 21,43 {\ text {V}} $
2. Если нагрузка отключена, весь ток будет проходить через сопротивление $ {R_ {AC}} $ реостат.
Теперь ток в цепи равен.
$ I ‘= \ dfrac {{50V}} {{2000 \ Omega}} = \ dfrac {1} {{40}} A $
Чтобы получить потенциальное падение в 40V $ между $ B $ и $ C $ , то требуемое сопротивление $ BC $ должно быть
$ \ implies $ R {‘_ {BC}} = \ dfrac {{40V}} {{\ dfrac {1} {{40}} A}} = 1600 \ Omega $
$ \ подразумевает $ $ R {‘_ {BC}} = 1600 \ Omega $

Примечание:
Следует отметить в цепи последовательного сопротивления.
1. Ток через все резисторы одинаковый.
2. Общее сопротивление цепи равно сумме отдельных сопротивлений, включая внутреннее сопротивление ячейки.
3. Разность потенциалов на любом резисторе пропорциональна его сопротивлению.
Следует отметить параллельную цепь сопротивления.
(1). Общий ток через параллельную комбинацию равен сумме отдельных токов, протекающих через различные резисторы.
(2). Разность потенциалов на всех резисторах одинакова.
(3). Ток через любой резистор обратно пропорционален его сопротивлению.

% PDF-1.6 % 1989 0 объект > эндобдж xref 1989 133 0000000016 00000 н. 0000004418 00000 н. 0000004741 00000 н. 0000004795 00000 н. 0000005256 00000 н. 0000005303 00000 н. 0000005462 00000 п. 0000005621 00000 н. 0000005779 00000 н. 0000005858 00000 п. 0000005897 00000 н. 0000006933 00000 п. 0000007467 00000 н. 0000007832 00000 н. 0000008863 00000 н. 0000009258 00000 н. 0000010286 00000 п. 0000010713 00000 п. 0000011153 00000 п. 0000011687 00000 п. 0000017293 00000 п. 0000020128 00000 н. 0000020527 00000 п. 0000020919 00000 п. 0000021132 00000 п. 0000027123 00000 п. 0000027733 00000 п. 0000029122 00000 п. 0000029697 00000 п. 0000029901 00000 н. 0000030151 00000 п. 0000030381 00000 п. 0000031746 00000 п. 0000032768 00000 п. 0000033178 00000 п. 0000033500 00000 п. 0000034150 00000 п. 0000035181 00000 п. 0000040445 00000 п. 0000040955 00000 п. 0000041332 00000 п. 0000049086 00000 п. 0000049660 00000 п. 0000050084 00000 п. 0000051292 00000 п. 0000051869 00000 п. 0000055622 00000 п. 0000056005 00000 п. 0000056409 00000 п. 0000056633 00000 п. 0000058140 00000 п. 0000058376 00000 п. 0000058512 00000 п. 0000058683 00000 п. 0000058924 00000 п. 0000060297 00000 п. 0000061151 00000 п. 0000062540 00000 п. 0000065235 00000 п. 0000076082 00000 п. 0000076137 00000 п. 0000076192 00000 п. 0000076249 00000 п. 0000083634 00000 п. 0000083909 00000 п. 00000 00000 п. 00000 00000 п. 0000091904 00000 п. 0000092193 00000 п. 0000092268 00000 н. 0000092348 00000 п. 0000092495 00000 п. 0000092583 00000 п. 0000092639 00000 п. 0000092788 00000 н. 0000092962 00000 н. 0000093018 00000 п. 0000093200 00000 п. 0000093363 00000 п. 0000093550 00000 п. 0000093606 00000 п. 0000093742 00000 п. 0000093900 00000 п. 0000093956 00000 п. 0000094130 00000 п. 0000094186 00000 п. 0000094359 00000 п. 0000094441 00000 п. 0000094497 00000 п. 0000094674 00000 п. 0000094784 00000 п. 0000094839 00000 п. 0000094941 00000 п. 0000094989 00000 п. 0000095092 00000 п. 0000095140 00000 п. 0000095245 00000 п. 0000095296 00000 п. 0000095406 00000 п. 0000095457 00000 п. 0000095555 00000 п. 0000095606 00000 п. 0000095662 00000 п. 0000095718 00000 п. 0000095775 00000 п. 0000095929 00000 п. 0000095986 00000 п. 0000096138 00000 п. 0000096194 00000 п. 0000096316 00000 п. 0000096372 00000 п. 0000096482 00000 н. 0000096538 00000 п. 0000096668 00000 н. 0000096725 00000 п. 0000096781 00000 п. 0000096837 00000 п. 0000096957 00000 п. 0000097014 00000 п. 0000097176 00000 п. 0000097225 00000 п. 0000097377 00000 п. 0000097433 00000 п. 0000097601 00000 п. 0000097658 00000 п. 0000097788 00000 п. 0000097837 00000 п. 0000097993 00000 п. 0000098049 00000 п. 0000098105 00000 п. 0000098161 00000 п. 0000004201 00000 п. 0000003020 00000 н. трейлер ] >> startxref 0 %% EOF 2121 0 объект > поток x ڔ T] LSg ~ OOj zƶH V + J (ZTm (Q_% 0LLVh.6% qye ٛ | y | 9

Графеновый реостат для высокопрочного и растяжимого датчика деформации — Ren — 2019 — InfoMat

1 ВВЕДЕНИЕ

Датчики деформации являются ключевыми компонентами носимых электронных устройств из-за их способности преобразовывать внешние механические деформации в легко обнаруживаемые электрические сигналы, которые были разработаны для широкого спектра применений в современной робототехнике, 1-3 персональных мониторах здоровья, 4-12 человеко-машинный интерфейс, 13, 14 и запасные протезы.15, 16 В частности, мониторинг движений человеческого тела считается эффективным подходом к оценке здоровья человека и может использоваться для самоконтроля пациентов с хроническими заболеваниями. Ожидается, что для мониторинга движений человеческого тела датчик деформации будет обладать способностью к деформации для определения диапазона деформации, вызванной движениями человеческого тела, от ~ 0,1% (например, мониторинг пульса) 17 до ~ 50% (например, движения конечностей и суставов) 7, стабильность для частоты движения до 5 Гц (что является мировым рекордом на 100 м) и прочности, чтобы выдерживать миллионы рабочих циклов.

Различные активные материалы, включая углеродные нанотрубки (УНТ), 6, 18-21 графен, 22-32 наночастицы, 33 нанопровода, 34-36 и проводящие полимеры10, 15, 37, 38, появились в качестве многообещающих кандидатов для изготовления датчиков деформации. Были изготовлены сжимаемые тензодатчики, изготовленные из ультратонкой пленки одностенных углеродных нанотрубок (ОСУНТ), композитной пены графен / полиимид 6, 22 и полиуретановых нановолокон38, а также продемонстрирована сверхчувствительность для определения давления ниже 1 Па.Растяжимость — еще одно важное свойство тензодатчика, который должен быть в состоянии координировать деформацию тел во время движения, особенно большую деформацию, возникающую в суставе. ОУНТ 7, графен 27 и нанопроволока36, сконструированные в виде выровненных пленок, смятых листов и непрерывных сетей, также показали, что они обладают хорошей растяжимостью при сохранении своих проводящих свойств. Среди них графен представляет особый интерес из-за его чрезвычайно высокой подвижности электронов (15 000 см ² V ^-1 с ^-1) 39 и выдающихся механических свойств.40 Гибридный материал графен / поли (3,4-этилендиокситиофен) / поливинилфторид-гексафторпропен29 и композит, изготовленный из тканого графенового материала30, продемонстрировали коэффициент калибровки до 320 при 2% деформации и ~ 10 ³ при 2% до 6 % штаммов соответственно. Однако основная проблема заключается в том, что высокая чувствительность часто достигается за счет растяжимости. Одно из возможных решений — смешать графен со сверхэластичным каучуком, который можно растянуть до 800% с калибровочным коэффициентом 35; однако цикличность (10 ³ циклов) все еще довольно ограничена.31 Другие попытки включают интеграцию графена в полимерные волокна26 или построение листов графена во фрагменты 32, что приводит к улучшенным характеристикам (до 10 ⁴ циклов при деформации 50%). Недавно конфигурация графена в виде чешуек в двумерном режиме реализовала стабильность 5000 циклов при деформации 10%, но не смогла продемонстрировать стабильность цикла при высокой деформации (> 60%) из-за отсутствия структурной координации.29 Несмотря на важность измерения характеристик в различных условиях окружающей среды (например, температуры и частоты движения), это редко достигается в тензодатчиках.Как видно, сочетание растяжимости и долговечности со стабильностью для различных условий применения практически не исследовалось для тензодатчиков, что на самом деле является ключевым моментом, очень подходящим для мониторинга движений человеческого тела и расширения многофункциональных возможностей.

Здесь мы сообщаем о новой стратегии создания класса высокопрочных и растяжимых датчиков деформации путем сборки частично перекрывающихся листов графена в макроскопическую сеть с регулируемой плотностью прерывистых физических взаимосвязей.Аналогично принципу работы слайд-реостата, взаимосвязанная площадь соседних графеновых листов изменялась при их относительном смещении, чтобы генерировать электрический сигнал через изменение электрического сопротивления, что было подтверждено наблюдением на просвечивающем электронном микроскопе (ТЕМ) на месте (TEM) ( Дополнительный фильм S1). Благодаря сетевой конструкции электрический сигнал этих наноразмерных реостатов скольжения накапливался, чтобы обеспечить чувствительность тензодатчика при растяжении и отпускании.Конструкция «скользящего реостата» обеспечивает полную восстанавливаемость после деформации конструкции и контролирует изменение электрического сопротивления в пределах локального проскальзывания, что приводит к улучшению рабочих циклов на порядок величины (300 000 циклов) за счет изменения диапазона деформации от 1% до 60%. . Приписываемый саморегулированию своеобразной динамической структуры графеновой сетки к тепловому расширению объемного материала, затем был продемонстрирован стабильный отклик в широком диапазоне температур и частот (Таблица S1).Путем настройки структурных свойств межсоединений характеристики чувствительности, включая чувствительность (коэффициент измерения) и растяжимость, могут быть отдельно оптимизированы для удовлетворения требований мониторинга различных движений.

2 РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Для обнаружения движения человека идеальная конструкция датчика деформации должна иметь растяжимость до 70%, чтобы покрывать весь диапазон движений человека, сохраняя при этом электрические пути во время растяжения.Наша структура графеновой сетки на самом деле является первой среди родственных материалов, демонстрирующих, что она является настолько поддающимся растяжению устройством, в котором частично перекрывающиеся графеновые листы были собраны в макроскопическую сеть с регулируемой плотностью прерывистых физических взаимосвязей. Чтобы реализовать такую конструкцию конструкции, мы ввели процесс предварительного восстановления с контролируемым временем восстановления для получения сетки частично восстановленного оксида графена (GO) с последующим удалением кислородсодержащих функциональных групп при 800 ° C в течение 2 часов в атмосфере аргона (красный маршрут на рисунке 1A).Сетчатую структуру с размером пор от нескольких до десятков микрометров наблюдали с помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ), где стенки пор состояли из частично перекрывающихся листов графена, что подтверждено ПЭМ высокого разрешения (рисунки 1B и S1a, b). Напротив, обычная графеновая сеть, созданная путем одноэтапного полного восстановления (серый маршрут на рисунке 1A), всегда состоит из уложенных друг на друга листов графена, которые не могут функционировать как растягиваемое устройство (рисунок 1C) .41, 42 Дифракция рентгеновских лучей (XRD, Рисунок 1D) и рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (XPS, Рисунок 1E) были проведены для выявления эволюции микроструктуры.Как показано на спектрах XRD, процесс предварительного восстановления привел к эффективному расслаиванию восстановленного оксида графена (rGO) и частичному перекрытию соседних листов, обозначенному слабым пиком при 2θ = 23,16 ° (синяя кривая на рисунке 1D). Затем структура была «усилена» отжигом аргона с резким подъемом пика XRD при 2θ = 26,01 ° (красная кривая на рис. 1D), что означает высокую степень восстановления GO с расстоянием между слоями 0,34 нм. Иными словами, графеновая сеть, уменьшенная за один шаг, показала более высокое расстояние между слоями (0.38 нм), рассчитанный по широкому дифракционному пику при 2θ = 23,20 °, наблюдаемому для обычной графеновой сетки с уложенными друг на друга листами графена (серая кривая на рисунке 1D), что свидетельствует о сильном наложении π-π между листами графена, а также о наличии остаточного кислорода. содержащие функциональные группы. Вариация элементного состава определялась с помощью XPS-анализа. Как показано на рисунке 1E, интенсивность пика, соответствующего углероду, расположенному при 284,6 эВ, увеличивалась от GO (черная кривая на рисунке 1E) до перекрывающейся сети rGO (синяя кривая на рисунке 1E) и нашей графеновой сети (красная кривая на рисунке 1E). , а изменение содержания кислорода (на 530.6 эВ) показали обратную тенденцию. Анализ XPS дополнительно подтвердил частичное восстановление (атомное отношение C / O составляет 4,51) листов GO во время процесса предварительного восстановления и более высокую степень восстановления (атомное отношение C / O 19,84) GO во время процесса отжига. Интенсивность пика, соответствующего углероду и кислороду одноэтапно восстановленной графеновой сетки (серая кривая на рисунке 1E), находится между перекрывающейся сеткой rGO (синяя кривая на рисунке 1E) и нашей графеновой сеткой (красная кривая на рисунке 1E). , что указывает на наличие большого количества остаточных кислородсодержащих функциональных групп (атомная концентрация O составляет 9.40%) является результатом умеренной степени восстановления по сравнению с нашей графеновой сеткой (атомная концентрация O составляет 2,86%). Пропитка полидиметилсилоксаном (ПДМС) (Sylgard 184, Dow Corning) с измененной вязкостью (10: 1) и температурой отверждения (60 ° C в течение 4 часов) обеспечила структуру с высокой растяжимостью и обратимостью. В качестве прочного каркаса графеновая сеть может быть пропитана PDMS, сохраняя при этом свою структуру в композите, как показано с помощью SEM (рисунок S1c) и изображения датчика деформации (рисунок S1d), полученного оптическим микроскопом.По сравнению с изменением относительного сопротивления ~ 55% при максимальном растяжении на 30% тензодатчика на основе одноэтапного полного восстановления многослойной графеновой сети, наш тензодатчик показал повышенную максимальную растяжимость (70%) и изменение относительного сопротивления (517% ниже 70% растяжения), который может ощущать напряжение, прикрепляясь к согнутому локтю (рис. 1F). Из-за технической сложности наблюдения с помощью SEM на углеродном композите образец датчика деформации был разрезан на куски толщиной ~ 0,5 мм, и структурная деформация, связанная с деформацией растяжения (0% -70%), наблюдалась под оптической микроскопией.В цикле растяжения / высвобождения PDMS производит обратимую деформацию из-за подвижности полимерных цепей и используется в качестве манипулятора, который может равномерно передавать приложенное напряжение к графеновой сети внутри. Деформация растяжения поглощалась удлинением элементарной ячейки в направлении приложенной деформации. После снятия напряжения клетка могла вернуться в исходное состояние для обеспечения структурной целостности.

Датчик деформации на основе частично перекрывающейся графеновой сети.A. Иллюстрация процесса изготовления графеновой сети, приготовленной двумя разными способами. СЭМ и ПЭМ изображения (B) частично перекрывающейся графеновой сети и (C) многослойной графеновой сети. (D) картины XRD и (E) спектры широкого сканирования XPS GO, сети rGO, частично перекрывающейся графеновой сети и многослойной графеновой сети. F. Сравнение относительного изменения сопротивления в зависимости от деформации датчика деформации на основе графеновой сетки, полученной двумя разными методами. На вставке: изображения сенсора деформации, полученные с помощью оптического микроскопа, на основе частично перекрывающейся графеновой сетки при деформации 0% и 70%; изображение с оптической камеры растягиваемого датчика деформации, прикрепленного к согнутому локтю для обнаружения пятна.GO, оксид графена; СЭМ, растровый электронный микроскоп; ПЭМ, просвечивающий электронный микроскоп; XPS, рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия; XRD, дифракция рентгеновских лучей

Наблюдение с помощью ПЭМ на месте дополнительно выявило деформацию взаимосвязанной области соседних графеновых листов в ходе цикла растяжения / освобождения (рис. 2А). Красной пунктирной линией отмечен край перекрытия. При нагрузке в направлении стрелки на графике (панели для растяжения на фиг. 2A) край постепенно перемещался в направлении приложенной силы, указывая на то, что частично перекрывающиеся листы графена производили относительное скольжение.Поскольку межсоединение опосредовано силами Ван-дер-Ваальса, 41 которые относительно слабее, чем химическая связь, скольжение графеновых листов происходило легко, не вызывая каких-либо структурных повреждений. После снятия нагрузки (панели для снятия нагрузки на рис. 2А) они могли вернуться в исходное положение и оставаться в хорошем контакте друг с другом. Как показано на рисунке 2B, схема элементарной ячейки может быть растянута, потому что скольжение соседних листов графена и их площадь перекрытия уменьшились, что привело к увеличению сопротивления.Он аналогичен механизму работы ползункового реостата, в котором сопротивление изменяется перемещением ползунка по катушке из проволоки сопротивления. Высокая плотность этих наноразмерных реостатов слайдов была подключена через сетевую конструкцию, что привело к чувствительности нашего тензодатчика.

Рабочий механизм тензодатчика. A. Наблюдение с помощью просвечивающего электронного микроскопа на месте структурной деформации частично перекрывающейся графеновой сетки при растяжении и высвобождении.B, Схема элементарной ячейки графеновой сетки в начальном и растянутом состояниях. Перекрывающиеся листы графена моделировались как реостат слайда. C. Схема «слайд-реостата» графена и плоскостное скольжение листов графена. ПЭМ, просвечивающий электронный микроскоп

Здесь мы хотели бы подчеркнуть важность конструкции «скользящего реостата», которая сыграет ключевую роль в обеспечении исключительной стабильности чувствительности нашего тензодатчика (см. Ниже). Работа сетевого «скользящего реостата» показывает полную восстанавливаемость после деформации конструкции и дает изменение электрического сопротивления в пределах локального проскальзывания.Эта особенность позволяет датчику деформации выдерживать напряжение с минимальным разрушением микроструктуры, на что указывает замкнутый контур изменения относительного сопротивления ΔR / R ₀ ( ΔR : изменение электрического сопротивления, R ₀: электрическое сопротивление без деформации) как функция деформации даже при 10000-м цикле (Рисунок S2). Это принципиально отличается от изменения площади контакта в результате скольжения в плоскости проводящих материалов (например, УНТ, 19, 21, графена, 27, 31, 32 и нанопроволоки 34, 36), как показано в предыдущих отчетах (рис. 2С).Из-за отсутствия трехмерной структурной координации деформация не может быть восстановлена на основе случайного создания положения касания и после снятия напряжения. Как описано в предыдущих исследованиях, из-за отсутствия трехмерной структурной координации расстояние между проводящими материалами и внешним полимером26, 32 или распространение растрескивания 30 всегда присутствовало в структуре при нагружении / разгрузке, что приводило к необратимое увеличение « R ₀» или «тока» (рассматриваемое как большой разрыв / сдвиг в их значениях между нагрузкой и разгрузкой), что действительно является общей проблемой ограниченной устойчивости, вызванной конструктивным дизайном устройств на сегодняшний день.Напротив, конструкция нашего материала «скользящий реостат» обеспечивает циклическое изменение электрического сопротивления на основе локального проскальзывания, что приводит к почти полному восстановлению изменения относительного сопротивления ( ΔR / R ₀) до исходное состояние (рисунок S2a). Конструкция, основанная на таком полностью восстанавливаемом реостате скольжения, выявляет сильную зависимость чувствительных свойств от плотности графеновой сетки, которая может напрямую контролироваться концентрацией дисперсии GO.Таким образом, чувствительные свойства могут быть точно настроены и оптимизированы для удовлетворения требований различных приложений.

Чувствительные свойства тензодатчиков были адаптированы на основе производства графеновых сеток с различной массовой плотностью с использованием концентрации дисперсии GO от 1 до 7 мг / мл ^-1. Наблюдение с помощью SEM показало, что изменение структуры графеновых сетей с массовой плотностью варьировалось от 4,8 до 40,1 мг / см ^-3 при повышенной концентрации GO (рис. 3A).Как видно, увеличение плотности на один порядок приводит к уменьшению размера пор с ~ 73 до ~ 4 мкм с увеличением толщины стенки с ~ 19 до ~ 131 нм (рис. 3В). При инфильтрации PDMS модуль Юнга датчиков деформации поддерживался в диапазоне (1,3 ~ 1,7 МПа), близком к таковому для кожи человека (2,1 МПа) 43, по их гибкости во время операции (рис. 3C).

Оптимизация чувствительности. A, СЭМ-изображения частично перекрывающейся графеновой сети при различной плотности массы от 4.8 и 40,1 мг / см ³. B: размер пор и толщина стенок графеновых сетей в зависимости от плотности массы. C, модуль Юнга датчика деформации в зависимости от плотности графеновой сетки. Врезка: сравнение модуля Юнга датчика деформации и кожи человека. D, максимальная растяжимость и соответствующее изменение относительного сопротивления тензодатчиков в зависимости от плотности графеновой сетки. E, калибровочный коэффициент датчика деформации как функция массовой плотности графеновой сетки при максимальной деформации растяжения каждого образца.СЭМ, растровый электронный микроскоп

Максимальная растяжимость при каждой удельной массовой плотности не показывала монотонного увеличения с массовой плотностью графеновой сетки. Максимальная деформация увеличилась с ~ 31% до ~ 65% деформация при увеличении плотности с 4,8 до 14,3 мг / см ^-3, а затем постепенно снизилась до ~ 16% при дальнейшем увеличении плотности до 40,1 мг / см ^-3 . Приписываемое рабочему механизму, аналогичному реостату ползуна, изменение относительного сопротивления ΔR / R ₀ показало точно такую же тенденцию с растяжимостью, которая была связана с диапазоном относительного проскальзывания между листами графена (рис. 3D).Иными словами, максимальный калибровочный коэффициент, полученный из ( ΔR / R ₀) / ε ( ε — соответствующая деформация), уменьшился с 9,8 до 3,2 с увеличением плотности графеновой сетки (рис. 3E).

Для более глубокого понимания правила настройки чувствительности через структурный контроль, мы изучили микроскопическую структурную эволюцию тензодатчиков, изготовленных из графеновых сеток с плотностью 8.6, 14,3 и 32,4 мг / см ⁻³ (рис. 4). В сочетании с наблюдениями SEM на рисунке 3A, мы обнаружили, что плотности 8,6 мг / см ^-3 были порогом для образования непрерывной графеновой сетки, которая требует достаточного количества листов графена из дисперсионного раствора. Графеновая сеть с плотностью 8,6 мг / см ⁻³ показала относительно меньшее количество узлов соединения с меньшей площадью перекрытия (красная черта на схемах на правой панели рисунка 4). Перекрывающаяся часть легко отделялась при меньшей деформации, что приводило к ограниченной растяжимости (рис. 3D).Однако из-за такой необратимой деформации конструкции может увеличиться калибровочный фактор (рис. 3E). При плотности 14,3 мг / см ⁻³ наблюдалось больше участков соединения с увеличенной площадью перекрытия листов графена. Между соседними листами графена будет доступно большее проскальзывание, что обеспечит структурную целостность при большей приложенной деформации, что продемонстрировало улучшенную растяжимость с повышенным изменением относительного сопротивления ( ΔR / R ₀).За пределами 14,3 мг / см ^-3, как показано на примере образца 32,4 мг / см ^-3, чрезмерное перекрытие с участками соединения ограничивало относительное скольжение между листами графена. Это напоминало то, что чрезмерное сшивание полимерного материала трансформировало свойство материала из каучукового в пластичное из-за ограничения подвижности полимерных цепей и вызывало ухудшение как растяжимости (рис. 3D), так и чувствительности (рис. 3Е).

Структурная деформация тензодатчиков, изготовленных из графеновых сеток с различной плотностью массы.Изображения тензодатчиков, полученные в оптическом микроскопе с различной плотностью графеновой сетки в начальном и максимальном растянутом состояниях (слева). Соответствующая схема структурной деформации графеновой сетки (справа)

Понимание правила настройки может послужить подходом к изготовлению серии тензодатчиков для различных приложений. Датчик деформации, изготовленный из графеновой сетки низкой плотности (4,8 мг / см ⁻³), показывает такую высокую чувствительность (коэффициент измерения: 9.8) с умеренной растяжимостью (35%) подходит для обнаружения небольших движений тела (например, устройство для наблюдения за людьми с апноэ во сне). Напротив, для крупномасштабного обнаружения движений тела датчик деформации, изготовленный с графеновой сеткой с плотностью 14,3 мг / см ³, показывает, что можно использовать большую растяжимость (65%) (например, при реабилитационном обучении пациента).

Датчик деформации, изготовленный из графеновой сетки с плотностью 14,3 мг / см. ⁻³ был выбран для последующей характеризации путем всестороннего учета растяжимости и чувствительности.Чувствительные свойства, включая гистерезисное поведение, частотную зависимость, температурную зависимость и долговечность тензодатчика, были дополнительно исследованы, и результаты представлены на рисунке 5. Относительное изменение сопротивления ( ΔR / R ₀) было использовано для представляют чувствительные свойства тензодатчика на основе линейных вольт-амперных кривых при различных уровнях деформации в диапазоне от 1% до 60%, показывая, что электрическое сопротивление было постоянным для каждой деформации (Рисунок S3).

Стабильная чувствительность тензодатчика. A: изменение относительного сопротивления в зависимости от кривых деформации тензодатчика при увеличении деформации от 1% до 60%. Относительное изменение сопротивления тензодатчика при различных деформациях (1% -60%) в диапазоне (B) частоты от 0,1 до 5 Гц и (C) диапазона температуры от -45 ° C до 180 ° C. D, относительное изменение сопротивления тензодатчика при различных деформациях (1% -60%) для циклических испытаний

Стабильный отклик тензодатчика был представлен замкнутыми контурами изменения относительного сопротивления ( ΔR / R ₀) по сравнению с деформацией от 1% до 60% (рис. 5A), охватывающей весь диапазон человеческого движения тела (<50%).7 Следует отметить, что замкнутые контуры означают, что изменение относительного сопротивления при различных деформациях было основано на полном диапазоне восстановления сетевого «скользящего реостата» от структурной деформации. При 1%, 10% и 20% кривая отпускания перекрывалась кривой нагрузки, что указывает на отсутствие гистерезиса в отклике тензодатчика в этом диапазоне. При больших деформациях (40% и 60%) наблюдались узкие кривые гистерезиса, что, как полагают, связано со свойством ползучести PDMS.Кроме того, тензодатчик также показал быстрый отклик, а время отклика на квазипереходную ступенчатую деформацию 1% составило ~ 175 мс (рис. S4).

Чтобы отслеживать различные движения человеческого тела на разных частотах, мы измерили относительное изменение сопротивления тензодатчика в диапазоне частот от 0,1 до 5 Гц, который охватывает частоты движения повседневной деятельности человека при различных деформациях растяжения. Например, медленная ходьба вызывает большую деформацию (~ 45%) и низкую частоту (~ 0.5 Гц). Напротив, пульс человеческого запястья после тренировки вызывает очень маленькую деформацию (~ 0,1% напряжения) и высокую частоту (~ 2 Гц). Как показано на рисунке 5B, относительное изменение сопротивления ( ΔR / R ₀) тензодатчика показало, что незначительные изменения частоты находятся в диапазоне от 0,1 до 5 Гц для деформаций от 1% до 60%, что указывает на стабильность частоты тензодатчиков по частотам движения повседневной деятельности человека.

Термическая стабильность тензодатчиков была дополнительно проверена при воздействии различных деформаций растяжения при повышении температуры от -45 ° C до 180 ° C (рис. 5C).Относительное изменение сопротивления ( ΔR / R ₀) было почти постоянным в диапазоне от -45 ° C до 180 ° C при различных деформациях (1% -60%), что указывает на относительно широкий диапазон рабочих температур нашего тензодатчика. . Ожидается, что такая возможность будет полезна передовой робототехнике для работы в суровых условиях. Температурно-стабильный отклик нашего тензодатчика был выгоден благодаря конструкции динамической структуры, в которой высокоплотные «скользящие реостаты» были объединены в трехмерную сеть.Конструкция сохраняет целостность за счет саморегулирования в зависимости от теплового расширения окружающего насыпного материала. Для обычного тензодатчика, основанного на механизме скольжения в плоскости, контакт проводящих наполнителей трудно удерживать, когда они подвергаются тепловому расширению, что приводит к ухудшению свойств при повышении температуры.44

Чтобы проверить долговечность, тензодатчики были подвергнуты многократным циклам при нагрузках от 1% до 60% с частотой 1 Гц (рисунки 5D и S5).Образец работал с деформацией 1%, 10%, 20%, 40% и 60% при примерно 100 000, 80 000, 67 000, 48 000 и 10 000 циклов соответственно. По сравнению с интегрированными в графем полимерными волокнами26 и фрагментами графена 32, показывающими 10 ⁴ циклов при деформации 50%, где сдвиг сопротивления между кривыми нагрузки и разгрузки действительно не является незначительным, мы убедительно продемонстрировали непрерывную загрузку / выгрузку замкнутых контуров, чтобы продемонстрировать заметная повышенная стабильность (Рисунок S2).Неустойчивость в конце развертки деформации была вызвана проскальзыванием или растрескиванием образца на зажимах. Все эти испытания, то есть почти 300 000 циклов, проводились на одном образце непрерывно.

Чувствительные свойства тензодатчика делают его привлекательным для мониторинга движений человеческого тела во всем диапазоне, начиная от мелкомасштабных движений (например, тонких движений пульса запястья, дыхания и речи) до крупномасштабных движений (например, сгибание движения ног) (Рисунок 6А).Для обнаружения различных движений человеческого тела датчик деформации был прикреплен к телу человека с помощью липкого силиконового эластомера (4717 A / B, Bluestar Silicones) и ленты на двух концах датчика деформации. В качестве показателей жизнедеятельности важно определять пульс и дыхание на запястье для личного здоровья. Число пульсов на запястье составляло 15 в течение 10 секунд, и данные были в пределах нормы для здорового взрослого человека (рис. 6В). Прикрепив датчик деформации к грудной области человеческого тела, датчик может отслеживать различные модели дыхания (глубокое, нормальное и нервное дыхание) с непрерывными изменениями относительного сопротивления при повторяющемся дыхании (рис. 6C).Пики и спады были отнесены к растяжению и сокращению грудной клетки соответственно. Амплитуда и частота различных паттернов дыхания могут регистрироваться в реальном времени. Предполагается, что это свойство будет использоваться в качестве устройства для наблюдения за людьми с апноэ во сне. Датчик деформации мог контролировать речь, обнаруживая сложные движения кожи шеи, как показано на рисунке 6D. Датчик деформации мог обнаруживать движения кожи, когда тестировщик произносил разные слова, например «Привет» и «Мир». Растяжение кожи лица, связанное с различными движениями щек, также может быть обнаружено повторяющимся образом (рис. 6E).Как можно видеть, относительное изменение сопротивления тензодатчика, произведенное тестером, выпяченным из щеки, отличалось от изменения сопротивления тестера, открывшего рот, в результате различной степени деформации кожи лица. Чтобы ощутить масштабные движения человеческого тела, мы прикрепили датчик деформации к коленному суставу, где максимальная деформация составляла ~ 50%. Хотя деформация коленного сустава была сложной, датчик деформации мог отслеживать различные движения, включая сгибание коленного сустава, ходьбу и приседание (рис. 6F).

Демонстрация тензодатчика для мониторинга здоровья человека. А. Фотографии тензодатчика, прикрепленные к разным положениям человеческого тела, для полного мониторинга движений тела. Относительные изменения сопротивления датчика деформации в зависимости от времени для (B) пульса на запястье, (C) дыхания, (D) речи, (E) кожи лица, (F) движений в коленных суставах (сгибание, ходьба и приседание) и ( G) движения запястья

Помимо растяжения, датчик деформации также показал реакцию на другие типы деформации, такие как изгиб, скручивание и сжатие (Рисунок S6).Например, мы использовали датчик деформации для отслеживания различных типов движений запястья человека (рис. 6G). Мы обнаружили, что электрическое сопротивление увеличивалось, когда тензодатчик подвергался растягивающей деформации, создаваемой согнутым вперед запястьем. Во время изгиба назад относительное изменение сопротивления было меньше, чем при изгибе вперед, из-за синергетического эффекта сжатия и деформации изгиба. Скручивание запястья привело к увеличению электрического сопротивления. Эти результаты ясно демонстрируют, что наш тензодатчик подходил для полномасштабного мониторинга движений человеческого тела.

3 ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В заключение, мы создали класс датчиков деформации путем сборки частично перекрывающихся листов графена со своеобразной динамической структурой, напоминающей реостат ползуна, работающий в электронике. Конструкция скользящего реостата из графена является ключом к необычайной стабильности наших тензодатчиков за счет управления изменением электрического сопротивления в пределах локального проскальзывания. Долговечность до 300 000 циклов, стабильность в диапазоне температур от −45 ° C до 180 ° C и частотного диапазона от 0.От 1 до 5 Гц были продемонстрированы вместе с растяжимостью, охватывающей весь диапазон движений человеческого тела (70%). Между тем, рабочий механизм графенового «реостата скольжения» обеспечивает прямой путь настройки чувствительных свойств для удовлетворения требований различных приложений. Методики, разработанные в этом исследовании для подготовки материалов и создания / интеграции устройств с датчиками деформации, применимы для разработки различных новых многофункциональных сенсорных устройств для многих других приложений, включая кожу роботов, протезы конечностей и носимую электронику.

4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Синтез частично перекрывающейся графеновой сети : GO был приготовлен в соответствии с модифицированным методом Хаммерса.45 Затем дисперсия GO в концентрациях от 1 до 7 мг / мл ^-1 была приготовлена обработкой ультразвуком в ванне в течение 3 часов. Частично перекрывающиеся графеновые сетки были синтезированы методом «предварительное восстановление — упрочнение отжигом». В типичном эксперименте бисульфит натрия (0,25 г) добавляли в чашку Петри (диаметр: 120 мм), содержащую дисперсию GO (30 мл) в различных концентрациях, при интенсивном перемешивании на магнитной мешалке до полного растворения.Смесь нагревали при 95 ° C в течение 40 минут с образованием частично перекрывающейся сетки rGO. Круговую сеть rGO можно разрезать на полосы (50 мм × 10 мм × 1 мм) с помощью ножа. Затем предварительно приготовленные полоски диализовали против деионизированной воды в течение 3 дней для удаления остаточных неорганических соединений. После сушки вымораживанием в течение 48 часов сетка rGO была помещена в трубчатую печь и отожжена при 800 ° C в течение 2 часов в атмосфере аргона для получения частично перекрывающейся сетки графена.

Синтез многослойной графеновой сети : Многоступенчатая графеновая сеть была синтезирована одностадийным методом полного химического восстановления.Бисульфит натрия (0,25 г) добавляли в чашку Петри (диаметр: 120 мм), содержащую дисперсию GO (30 мл) в концентрации 3 мг / мл ^-1, при интенсивном перемешивании на магнитной мешалке до полного растворения. Смесь нагревали при 95 ° C в течение 3 часов с образованием многослойной графеновой сетки. После сублимационной сушки была получена многослойная графеновая сетка.

Конструкция датчиков деформации : датчики напряжения были изготовлены с помощью следующей процедуры: форполимер PDMS, вязкая смесь основы / отвердителя (10: 1, вес / вес) (Sylgard 184, Dow Corning) перемешивали в течение 30 минут. с последующей дегазацией в вакуумной печи в течение 30 минут.Для получения небольшого контактного сопротивления медные проволоки соединяли с графеновыми сетками (50 мм × 10 мм × 1 мм) с помощью серебряной пасты перед пропиткой преполимером PDMS. Затем графеновые сети были помещены на поверхность PDMS для пропитывания графеновых сетей форполимером PDMS. Затем композит дегазировали в вакуумной печи в течение еще 30 минут и подвергали термическому отверждению при 60 ° C в течение 4 часов. Тензодатчики были прикреплены к целевым позициям человеческого тела с помощью адгезивного силиконового эластомера (4717 A / B, Bluestar Silicones) и ленты на двух концах тензодатчика.Длина датчика деформации, прикрепленного к запястью, груди, шее, щеке и колену, составляла 5 см.

Характеристика : Морфологию наблюдали с помощью автоэмиссионного сканирующего электронного микроскопа (Nova Nano SEM 450). ТЕМ-наблюдение проводилось на Hitachi HF-3300 TEM / STEM. Графеновая сеть была подвешена над самодельным устройством, которое затем было установлено на специальном держателе ТЕМ и помещено в камеру ТЕМ для испытаний на растяжение. Оптические изображения были получены с помощью микроскопа Nikon ECLIPSE LV150 с камерой Nikon Digital Sight DS-Fi1.Структура проверена методом XRD (PANalytical B.V.). Данные XPS собирали на системе VG MultiLab 2000 с монохроматическим источником рентгеновского излучения Al Kα (ThermoVG Scientifi c). Для проверки чувствительных свойств испытания на растяжение / отпускание проводились на универсальной испытательной машине Shimadzu (AGS-5KNX), а изменения электрического сопротивления регистрировались с помощью цифрового измерителя источника (цифровые мультиметры Agilent 34461A). Вольт-амперные кривые снимали на электрохимической станции CHI 660C (CH Instruments Inc.). Для проверки чувствительности тензодатчика при различных температурах и частотах использовался динамический механический анализатор (RSA-G2, TA Instruments).

БЛАГОДАРНОСТИ

Авторы выражают благодарность за финансовую поддержку Национальному фонду естественных наук Китая (грант № 51572095), программам прикладных фундаментальных исследований города Ухань (грант № 2018010401011282) и Фонду естественных наук провинции Хубэй, Китай (грант №2018CFA049).

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

4-20 мА

Контроль файлов cookie

Мы используем файлы cookie, чтобы обеспечить вам лучший опыт на нашем веб-сайте. Если вы продолжите использовать этот сайт, мы будем считать, что он вам нравится.

Подробнее

Принять

Как использовать потенциометр в качестве симулятора аналогового сигнала 4-20 мА своими руками.

Вы используете этот документ на свой страх и риск, ошибки в расчетах или неправильный выбор компонентов могут привести к повреждению оборудования.

Подключение потенциометра.

В этом примере мы используем аналого-цифровой преобразователь, который работает при максимальном входном напряжении 5 вольт. Для передачи токового сигнала с 4-20 мА на сигнал напряжения нам понадобится резистор на 250 Ом (5 В / 20 мА = 250 Ом). Потенциометр должен быть подключен, как показано на схеме ниже.

Расчет сопротивления для потенциометра 4-20 мА

Если известно напряжение источника питания, можно рассчитать сопротивление потенциометра и последовательное сопротивление. Последовательный резистор необходим для ограничения тока до 20 мА. Во многих системах управления в качестве напряжения питания используется 24 В постоянного тока. Для ограничения тока до 20 мА необходимо сопротивление (24 В / 20 мА = 1200 Ом). Этот ток будет течь, когда потенциометр находится на своем пределе и имеет сопротивление 0 Ом, поэтому общее сопротивление — это сопротивление измерительного резистора (Rm) и последовательного резистора, измерительный резистор составляет 250 Ом, поэтому последовательный резистор должно быть 1200 — 250 = 950 Ом.Резистор на 950 Ом отсутствует в выборе E12. Мы используем резистор 820 Ом, что является стандартным значением из выбора E12. Далее нам необходимо рассчитать значение сопротивления для потенциометра. Нам нужно рассчитать сопротивление, чтобы создать ток 4 мА. Для создания сигнала 4 мА нам необходимо сопротивление 24 В / 4 мА = 6000 Ом. Сопротивление Rm составляет 250 Ом, последовательное сопротивление 820 Ом, поэтому для потенциометра необходимо сопротивление 6000-820-250 = 4930 Ом. Потенциометр с сопротивлением 4930 Ом достать нелегко, это не стандартное значение для потенциометров.Стандартные значения для потенциометров — 4700 Ом и 5000 Ом. При значении 4700 Ом невозможно достичь тока 4 мА, поэтому мы выбираем потенциометр на 5000 Ом.

Можно установить следующие токи:
Минимальный ток: 24 / (5000 + 820 + 250) = 3,96 мА
Максимальный ток: 24 / (820 + 250) = 22,4 мА.

С помощью этого потенциометра и последовательного резистора ток от 4 до 20 мА можно моделировать поворотом потенциометра.

Недостаток использования потенциометра для имитатора 4-20мА.

Потенциометр — это регулируемый резистор, его нельзя использовать для регулирования тока, поэтому данный метод имеет следующие недостатки:

На графике показано положение потенциометра 4-20 мА в зависимости от тока. Как показано на графике, поворот потенциометра от 0 до 50% приводит к изменению тока на 2,7 мА, а поворот от 50 до 100% приводит к изменению тока на 15,7 мА. Точная установка тока между 18 и 20 мА очень трудна.
Значение резисторов будет отличаться на +/- 10% из-за допусков при производстве.Это повлияет на ток, который, следовательно, может отличаться от расчетного.
Мощность, рассеиваемая в последовательном сопротивлении, составляет 0,33 Вт при 20 мА, мощность 0,01 Вт при 4 мА. Это изменение рассеиваемой мощности повлияет на температуру резистора и, следовательно, на сопротивление. Это изменение значения сопротивления повлияет на ток. Ток не будет стабильным с течением времени из-за нагрева и охлаждения этого резистора.
Ошибки при вычислении могут вызвать повреждение подключенного устройства 4–20 мА.

Лучшая альтернатива симулятору 4-20 мА с потенциометром

Линейный потенциометр DIVIZE 4-20 мА лишен этих недостатков. На схеме представлена упрощенная схема потенциометра DIVIZE 4-20 мА.
Ток устанавливается потенциометром (RP). На этот потенциометр подается постоянное напряжение через стабилитрон (Z1). Напряжение от потенциометра передается усилителем (U1) и транзистором (T1) в виде тока.Ток измеряется резистором (RM) и возвращается на усилитель (U1). Этот усилитель управляет транзистором, чтобы гарантировать, что установленный ток протекает независимо от напряжения питания, температуры и нагрузки в цепи.

Поскольку на потенциометр подается постоянное напряжение, выходное напряжение линейно зависит от положения оси потенциометра.

Купить потенциометр 4-20 мА онлайн

Потенциометр 4-20 мА, также известный как имитатор 4-20 мА или тестер токовой петли, продается в Интернете.Доступны различные типы в зависимости от использования, например, входные испытания PCS или полевые испытания в штучной упаковке и типы для монтажа на панели имеются в наличии.

Альтернативных гипотез для контроля потенциалов восстановления тиоредоксина

Реферат

Тиоредоксины — это небольшие растворимые белки, содержащие окислительно-восстановительный дисульфид (CXXC). Эти дисульфиды настроены на окислительный или восстанавливающий потенциалы в зависимости от функции тиоредоксина в клетке.Механизм, с помощью которого настраивается потенциал, был спорным, с двумя основными гипотезами: во-первых, что окислительно-восстановительный потенциал ( E _m ) специфически регулируется молекулярным «реостатом» — аминокислотами XX, которые влияют на Cys pK. _a значений, и, следовательно, E _m ; и во-вторых, общая термодинамика стабильности укладки белка регулирует потенциал. Здесь мы используем вольтамперометрию белковой пленки (PFV) для измерения pH-зависимости окислительно-восстановительных потенциалов ряда Trxs дикого типа и мутантных архей Trxs, PFV и глутатионинового равновесия для подтверждения измеренных потенциалов, флуоресцентный зонд BADAN для измерения pK _a значений, денатурация на основе гуанидиния для измерения разворачивания белка и рентгеновская кристаллография для обеспечения структурной основы для наших функциональных анализов.Мы обнаружили, что когда эти архейные тиоредоксины исследуются непосредственно с использованием PFV, тиоредоксины с высоким и низким потенциалом демонстрируют согласованное связывание 2H ⁺: 2e ^— в физиологическом диапазоне pH, что противоречит традиционной модели «реостата». Вместо этого измерения сворачивания показывают отличную корреляцию с потенциалами восстановления, подтверждая вторую гипотезу и раскрывая молекулярный механизм контроля потенциала восстановления в повсеместно распространенном семействе Trx.

Образец цитирования: Bewley KD, Dey M, Bjork RE, Mitra S, Chobot SE, Drennan CL, et al.(2015) Rheostat Re-Wired: Альтернативные гипотезы для контроля потенциалов восстановления тиоредоксина. PLoS ONE 10 (4): e0122466. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0122466

Академический редактор: Луис Эдуардо Соарес Нетто, Институт биологии — Университет Сан-Паулу, БРАЗИЛИЯ

Поступила: 31 июля 2014 г .; Одобрена: 11 февраля 2015 г .; Опубликован: 13 апреля 2015 г.

Авторские права: © 2015 Bewley et al.Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии указания автора и источника.

Доступность данных: Все соответствующие данные находятся в пределах документ и вспомогательные информационные файлы к нему. Рентгеноструктурные данные депонированы в репозитории Protein Data Bank и имеют PDB ID 4XHM.pdb.

Финансирование: Эта работа была поддержана Национальным научным фондом (MCB 1122977), премией семьи Смит для новых исследователей (SJE) и Программой возможностей исследований бакалавриата Бостонского университета (SEC).CLD — исследователь Медицинского института Говарда Хьюза. Финансирующие организации не играли никакой роли в дизайне исследования, сборе и анализе данных, принятии решения о публикации или подготовке рукописи.

Конкурирующие интересы: Авторы заявили об отсутствии конкурирующих интересов.

Введение

Тиоредоксины и тиоредоксиноподобные белки (глутаредоксины и протеин-дисульфид-изомеразы) широко распространены в природе и встречаются во всех царствах жизни [1]. Эти дисульфид / дитиол оксидоредуктазы функционируют через открытую на поверхности окислительно-восстановительную дисульфидную связь.Клеточные функции этих белков варьируются от переноса электронов в ответ на окислительный стресс до сворачивания и рефолдинга белков [1,2], в то время как их различные функции связаны с диапазоном окислительно-восстановительных потенциалов, охватываемых дисульфидной связью, почти 300 мВ. [3,4]. Окислительные белки, такие как DsbA и протеин-дисульфидизомераза (PDI), способствуют укладке белков и имеют дисульфидные связи с высокими окислительно-восстановительными потенциалами: зарегистрированные значения варьируются от -89 мВ до -124 мВ [5-8] и от -110 мВ до -190. мВ [9,10] соответственно.Классические тиоредоксины, такие как Trx1 из E . coli , обладают дисульфидными связями с низким окислительно-восстановительным потенциалом (-270 мВ [11]) и обладают способностью отдавать электроны своим белкам-партнерам, одним из которых является рибонуклеотидредуктаза [12].

Один из основных вопросов, который возникает при изучении тиоредоксинов, заключается в том, почему дисульфидные связи одних членов этого суперсемейства «окисляют», а других «восстанавливают»? Что определяет окислительно-восстановительный потенциал окислительно-восстановительной пары дисульфид / дитиол? Понимание молекулярной основы этих различий было темой текущих исследований в течение нескольких десятилетий [4–6,8,9,11,13–17], при этом большинство исследований было сосредоточено на E . coli, белков Trx1 и DsbA и их различные мутанты [4–6,11,13–16]. Из представленной на сегодняшний день работы можно выделить две преобладающие гипотезы. Во-первых, идентичность мотива CXXC и pK _a N-концевого цистеинтиола в значительной степени определяет окислительно-восстановительный потенциал дисульфидной связи как «реостат» на основе окислительно-восстановительного потенциала [4,5,15]. Например, в DsbA с высоким потенциалом активный сайт CXXC содержит остаток гистидина, который, как предполагалось, связывается водородной связью с N-концевым цистеином в восстановленной форме белка [17], вызывая смещение pKa этого цистеина на меньшее значение (~ 3.5), как было предложено на основе спектроскопических измерений [15,16,18]. Напротив, Trxs с более низким потенциалом (или «восстанавливающие») лишены гистидина в мотиве CXXC, и спектроскопически наблюдаемые значения цистеин-тиол pK _a являются типичными (~ 8) [19]. Согласно модели pK _a [4], окислительно-восстановительный потенциал дисульфидных связей, обнаруженный в Trx как с более высоким, так и с более низким потенциалом, должен быть одинаковым при бесконечно низком pH, а затем расходиться в физиологическом диапазоне pH из-за действия окислительно-восстановительный pK _a значений, что дает теоретическую диаграмму Пурбе, показанную на рис. 1 [4].В частности, расхождение будет происходить при pH выше 3,5 (предлагаемый уникальный pK _a DsbA), поскольку уникальный pK _a, связанный с окислительно-восстановительной парой Trx с более высоким потенциалом, дает процесс 1H ⁺: 2e ^— ( с крутизной -30 мВ / pH). Напротив, белки Trx с дисульфидной связью с более низким потенциалом следуют окислительно-восстановительной реакции 2H ⁺: 2e ^— [20] с наклоном -59 мВ / pH (25 ° C) из-за предполагаемого сходства два значения Cys pK _—.При высоких значениях pH (~ 9) наклон становится пологим (0 мВ / pH) из-за того, что оба цистеина теперь будут протонированы. Однако эта расчетная модель подтверждается экспериментальными данными окислительно-восстановительного потенциала, собранными только при физиологическом pH [4]. Кроме того, основанная на теории модель полагается на значения pK _a, определенные измерениями раствора, которые сами по себе не являются самосогласованными [21]. (Действительно, имеющиеся скудные данные о pH-зависимостях окислительно-восстановительных потенциалов для самого DsbA не обнаруживают четкого разрыва на диаграмме Пурбе [5], [6] и предполагают наклон ~ -49 мВ / pH между двумя значениями. пределы модели pK _{a на базе}).Здесь мы впервые сравниваем полные наборы данных pH-зависимых окислительно-восстановительных потенциалов для белков с высоким и низким потенциалом, содержащих дисульфидные связи, с использованием прямой электрохимии и показываем, что измерения pK _a на основе раствора, полученные спектроскопически, не имеют отношения к прогнозированию окислительно-восстановительного потенциала.

Рис. 1. Теоретическая и экспериментальная диаграммы Пурбе для DsbA и E. coli Trx1.

Используя уравнение Нернста и значения pKa цистеина для DsbA (3.5) и Trx1 (7.1) расчетная зависимость окислительно-восстановительного потенциала от pH дает разницу в окислительно-восстановительном потенциале, которая отражается в различных наклонах на диаграмме Поурбэ для белков с более высоким потенциалом (красный) и белков Trx с более низким потенциалом (черный). .

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0122466.g001

Вторая гипотеза предполагает, что общая укладка белка определяет, будет ли окисленная или восстановленная форма более стабильной термодинамически, и, таким образом, влияет на окислительно-восстановительный потенциал белка. дисульфидная связь [5,6,22,23].Эта точка зрения была подтверждена для DsbA, который, как считается, претерпевает глобальные конформационные изменения при восстановлении, когда окисленное состояние считается «напряженным», а восстановленное состояние более стабильным [6], и данные, согласующиеся с этим механизмом, доступны для E . coli Trx1, который, как полагают, претерпевает только локальные конформационные изменения активного сайта [24]. Как у мутантов дикого типа, так и у мутантов CXXC E . coli Trx1 [13], эта вторая гипотеза может предсказать окислительно-восстановительный потенциал, обнаруженный экспериментально при pH 7.Однако ни одна серия белков Trx не была исследована в параллельном сравнении моделей на основе pK _a и моделей на основе фолдинга.

В этой статье мы систематически проверяем обе гипотезы с серией тиоредоксинов из Archaeoglobus fulgidus (Af) и Thermoplasma acidophilum (Ta) , которые, как было ранее показано, обладают окислительно-восстановительными потенциалами дисульфидной связи от -32 мВ до -287 мВ. при pH 6 [3]. Мы создали различные мутанты, устанавливающие гипотетические высокопотенциальные гистидин-содержащие XX мотивы в низкопотенциальные складки белка Trx.Наши данные включают в себя тщательное электрохимическое исследование, значения pKa цистеина, термодинамические параметры разворачивания, а также кристаллографические данные, показывающие, что Trx архей, используемый в качестве основы мутагенеза, обладает структурой, которая глобально идентична другим каноническим белкам Trx. Вместе эти данные показывают, что спектроскопически определенные значения остатков Cys в архейных белках pK _и не коррелируют с окислительно-восстановительными потенциалами, что дополнительно подтверждается диаграммами Пурбе как для окисляющих, так и для восстанавливающих белков Trx.Напротив, глобальные энергии разворачивания дают отличную корреляцию с потенциалом восстановления, предполагая, что «реостат» CXXC вполне может управляться в большей степени за счет сворачивания, чем конкретная «разводка» на основе pK _a.

Материалы и методы

Мутагенез, экспрессия и очистка белков

Экспрессия и очистка Af Trx1, Af Trx3 [3] и Ta Trx [25] были описаны ранее. Мутанты Af Trx3 были созданы с использованием набора для мутагенеза (Stratagene) и праймеров, перечисленных в таблице S1 .Мутации были подтверждены секвенированием ДНК (Genewiz). Мутанты получали аналогично белку дикого типа. Пустой вектор pET-39b (+) (Novagen) использовали в качестве источника DsbA. Вектор pET-39b (+) был модифицирован путем добавления стоп-кодона в конец С-концевой His-метки. Эта модификация позволила очистить DsbA с помощью His-Tag, но удалила 73 посторонние аминокислоты. Затем DsbA экспрессировали и очищали в тех же условиях, что и Af, Trx3. Для установки стоп-кодона использовали следующие два праймера: прямой 5’-C CAT CAC CAT CAC TGA GCG GGT CTG GTG-3 ’и обратный 5’-CAC CAG ACC CGC TCA GTG ATG GTG ATG G-3’.

Вольтамперометрия протеиновой пленки

Все эксперименты по вольтамперометрии белковой пленки проводили с потенциостатом PGSTAT 12 (Ecochemie), помещенным в клетку Фарадея. Использовали трехэлектродную конфигурацию, а температуру контролировали с помощью циркулятора и ячейки с водяной рубашкой. Установка включала платиновый противоэлектрод, каломельный электрод сравнения и рабочий электрод из пиролитического графита (PGE). Электроды из PGE шлифовали, полировали оксидом алюминия 1 мкм и обрабатывали ультразвуком перед использованием.Белковые пленки получали либо прямым нанесением концентрированного раствора белка на электрод, замачиванием электрода на ночь в разбавленном растворе белка, либо путем центрифугирования. Спин-осаждение достигалось вращением электрода (200 об / мин) в разбавленном растворе белка без приложения напряжения или сканированием в диапазоне потенциалов. Эксперименты проводили с использованием буфера, очищенного аргоном (20 мМ NaAc, HEPES, MES, TAPS, CHES, 50 мМ NaCl) при 10 ° C. Исходные данные каждого эксперимента были вычтены из исходного уровня и проанализированы с использованием SOAS [26].

Измерения равновесия глутатиона

Редокс-равновесие между глутатионом и тиоредоксином [5,9] было использовано для подтверждения среднего потенциала Af Trx3, Af Trx3HP и Af Trx3PH, предполагая эталонный потенциал GSSG / (GSH) ² окислительно-восстановительная пара -240 мВ. Тиоредоксин (1-2 мкМ) уравновешивали 10 мкМ окисленного глутатиона (GSSG, Sigma Aldrich) и различными количествами восстановленного глутатиона (0-200 мМ, GSH, Sigma Aldrich) в очищенном аргоном буфере (100 мМ фосфат натрия, pH 7 с 1 мМ ЭДТА).Реакциям давали уравновеситься в перчаточном боксе MBraun в течение ночи. Для каждого образца снимали спектр флуоресценции (возбуждение 280 нм, испускание 300–400 нм, 25 ° C). Интенсивность при 345 нм строили против [GSH] ² / [GSSG] для получения K _экв., который использовали для расчета средней точки потенциала тиоредоксина, как в ссылках [5,9].

Цистеин тиол pK

Метод определения pKa цистеин-тиола был адаптирован из Lewin et al [27,28].Снижение Trx было достигнуто при 20-кратном превышении DTT. После инкубации в течение 30 минут избыток DTT удаляли с помощью колонки PD-10. Для анализа использовали смешанную буферную систему, состоящую из 50 мМ Трис HCl, цитрата натрия, K ₂ HPO ₄ и CHES или 50 мМ KCl, ацетата, MES и Трис HCl. Идентичные результаты были получены для любой буферной системы. Флуоресцентный зонд БАДАН [6-бромацетил-2-диметиламинонафталин] (AnaSpec) приготавливали свежим в ДМФ каждые 45 минут, поскольку интенсивность собственной флуоресценции снижалась по прошествии этого времени.Восстановленному Trx (0,25 мкМ) давали уравновеситься с буфером с различными значениями pH при 23 ° C. Затем были получены кинетические следы путем добавления БАДАН (3,25 мкМ) и регистрации флуоресцентного излучения при 536 нм (длина волны возбуждения 387 нм) с использованием планшет-ридера SpectraMax M2 (Molecular Devices). Получают начальную скорость (линейную крутизну) реакции, которую наносят на график в зависимости от pH. Было обнаружено, что аналогичные результаты могут быть получены путем построения графика зависимости начальной интенсивности флуоресценции (при использовании равного количества БАДАНа и Trx) от pH.

Флуоресценция разворачивания / рефолдинга белка

В экспериментах по разворачиванию использовали исходный раствор 8 М гидрохлорида гуанидина (Sigma Aldrich), pH 7. Используя различные количества гуанидина и буфера (10 мМ HEPES, 150 мМ NaCl, pH 7), белок (конечная концентрация 5 мкМ) уравновешивали в 0–7 М гуанидин HCl (GdnHCl) в течение 24–72 часов при комнатной температуре. . Эксперименты с окисленным разворачиванием проводили с белком, окисленным воздухом. Для экспериментов с уменьшенным разворачиванием образцы белка предварительно восстанавливали дитиотреитолом (DTT), и к каждому раствору белка / гуанидина добавляли конечную концентрацию 1 мМ DTT, чтобы сохранить белок в его восстановленном состоянии.Также были приготовлены восстановленные образцы, и им позволили уравновесить перчаточный бокс MBraun.

Для сбора данных о развертывании флуоресценции использовали флуориметр Horiba Jobin Yvon FluoroMax 3, используя кварцевую кювету с длиной оптического пути 5 мм x 5 мм, термостатированную при 25 ° C с помощью циркулятора воды. Использовалась длина волны возбуждения 280 нм с шириной щели 2 мм, а спектры излучения собирались при 300–450 нм (ширина щели 3 мм). Данные снимали каждые 1 нм с временем интегрирования 0,5 с.

Кристаллизация белков и рентгеновская кристаллография

Af Trx3HP выращивали при комнатной температуре путем инкубации 1.0 мкл раствора белка с концентрацией 20 мг / мл (в 10 мМ HEPES pH 7,0 и 20 мМ NaCl) и 1,0 мкл раствора осадителя, содержащего 60% Tacsimate, pH 7,0, с использованием метода сидячей капли. Стержневидные кристаллы размером примерно 100–150 мкм росли за 3–4 дня. Кристаллы подвергали криозащите в растворе-осадителе, содержащем 10% глицерина, путем выдерживания в течение 2–5 минут перед мгновенным замораживанием в жидком азоте.

Данные по дифракции рентгеновских лучей были собраны при 100 K на собственном предприятии с использованием IP-детектора Rigaku R-AXIS IV. Впоследствии данные были интегрированы и масштабированы в DENZO и SCALEPACK соответственно [29].Кристаллы принадлежат к орторомбической пространственной группе P2 ₁ 2 ₁ 2 ₁, с двумя молекулами тиоредоксина на асимметричную единицу. Структура была расшифрована с разрешением 1,95 Å путем молекулярной замены с использованием тиоредоксина Staphylococcus aureus (PDB ID 2O7K) в качестве модели поиска. Молекулы воды были удалены из исходной модели поиска, используемой для молекулярного замещения в PHASER [30], которая дала Z-оценку 12,0, предлагая правильное решение. Используя модель бензопилы исходного раствора, правильные остатки и боковые цепи были введены в COOT [31], а ограниченное уточнение в REFMAC [32] из CCP4 Program Suite [33] привело к R _{бесплатно} из 35.0% и _рэнд от 29,9%. Последующие раунды уточнения проводились в CNS [34], которые включали итерационные раунды минимизации энергии, уточнения B-фактора, моделирования отжига. Окончательная очистка была проведена в PHENIX [35], что позволило очистить Cys 59 и Cys 62 как смесь окисленных и восстановленных дисульфидных связей 50:50. Построение модели было выполнено в COOT с использованием SigmaA weighted 2F _o -F _c и F _o -F _c карт.Молекулы воды включались автоматически с помощью COOT и вручную проверялись по картам электронной плотности 2F _o -F _c и F _o -F _c. Структура была проанализирована с использованием составных карт пропускания 2F _o -F _c, а геометрия Рамачандрана была проанализирована с помощью PROCHECK [36]. Последняя модель содержит остатки 25–134 (из 134) для цепи A и остатки 26–134 (из 134) для цепи B (Protein Data Bank (PDB) ID 4XHM.pdb).

Результаты

Повторное подключение «реостата»:

Мутанты Af Trx3, которые изменяли идентичность остатков между двумя цистеинами активного центра, были созданы (, таблица 1, ) для тестирования модели окислительно-восстановительного реостата CXXC, где водородная связь между N-концевым Cys и гистидином в пределах этого предполагается наличие активного сайта [17].Поэтому мы создали мутанты последовательности CMPC дикого типа, заменяя гистидин, а также лизин в положениях ХХ. Как следует из названий, мутант Af, Trx3HP имеет последовательность активного сайта CHPC; Af Trx3PH имеет последовательность CPHC, а Af Trx3KP имеет последовательность CKPC (таблица 1). Они были успешно выражены и очищены.

Чтобы гарантировать, что Af Trx3 является репрезентативным Trx, кристаллическая структура Af Trx3HP была решена до 1.Разрешение 95 Å (см. S2, таблица ). Мутант Af, Trx3HP кристаллизовался лучше, чем мутант дикого типа, и, таким образом, был использован для обеспечения структурного описания этого архейного белка. Структура состоит из двух молекул в асимметричной единице (а.о.), где обе структуры завершены, за исключением первых 25–26 остатков на N-концах, которые неупорядочены. Af Trx3HP разделяет классическую складку Trx, состоящую из центрального ядра из пяти β-тяжей, окруженных четырьмя α-спиралями ( Fig. 2A, ).Петля активного центра находится на конце α-спирали на поверхности белка, где она может взаимодействовать со своими белками-партнерами, чтобы катализировать дисульфидный обмен. В обеих структурах в а.с.у. дисульфидная связь Cys 59-Cys 62, по-видимому, представляет собой смесь окисленных и восстановленных конформаций ~ 50:50 ( Fig 2B и 2C ). Сравнение с E . coli Trx в области активного сайта показывает, что единственное существенное различие заключается в последовательности самой петли CXXC.В частности, различие связано с заменой His (60 в этом мутанте A . fulgidus ) на Gly (33 в E . coli ). Все остальные остатки возле дисульфида активного центра являются консервативными (см. Ниже).

Рис 2. Структурный анализ тиоредоксинов.

(A) Структурное сравнение Af Trx3HP (зеленый) с тиоредоксинами из S . aureus (пурпурный), E . coli (оранжевый), T . thermophilus (серый) и A . acidocaldarius (голубой) со среднеквадратичным отклонением 0,66 Å, 0,68 Å, 0,40 Å и 0,70 Å соответственно. (B) Af Цистеиновая петля Trx3HP с мотивом CHPC активного сайта. (C) 2F _o -F _c α _{пропустить} плотность (контур 1 σ) соответствует смеси 50:50 окисленной (расстояние 2,03 Å) и восстановленной (расстояние 3,60 Å) конформаций Cys 59- Cys 62 дисульфид. Остатки основной цепи и боковых цепей показаны в виде полосок с атомами кислорода красным цветом, атомами азота синим, серой желтым и атомами углерода зеленым цветом, аналогичными основной цепи белка.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0122466.g002

Вольтамперометрия белковой пленки выявляет 2H

⁺

^—

Чтобы оценить возможную роль окислительно-восстановительного pK _{и значений} в различении дисульфидных связей Trx с различным потенциалом, мы провели исследования белковой пленочной вольтамперометрии (PFV) белков Trx и мутантов Af Trx3. Прямая электрохимия этих белков позволяет точно оценить окислительно-восстановительную пару самой дисульфидной связи с помощью эксперимента циклической вольтамперометрии субмонослоя иммобилизованного белка (, рис. 3A, ).Этот подход позволяет легко определить зависимость pH E _m, построенную в виде диаграммы Пурбе ( Рис. 3B) , которая позволяет сравнивать новые белки Trx, изученные здесь, с нашими предыдущими результатами для Af . Trx3 [3].

Рис. 3. Прямая электрохимия белков Trx архей.

(A) Пример прямого анализа PFV белков Trx3s. Фоновая емкость холостого электрода (пунктирная линия) может быть вычтена из исходных данных (жирная линия), чтобы выявить высоко взаимодействующие двухэлектронные окислительно-восстановительные пары (сплошная линия) с характеристикой поверхности графитовых электродов, обозначенной *.(B) Диаграммы Пурбе для тиоредоксинов Ta Trx (ромбы), Af Trx1 (треугольники), Af Trx3PH (звездочки), Af Trx3 (квадраты) и Af Trx3KP (маркеры).

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0122466.g003

Изученные здесь белки Trx имеют диапазон значений E _m при pH 7, что слабо коррелирует с идентичностью вариабельные остатки в мотиве CXXC (, таблица 1, ), где неопределенность составляет 2–3 мВ для каждого исследованного Trx. Ta Trx обладает высоким потенциалом (аналогично Af, Trx1), и оба содержат остаток His в вариабельной области мотива CXXC. Однако мутант Af Trx3PH, который также имеет остаток His в мотиве CXXC, имеет потенциал средней точки, который лишь немного выше, чем у Af Trx3 дикого типа, который не имеет His. При нейтральном pH другие мутанты, которые установили альтернативные остатки в мотиве CXXC активного сайта Af Trx3, оказались сходными с мутантами дикого типа ( e . g ., Af Trx3HP и Af Trx3KP белков). Независимо от их окислительно-восстановительного потенциала при pH 7, диаграммы Поурбиакса показывают параллельные наклоны примерно -56 мВ / единица pH, теоретическое значение для связанного процесса 2H ⁺: 2e ^— во всем исследованном диапазоне pH. Критически важно то, что, по-видимому, не существует значения pK _a, наблюдаемого между значениями pH от 3 до 9, как предсказано предположением, что высокопотенциальная дисульфидная связь является результатом уникально низкого Cys pK _a в реостате Trx. ‘.Только Af Trx1, Af Trx3PH и Af Trx3KP показывают значения pK _a, которые можно определить с помощью электрохимии: 9,1, 10,4 и 9,2 соответственно. Хотя очевидно, что значения pK _a должны быть почти идентичными для обоих остатков Cys для Ta Trx и Af Trx3, точные значения pK _a не могут быть измерены в качестве электрода: взаимодействие белков не было стабильным. при высоких значениях pH.

Анализ ширины вольтамперометрического пика на полувысоте показывает количество электронов, порождающих этот сигнал.Хотя теоретические значения 1-электронных процессов по сравнению с 2-электронными составляют 86 мВ и 43 мВ соответственно, мы ранее показали, что ширина пиков термофильных тиоредоксинов на графитовых электродах искусственно расширена до ~ 60 мВ при низкой температуре 10 °. C [3], который используется для обеспечения стабильности белковой пленки в течение нескольких экспериментов. В соответствии с нашими предыдущими открытиями электрохимии дисульфидных связей, эти Trx показывают ширину пика около 60 мВ при 10 ° C (, таблица 1, ), что указывает на 2-электронные процессы.

Для подтверждения сдвигов в окислительно-восстановительном потенциале для мутантов Af Trx3 использовали окислительно-восстановительное титрование глутатиона (GSH / GSSG) при pH 7. Во всех случаях результаты титрования совпадали с PFV, хотя измеренные потенциалы были немного сдвинуты в сторону более высоких значений. окислительные потенциалы: колебания варьируются от 9 мВ более положительных (для Af Trx3PH, где значение E _m, измеренное с помощью PFV, составило -221 мВ по сравнению с -212 мВ от титрований) до 20 мВ более положительных (для Af Trx3, где E _m было -287 мВ по PFV и измерено как -267 по титрованию).

Дисульфидные связи с более высоким потенциалом не обязательно должны иметь низкий Cys pK

_{a Значения}

Чтобы поддержать вывод PFV о том, что значения pK _a не коррелируют с потенциалами дисульфидных связей Trx, изученных здесь, мы использовали спектроскопический метод для проверки значений Cys pK _a мотива CXXC. Флуоресцентный зонд BADAN был использован для селективного мечения тиолатов CXXC [27] ( рис. 4, ). Вместо контроля оптического поглощения при 240 нм самого тиолата [16], который мы сочли ненадежным, мы выбрали метод, разработанный Lewin et al .[27,28] за его воспроизводимость. Для этих белков Trx мы отслеживали как скорость реакции с БАДАНом с течением времени ( рис. 4А и 4В), , так и наблюдали начальную интенсивность флуоресценции реакции, в которой были смешаны равные количества белка и БАДАН. По каждому варианту были получены почти идентичные результаты. Построение графика начальной скорости реакции BADAN или начальной интенсивности флуоресценции после смешивания в зависимости от pH приводит к разрешению спектроскопически определенных значений pK _a остатка (ов) Cys в активном центре, где используется DsbA. в качестве положительного контроля (, фиг. 4C, ).Результаты отображаются в Таблица 1 . Было обнаружено, что большинство белков Trx имеют один pK _и, равный примерно 7, аналогично E . coli Trx1. Важно отметить, что белки Trx с более высоким потенциалом ( Ta, Trx и Af, Trx1) не имели низких значений pK _a. Интересно, что Af Trx3PH, как было обнаружено, имеет два значения pK _a, одно из которых (4.2) было значительно смещено (, рис. 4E, ).

Рис 4.Определение pKa цистеина тиола.

(A) Изменение интенсивности флуоресценции Af, Trx3 (0,25 мкМ) и BADAN (3,25 мкМ) с течением времени при различных значениях pH. (B) Спектры излучения Af, Trx3 (0,25 мкМ) и BADAN (3,25 мкМ) с течением времени при pH 7,5, возбуждении 387 нм. Как начальные скорости реакции, так и интенсивность флуоресценции эквимолярного белка и BADAN затем отслеживаются как функция pH для определения значений pKa, контролируемых спектроскопически для: (C) DsbA, (D) Af Trx3 и (E ) Af Trx3PH.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0122466.g004

Энергетика развертывания решает детерминанты окислительно-восстановительного потенциала

Альтернативный взгляд на контроль потенциалов восстановления дисульфидов был приписан разнице в стабильности глобальной укладки самих белков Trx. В такой модели окислительно-восстановительный потенциал нативно свернутого белка можно рассчитать на основе свободной энергии для нативной окислительно-восстановительной реакции (ΔG _N), которая является результатом рассмотрения схемы термодинамических квадратов ( Рис. 5 ).В такой модели ΔG _N получается из измерений энергии сворачивания / разворачивания как окисленных, так и восстановленных форм каждого белка (которые дают значения ΔG _{Stab (Ox)} и ΔG _{Stab (красный)}) и эталонное значение окислительно-восстановительного потенциала «развернутой» дисульфидной связи на основе белка (ΔG _U).

Эксперименты по складыванию и разворачиванию были выполнены на коллекции мутантов Af Trx3 и Af Trx3, и в каждом случае Trx выявил обратимое разворачивание с двумя состояниями ( рис. 6, ).Окисленные формы Af Trx3, Af Trx3HP и Af Trx3KP более стабильны, чем восстановленные формы, что определяется необходимыми концентрациями денатуранта, необходимого для разворачивания белка (D _1/2) ( Таблица 2 ). Наличие более стабильной окисленной формы является признаком восстанавливающего тиоредоксина [6,37,38], и эти результаты коррелируют с их средними потенциалами. Например, Af, Trx3PH, имеет окисленную и восстановленную формы, которые почти одинаково стабильны, что указывает на то, что окислительно-восстановительный потенциал выше, чем у Af Trx3 дикого типа (по данным анализа PFV).Затем были рассчитаны свободные энергии стабилизации при нулевой концентрации денатуранта (ΔG _Stab) для окисленных и восстановленных белков путем экстраполяции линейной зависимости свободной энергии от концентрации гуанидиния (см. S1 Methods для уравнений [39,40]). Используя эти свободные энергии и квадратную схему Рис. 5 , можно найти ΔG _N (и соответствующие окислительно-восстановительные потенциалы), хотя для этого требуется значение ΔG _U. Здесь мы использовали глутатион ( E _m -240 мВ [41]) в качестве точки отсчета для «развернутого» потенциала восстановления белка [5,8,9], где ΔG _U равно 7.9 кДж / моль [6]. По сути, это значение представляет собой окислительно-восстановительный потенциал дисульфидной связи в химическом контексте, подобном пептиду, и не должен зависеть от белка [8]. Действительно, при использовании DsbA в качестве контроля наши результаты соответствуют ранее опубликованным [6]. Тем не менее, мы отмечаем, что с помощью этого метода у нас отсутствует подлинный стандартный потенциал для развернутого дисульфидсодержащего белка. Несмотря на это, применение схемы термодинамических квадратов позволяет генерировать рассчитанные значения E _m для каждого белка Trx при pH 7, а Таблица 2 обеспечивает сравнение термодинамически рассчитанных окислительно-восстановительных потенциалов с перечисленными экспериментальными потенциалами. в таблице 1.

Рис. 6. Графики разворачивания / рефолдинга флуоресценции.

Фракция развернутого белка изображена в зависимости от концентрации гуанидина HCl в растворе (A) закрытые символы разворачиваются, а открытые символы повторно свертываются для Af Trx3 / окисленный (красный), Af Trx3PH / окисленный ( синий), Ta Trx / окисленный (оранжевый), Af Trx3 / восстановленный (зеленый), Af Trx3PH / восстановленный (розовый), Ta Trx / восстановленный (черный). Для ясности, (B) показывает аналогичные кривые для окисленного Af Trx3KP (черные кружки) и восстановленного (черные квадраты) и для окисленного Af Trx3HP (красные ромбы) и восстановленного белка (красные треугольники).

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0122466.g006

Af Trx1 и Ta Trx эксперименты по фолдингу осложняются тем фактом, что эти белки, вероятно, содержат один ( Af Trx1) или два ( Ta Trx) внутренние структурные дисульфиды ( S1 Fig. ), но только один окислительно-восстановительный дисульфид, обнаруженный с помощью PFV. Мы полагаем, что разворачивающиеся кривые для восстановленных версий этих белков ( e . g . См. Черные данные для Ta, Trx в Fig. 6A ) смещены в сторону более низких концентраций гуанидина из-за снижения как окислительно-восстановительного потенциала, так и окислительно-восстановительного потенциала). дисульфид и внутренние дисульфиды.Окисленные следы разворачивания Ta Trx не показывают четкого перехода между двумя состояниями (оранжевые данные), включая двухфазное поведение, а также некоторую степень гистерезиса при рефолдинге, который может быть связан с меж- или внутрибелковой дисульфидной связью. обмен. Из-за этих осложнений мы сосредоточились на Af, Trx3 и его мутантах для исследований разворачивающейся модели. Af Trx3, E . coli Trx1 и DsbA каждый содержит только два цистеина, которые образуют окислительно-восстановительный активный дисульфид, и следуют разворачиванию в двух состояниях.Их коллективный анализ проясняет потенциальное влияние стабилизации окислительно-восстановительных потенциалов дисульфидных связей на основе фолдинга.

Обсуждение

Здесь мы приводим первый пример полной диаграммы Пурбе для дисульфидных границ с высоким потенциалом, обнаруженных в белках тиоредоксина ( Af, Trx1 и Ta, Trx). Путем изучения этих и других белков Trx архей мы смогли специфически исследовать pK _a-управляемую модель контроля окислительно-восстановительных потенциалов дисульфидных связей.Во всех изученных здесь случаях анализ Пурбэ (измерение полной зависимости потенциала от pH) показывает непрерывный наклон ~ -60 мВ / pH от низкого pH до pH выше 9, предполагая соединение 2H ⁺: 2e ^—. Сами электрохимические данные показывают, что окислительно-восстановительные пары должны быть для процессов 2e ^— из-за узкой ширины пика при значениях полувысоты (, таблица 1, ). Полное описание протон-связанных окислительно-восстановительных процессов белков с дисульфидной связью было редкостью, особенно если принять во внимание повсеместность суперсемейства Trx.И, как отмечалось выше, предыдущая работа Wunderlich и Glockshuber показала с помощью небольшого количества точек данных, что DsbA показывает pH-зависимый потенциал -49 мВ / единица pH [5]. Хотя было обнаружено, что сам DsbA неактивен для электрохимического анализа (из-за недостаточной адсорбции на используемых электродах), здесь мы смогли использовать быстрое средство PFV в наших интересах, чтобы получить более полные диаграммы Пурбе с большим количеством данных. очки для других Trxs. Наш подход позволяет нам полностью описать окислительно-восстановительную химию высокопотенциальных дисульфидных связей, обнаруженных в семействе Trx ( Af, Trx1 и Ta, Trx), показывая, что окислительно-восстановительные протонирования для высокопотенциальных белков Trx происходят с pK _. значений, типичных для остатков Cys (фиг. 3B, ), в отличие от pK _{, управляемой моделью}, изображенной на , фиг. 1, [4].

В pK _{, управляемой} редокс-модели, идентичность вариабельных остатков (и включение His) в CXXC, как полагают, влияет на окислительно-восстановительный потенциал. Экспериментально мы исследовали эту проблему с белком Af Trx3, используя его в качестве каркаса для получения мутантов Af Trx3HP (CHPC) и Af Trx3PH (CPHC). Мутант Af Trx3HP ведет себя аналогично белку дикого типа (CMPC): потенциал средней точки низок, и данные разворачивания / рефолдинга не показывают значительного отклонения от дикого типа. Af Trx3PH, однако, отличается от дикого типа. Этот мутант имеет сдвиг окислительно-восстановительного потенциала на +66 мВ, но снова показывает диаграммы Пурбе, лишенные особенностей, указывающих на уникально низкий pK _a, связанный с окислительно-восстановительной химией. Данные разворачивания / рефолдинга для Af Trx3PH также отличаются от данных дикого типа, поскольку как окисленная, так и восстановленная формы одинаково стабильны. Примечательно, что с помощью спектроскопического зонда BADAN мы определили кажущуюся pK _a для остатков Cys.При спектроскопическом подходе размещение His во второй переменной позиции (например, DsbA) действительно приводит к смещению значения pK _на (4.2, рис. 4E). Тем не менее, эти значения не коррелируют с окислительно-восстановительными значениями pK _и, определенными прямым электрохимическим методом, и не коррелируют с окислительно-восстановительными потенциалами. Таким образом, мы обнаруживаем, что значения, полученные спектроскопически, могут быть результатом совокупных явлений, которые не связаны напрямую с окислительно-восстановительной химией (как это показано на диаграмме Пурбе).

В дополнение к специфической роли в модуляции значений Cys pK _и, взаимодействия с водородными связями (особенно с N-концевым остатком Cys) были вовлечены в активность Trx белков Berndt и др. [42]. Интересно, что здесь нет явных взаимодействий водородных связей, действующих в активном центре Trx, как это наблюдается для структуры Af, Trx3HP. Действительно, дисульфид находится в гидрофобной среде, заблокированной от прямого контакта с растворителем остатками Trp 58, Pro 61, Ile 102, Pro 103.Единственная потенциальная водородная связь — от N-члена Cys до карбонила Ile 102 (3,18 Å). Не существует сетей H-связывания, которые, как можно было бы ожидать, изменяли бы pKa любого из Cys. Фактически, обе боковые цепи цистеина красиво зажаты гидрофобными остатками со всех сторон.

Может ли гистидин играть какую-то роль в определении окислительно-восстановительных потенциалов дисульфидных связей на основе Trx? Изучение структуры мотива CHPC Af, Trx3HP ( рис. 2, , вставка) показывает, что M60H ориентирован в раствор и не может взаимодействовать с цистеином в активном центре и не может обеспечить какой-либо стабилизирующий водород. связывающие взаимодействия с любой частью белковой складки.Таким образом, наша структура согласуется с данными, представленными выше, и помогает объяснить, почему мутация M60H не влияет ни на окислительно-восстановительные, ни на свойства сворачивания Af Trx; эта боковая цепь гистидина не устанавливает контактов. Хотя структура Ta, Trx недоступна, мы прогнозируем, что гистидин мотива CHPC также будет указывать на решение на основе структуры Af Trx3HP, которая является первой из Trx с мотивом CHPC. Следовательно, кажется маловероятным, что гистидин мотива CHPC будет вообще ответственным за высокий окислительно-восстановительный потенциал Ta Trx.Хотя наличие гистидина в положении 2, по-видимому, не влияет на окислительно-восстановительные свойства, мы также учли относительную важность гистидина в положении 3. Af Trx3PH помещает гистидин в положение 3 с мотивом последовательности, идентичным DsbA (CPHC ), но окислительно-восстановительные свойства больше похожи на Af Trx3 дикого типа (-221 мВ и -278 мВ соответственно), чем на DsbA (-89, -124 мВ), хотя один pK _a является наблюдаемый спектроскопически при 4,2 и без структурных доказательств, мы можем только предположить, что His, присутствующий в Af Trx3PH, может участвовать во взаимодействиях с водородными связями с одним или обоими окислительно-восстановительными цистеинами.Опять же, спектроскопические определения Cys pK _a s не коррелируют с прямым наблюдением окислительно-восстановительной связи, наблюдаемым на диаграмме Пурбе. Здесь мы можем сделать вывод, что с точки зрения окислительно-восстановительной активности цистеины белков Trx, рассматриваемых здесь, больше похожи на типичные боковые цепи Cys, в то время как значения pK _и, обнаруженные флуоресценцией, вероятно, сообщают об агрегированных явлениях, которые не связаны с окислительно-восстановительными. химия (и помимо белка Af Trx3PH, может сообщать о составном pK s обоих остатков Cys).Принимая во внимание все данные в Table 1 , кажется, что существует небольшая корреляция между белками CXHC и потенциалом, но, возможно, большая роль в настройке окислительно-восстановительного потенциала связана с размещением остатка пролина, что позволяет предположить, что общие или локальные характеристики сворачивания более сильно влияют на окислительно-восстановительный потенциал.

В целом наши данные показывают, что значения pK _a на основе раствора не влияют на окислительно-восстановительные свойства, проявляемые дисульфидными связями Trx. В растворе значения свободных тиолатов pK _и могут быть измерены только тогда, когда белок уже восстановлен.Эти анализы раствора не определяют напрямую, какое состояние протонирования , в то время как происходит восстановление, в отличие от PFV. Таким образом, хотя спектроскопически определенные значения pK _и, по-видимому, в некоторой степени зависят от природы мотива CXXC, они не коррелируют с окислительно-восстановительным событием, которое восстанавливает дисульфид ( рис. 7A, ). Помимо pK _{и вклада} (или его отсутствия), наши данные показывают, что общая термодинамика сворачивания, когда может применяться сворачивание с двумя состояниями, действительно количественно предсказывает окислительно-восстановительную реактивность ( рис. 4, и , таблица 2, ).Является ли эта связь причинной, в настоящее время определить невозможно, но очевидно, что существует корреляция ( Рис. 7B, ). Структурно Af, Trx3, Ec, Trx и другие похожи, даже если их CXXC отличается, что еще раз указывает на то, что один pK _a не управляет потенциалом средней точки и, следовательно, реактивностью. Учитывая роли, которые Trx-паралоги и Trx-домены играют в белок: окислительно-восстановительных реакциях белков, долгосрочным ответвлением этой работы является то, что межмолекулярные взаимодействия могут дополнительно модулировать структуру белка, чтобы настроить окислительно-восстановительные характеристики и реактивность дисульфидных связей Trx.Мы также отмечаем, что термодинамический потенциал сам по себе не может управлять реакционной способностью какой-либо дисульфидной связи, особенно in vivo . Например, E . coli глутаредоксин 1 имеет более высокую потенциальную дисульфидную связь (-233 мВ), чем основной белок Trx (-270 мВ) [8], однако различия в K _m для этих белков приводят к тому, что Grx1 является белком лучшая восстанавливающая система для рибонуклеотидредуктазы, как измерено с помощью k _cat / K _m [43].

Рис. 7. Корреляция (и ее отсутствие) между окислительно-восстановительными потенциалами и другими факторами.

(A) Модель pK _{a, управляемая}, не может разрешить предсказание потенциала средней точки ( Ta Trx (закрашенный ромб), Af Trx1 (закрашенный ромб), Af Trx3 (закрашенный квадрат), Af Trx3HP (открытый треугольник), Af Trx3PH (закрытый треугольник), Af Trx3KP (белый кружок), DsbA (черный кружок)). (B) Энергии глобального сворачивания, используемые для расчета значения E _m , коррелируют с потенциалами, непосредственно определенными PFV ( Af Trx3 (закрытый квадрат), Af Trx3HP (открытый треугольник), Af Trx3PH (закрытый треугольник), Аф Трх3КП (обведенный круг), ДсбА (обведенный круг)).

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0122466.g007

Заключение

Здесь мы показываем, что при прямом зондировании электрохимии тиоредоксинов из архей тиоредоксины с высоким и низким потенциалом ведут себя одинаково. Наши диаграммы Пурбе показывают наклоны -60 мВ / pH вокруг нейтрального pH, что позволяет предположить, что значения pK _a на основе раствора не являются точным представлением события переноса электронов, связанных с протонами. Эти результаты ставят под сомнение достоверность ранее предложенной модели pK _a и показывают, что она не подходит для этих тиоредоксинов архей.Кроме того, однако, мы показываем, что укладка белка и стабильность окисленных и восстановленных форм белка могут предсказать, будет ли окислительно-восстановительный потенциал окислительным или восстановительным.

Дополнительная информация

S2 Таблица. Статистика сбора и уточнения данных для

AfTrx3HP

^a Значения в скобках соответствуют оболочке с самым высоким разрешением. ^b R _sym = ∑ _hkl ∑ _i | I _i ( hkl ) — < I ( hkl )> | / ∑ _hkl ∑ _i I _i где ( I _i ( hkl ) — это измеренная интенсивность дифракции i ^th, а < I ( hkl )> — средняя интенсивность для отражения с индексом Миллера (hkl).^c R _{рабочий} = ∑ _hkl || F _o ( hkl ) | — | F _c ( hkl ) || / ∑ _hkl | F _o ( hkl ) |. ^d R _{f ree} = R _работа для 5% отражений, не включенных в уточнение. ^e asu, асимметричный блок. ^f RMS, среднеквадратичное значение.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0122466.s004

(PDF)

Вклад авторов

Задумал и спроектировал эксперименты: KDB MD REB SM SEC CLD SJE. Проведены эксперименты: КДБ МД СМ НТЦ. Проанализированы данные: КДБ МД РЭБ ТРЦ. Предоставленные реагенты / материалы / инструменты анализа: KDB MD SM SEC. Написал статью: KDB MD REB CLD SJE.

Ссылки

1. Холмгрен А. Тиоредоксин. Энн Рев Биохим. 1985; 54: 237–271. pmid: 3896121
2.Хиникер А., Бардвелл JCA. Изомеризация дисульфидной связи у прокариот. Биохимия. 2003; 42: 1179–1185. pmid: 12564920
3. Чобот С.Е., Эрнандес Х.Х., Дреннан С.Л., Эллиот С.Дж. Прямая электрохимическая характеристика тиоредоксинов архей. Angew Chem Intl Ed. 2007; 119: 4223–4225.
4. Чиверс П. Т., Прехода К. Э., Рейнс Р. Т.. Мотив CXXC: реостат в активном сайте. Биохимия. 1997; 36: 4061–4066. pmid: 98
5. Вундерлих М., Глоксхубер Р.Редокс-свойства протеиндисульфидизомеразы (DsbA) из Escherichia coli . Protein Sci. 1993; 2: 717–726. pmid: 8495194
6. Вундерлих М., Янике Р., Глоксхубер Р. Окислительно-восстановительные свойства протеин-дисульфид-изомеразы (DsbA) Escherichia coli являются результатом напряженной конформации ее окисленной формы. J Mol Biol. 1993; 233: 559–566. pmid: 8411164
7. Запун А., Бардуэлл JCA, Крейтон TE. Реактивная и дестабилизирующая дисульфидная связь DsbA, белка, необходимого для образования дисульфидной связи белка in vivo.Биохимия. 1993; 32: 5083–5092. pmid: 8494885
8. Аслунд Ф., Берндт К.Д., Холмгрен А. Редокс-потенциалы глутаредоксинов и других тиол-дисульфид оксидоредуктаз суперсемейства тиоредоксинов, определяемые прямым окислительно-восстановительным равновесием белок-белок. J Biol Chem. 1997; 272: 30780–30786. pmid: 9388218
9. Lundström J, Holmgren A. Определение потенциала восстановления-окисления тиоредоксин-подобных доменов протеин-дисульфид-изомеразы из равновесия с глутатионом и тиоредоксином.Биохимия. 1993; 32: 6649–6655. pmid: 8329391
10. Хокинс ХК, де Нарди М., Фридман РБ. Окислительно-восстановительные свойства и сшивание дитиол / дисульфидных активных центров протеин-дисульфид-изомеразы млекопитающих. Biochem J. 1991; 275: 341–340. pmid: 2025221
11. Краузе Дж., Лундстрём Дж., Бареа Дж. Л., Пуэйо де ла Куэста С., Холмгрен А. Имитация активного сайта протеин-дисульфид-изомеразы путем замены пролина 34 в тиоредоксине Escherichia coli .J Biol Chem. 1991; 266: 9494–9500. pmid: 2033048
12. Холмгрен А. Тиоредоксиновые и глутаредоксиновые системы. J Biol Chem. 1989; 264: 13963–13966. pmid: 2668278
13. Mössner E, Huber-Wunderlich M, Glockshuber R. Характеристика вариантов тиоредоксина Escherichia coli , имитирующих активные центры других тиол / дисульфид оксидоредуктаз. Protein Sci. 1998; 7: 1233–1244. pmid: 9605329
14. Лин Ти, Ким П.С. Зависимость тиол-дисульфидного равновесия в тиоредоксине от мочевины: подтверждение взаимосвязи и чувствительный анализ структуры.Биохимия. 1989; 28: 5282–5287. pmid: 2669972
15. Граушопф У., Винтер-младший, Корбер П., Зандер Т., Даллингер П., Бардвелл Дж.С.А. Почему DsbA является таким окислительным дисульфидным катализатором? Клетка. 1995; 83: 947–955. pmid: 8521518
16. Нельсон JW, Крейтон TE. Реакционная способность и ионизация цистеиновых остатков активного центра DsbA, белка, необходимого для образования дисульфидной связи in vivo. Биохимия. 1994; 33: 5974–5983. pmid: 8180227
17. Гуддат Л.В., Бардвелл Дж.С.А., Мартин Дж. Л..Кристаллические структуры восстановленного и окисленного DsbA: исследование движения доменов и стабилизация тиолата. Состав. 1998; 6: 757–767. pmid: 9655827
18. Дарби Н, Крейтон TE. Характеристика цистеиновых остатков активного центра тиоредоксиноподобных доменов протеин-дисульфид-изомеразы. Биохимия. 1995; 34: 16770–16780. pmid: 8527452
19. Доусон RMC, Эллиотт, округ Колумбия, Эллиотт WH, Джонс К.М. Данные для биохимических исследований: Oxford University Press; 1989 г.
20. Кларк ВМ. Окислительно-восстановительные потенциалы органических систем. Балтимор: Компания Уильямс и Уилкинс; 1960.
21. Такахаши Н., Крейтон Т.Э. О реакционной способности и ионизации цистеиновых остатков активного центра тиоредоксина Escherichia coli . Биохимия. 1996; 35: 8342–8353. pmid: 8679592
22. Якоби А., Хубер-Вундерлих М., Хеннеке Дж., Глоксхубер Р. Удаление всех заряженных остатков вблизи спирали активного центра дисульфид-оксидоредуктазы DsbA.J Biol Chem. 1997; 272: 21692–21699. pmid: 9268296
23. Герас Б., Курц М., Джарротт Р., Шолдис С.Р., Фрей П., Робин Г. и др. Staphylococcus aureus DsbA не имеет дестабилизирующего дисульфида. J Biol Chem. 2008; 283: 4261–4271. pmid: 18077463
24. Дайсон Х.Дж., Гипперт Г.П., Дело Д.А., Холмгрен А., Райт ЧП. Трехмерная структура раствора восстановленной формы тиоредоксина Escherichia coli , определенная с помощью спектроскопии ядерного магнитного резонанса.Биохимия. 1990; 29: 4129–4136. pmid: 2193685
25. Хэмилл MJ, Chobot SE, Hernandez HH, Drennan CL, Elliott SJ. Прямой электрохимический анализ термофильной тиоредоксинредуктазы: взаимодействие между конформационными изменениями и окислительно-восстановительной химией. Биохимия. 2008; 47: 9738–9746. pmid: 18717594
26. Fourmond V, Hoke K, Heering HA, Baffert C, Leroux F, Bertrand P и др. SOAS: бесплатная программа для анализа электрохимических данных и других одномерных сигналов.Биоэлектрохимия. 2009; 76: 141–147. pmid: 19328046
27. Левин А., Ворона А., Обри А., Лебрен, NE. Молекулярная основа специфичности экстрацитоплазматического тиоредоксина ResA. J Biol Chem. 2006; 281: 35467–35477. pmid: 16971393
28. Левин А., Ворона А., Ходсон СТС, Хедерштедт Л., Ле Брун, NE. Эффекты замен в мотиве активного центра CXXC экстрацитоплазматического тиоредоксина ResA. Biochem J. 2008; 414: 81–91. pmid: 18422485
29. Отвиновский З., Минор В.Обработка данных дифракции рентгеновских лучей, собранных в колебательном режиме. Методы Энзимол. 1997; 276: 307–326.
30. Маккой AJ, Grosse-Kunstleve RW, Adams PD, Winn MD, Storoni LC, Read RJ. Кристаллографическое программное обеспечение Phaser. J Appl Cryst. 2007; 40: 658–674.
31. Эмсли П., Локамп Б., Скотт В.Г., Каутан К. Особенности и развитие Coot. Acta Crystallogr Раздел D-Biol Crystallogr. 2010; 66: 486–501.
32. Муршудов Г.Н., Вагин А.А., Додсон Э.Дж.Уточнение макромолекулярных структур методом максимального правдоподобия. Acta Crystallogr Sect D. 1997; 53: 240–255.
33. Проект CC. Комплект CCP4: программы для кристаллографии белков. Acta Crystallogr Sect D. 1994; 50: 760–763.
34. Брюнгер А.Т., Адамс П.Д., Клор Г.М., ДеЛано В.Л., Грос П., Гросс-Кунстлеве Р.В. и др. Система кристаллографии и ЯМР: новый пакет программного обеспечения для определения структуры макромолекул. Acta Crystallogr Раздел D-Biol Crystallogr.1998; 54: 905–921.
35. Адамс П.Д., Афонин П.В., Бункочи Г., Чен В.Б., Дэвис И.В., Эчолс Н. и др. PHENIX: комплексная система на основе Python для решения макромолекулярных структур. Acta Crystallogr Раздел D-Biol Crystallogr. 2010; 66: 213–221.
36. Ласковски Р.А., Макартур М.В., Мосс Д.С., Торнтон Дж. М.. PROCHECK — программа для проверки стереохимического качества белковых структур. J Appl Cryst. 1993; 26: 283–291.
37. Slaby I, Cerna V, Jeng M-F, Dyson HJ, Holmgren A.Замена Trp в тиоредоксине Escherichia coli посредством сайт-направленного мутагенеза влияет на термодинамическую стабильность, но не на функцию. J Biol Chem. 1996; 271: 3091–3096. pmid: 8621706
38. Холмгрен А. Флуоресцентное исследование триптофана конформационных переходов окисленной и восстановленной формы тиоредоксина. J Biol Chem. 1972; 247: 1992–1998. pmid: 4552684
39. Pace CN (1986) [14] Определение и анализ кривых денатурации мочевины и гидрохлорида гуанидина.Методы Enzymol: Academic Press. С. 266–280. pmid: 3773761
40. Санторо ММ, Болен ДВ. Свободная энергия развёртывания изменяется методом линейной экстраполяции. 1. Разворачивание фенилметансульфонила. альфа-химотрипсин с использованием различных денатурантов. Биохимия. 1988; 27: 8063–8068. pmid: 3233195
41. Рост Дж, Рапопорт С. Восстановительный потенциал глутатиона. Природа. 1964; 201: 185–185. pmid: 14118272
42. Nordstrand K, Aslund F, Meunier S, Holmgren A, Otting G, Berndt KD.Прямое ЯМР-наблюдение тиолового протона Cys-14 восстановленного глутаредоксина-3 Escherichia coli подтверждает наличие тиол-тиолатной водородной связи активного центра. FEBS Lett. 1999; 449: 196–200. pmid: 10338131
43. Захеди Аввал Ф., Холмгрен А. Молекулярные механизмы тиоредоксина и глутаредоксина в качестве доноров водорода для рибонуклеотидредуктазы фазы млекопитающих. J Biol Chem. 2009; 284: 8233–8240. pmid: 1

Электрические цепи. Реостат — Класс!ная физика

Электрические цепи. Реостат

Резисторы ❤️ | Физика

Как изменяется сила тока с реостатом

Реостат – это управляющий прибор, способный изменять силу тока и напряжение

Устройство и принцип работы

Как включается реостат в цепь

Как изменяется сила тока с реостатом

Как изменяется сила тока с реостатом

—>СТАТИСТИКА —>

—>МЫ ВКОНТАКТЕ —>

—>НЕМНОГО РЕКЛАМЫ —>

Наши спонсоры

Физика дома

Как решать задачи с реостатом

Реостаты

принцип работы агрегата, основные разновидности, применение в цепи

Основное назначение прибора

Принцип действия

Разновидности агрегатов

Конструкция и ее особенности

Датчики, изготовленные на основе реостатов

Использование резисторов и реостатов в электрических цепях. Что такое реостат? Виды и их назначение

Что такое реостат

Устройство реостата

Для чего он нужен

Реостаты. Регулирование силы тока с помощью реостата

3.7: Потенциометр как реостат

Детали и материалы

Перекрестные ссылки

Инструкции по подключению потенциометра

— Как обсуждать

Реостат

Что такое реостат и как он работает?

Каковы функции реостата?

Почему используют реостат?

В чем разница между потенциометром и реостатом?

Что такое реостат и для чего он используется в приготовлении пищи

В чем разница между горшком и реостатом?

Зачем нужна замена реостата?

Можно ли использовать потенциометр в качестве реостата?

Что такое реостат и для чего он используется в установках

Как реостаты используются в приложениях управления мощностью?

Как используются резисторы с обмоткой в ​​реостате?

Чем реостат отличается от потенциометра?

Для чего нужен реостат в схеме?

Как реостат регулирует интенсивность света?

Что такое реостат и как он работает схема

В чем разница между реостатом и резистором?

Кто изобретатель схемы реостата?

Как протекание тока связано с реостатом?

Какой провод используется в реостате?

Для каких приложений можно использовать резисторы?

Какие три клеммы реостата?

Как работает реостат?

Что означает реостат?

Какая польза от реостата в потенциометре?

Каковы функции мышц тела?

Какой резистивный элемент у поворотного реостата?

Каковы функции жидкости реостата

Откуда в науке появилось слово реостат?

Каковы функции реостата энергии

Каковы функции управления реостатом

Что такое регулятор реостата микроскопа?

Что такое символ реостата?

Каковы функции корпуса реостата

Почему они используют батарею реостата

Как использовать реостат в электрической цепи?

Что произойдет, если вы уменьшите сопротивление реостата?

Почему в потенциометре используется реостат?

Почему они используют мощность реостата

Что реостат может сделать для генератора?

Может ли реостат полностью заблокировать электрический ток?

Как резистивные резисторы используются в реостате?

Почему они используют звук реостата

Как реостат работает в электрической цепи?

Чем одинаковы потенциометры и реостаты?

Что больше вездесущего резистора или реостата?

Какой реостат используется в калибровочной схеме?

Как увеличение тока влияет на сопротивление реостата?

Как используются резисторы с обмоткой в реостате?