0 0 0
Личный кабинет Войти Регистрация
Уроки
Математика Алгебра Геометрия Физика Всеобщая история Русский язык Английский язык География Биология Обществознание
Тренажёры
Математика ЕГЭ Тренажёры для мозга

Реостаты

Содержание

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

    Тем не менее при проведении экспериментов было бы удобно иметь возможность изменять силу тока в цепи и следить за изменениями, которые при этом будут происходить. Также это удобно в различных электрических приборах и устройствах. Например, регулируя громкость звука аудиоустройств, мы меняем силу тока в их динамиках. Изменяя силу тока в электродвигателе швейной машинки, мы можем регулировать скорость его вращения.

    В большинстве случаев для изменения силы тока в цепи используется специальный прибор — реостат. Именно об этом приборе мы и поговорим на данном уроке. Мы рассмотрим его устройство и действие, правила подключения в цепь.

    Устройство простейшего реостата

    Чтобы понять принцип работы любого реостата, рассмотрим самый простейший из них.

    Для этого возьмем проволоку с достаточно большим удельным сопротивлением (например, нихромовую). Подключим ее последовательно в цепь, состоящую из источника тока, ключа и амперметра. Сделаем это, используя контакты A и B (рисунок 1).

    Рисунок 1. Простейший реостат — проволока с большим удельным сопротивлением

    Мы можем передвигать один из контактов — B. С помощью него мы можем изменять длину включенного в цепь участка проволоки AB. Другой участок проволоки при этом включен в цепь не будет.

    При изменении длины участка AB будет изменяться сопротивление всей цепи. Каким образом?

    Изменяя длину включенного в цепь участка проволоки, мы изменяем его сопротивление ($R = \frac{\rho l}{S}$). Будет изменяться и общее сопротивление цепи, а следовательно, и сила тока в ней.

    Ползунковый реостат

    Те реостаты, которые применяются на практике, имеют более удобную и компактную форму. Они также содержат в своей основе проволоку с большим удельным сопротивлением. 

    Почему в реостатах используют проволоку с большим сопротивлением?
    Взглянем еще раз на формулу для расчета сопротивления проводника: $R = \frac{\rho l}{S}$. Если у нас будет проводник с малым удельным сопротивлением, то он должен быть очень длинным. Это не всегда удобно при изготовлении реостатов.

    При проведении лабораторных работ вы чаще всего будете использовать ползунковый реостат (рисунок 2).

    Рисунок 2. Ползунковый реостат

    Как устроен ползунковый реостат?
    В этом реостате стальная проволока 1 намотана на керамический цилиндр. То есть сам цилиндр проводить ток не будет, так как он сделан из диэлектрика. Сама проволока тоже покрыта диэлектриком — окалиной. Это сделано для того, чтобы витки были изолированы друг от друга.

    Над такой обмоткой расположен металлический стержень 2. К нему крепится ползунок 3, который своими контактами 4 прижат к обмотке. Этот ползунок мы можем передвигать.

    Когда мы его передвигаем, слой окалины на проволоке стирается, и ток проходит через ползунок и металлический стержень.

    Реостат имеет две клеммы. Одна находится на конце металлического стержня (клемма 5), а вторая соединена с одним из концов обмотки и расположена на корпусе реостата (клемма 6). С помощью этих клемм реостат включают в цепь.

    Использование реостата

    При перемещении ползунка по стержню будет изменяться сопротивление всего реостата. То есть ползунок дает нам возможность увеличивать или уменьшать сопротивление цепи. Изменяя сопротивление, мы будем изменять и силу тока в цепи.

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

    Каждый реостат рассчитан на определенное сопротивление и на наибольшую допустимую силу тока. Эти значения указываются на самом приборе.

    Превышать максимально допустимое значение силы тока не рекомендуется. Обмотка может очень сильно нагреться, иногда даже раскалиться. В такой ситуации реостат может перегореть — выйти из строя.

    Как на схемах электрических цепей изображают реостат?
    Реостаты имеют свой условный знак для обозначения на схемах электрической цепи (рисунок 3). Это обозначение ясно дает понять, в какую сторону нужно передвигать ползунок реостата, чтобы увеличить сопротивление в цепи (вправо).

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

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

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

    Подключение реостата в электрическую цепь

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

    Рисунок 5. Подключение реостата в электрическую цепь

    Зажимы 1 и 2 подключаются к источнику тока. Им может быть как аккумулятор или гальванический элемент, так и розетка.

    Если мы увеличим сопротивление реостата, то накал лампочки (на рисунке 4) уменьшится. Значит, сила тока тоже уменьшится. И, наоборот, при уменьшении сопротивления реостата лампочка будет гореть ярче. 

    Такой способ довольно часто используют в выключателях для регулировки интенсивности освещения.

    Путь тока по реостату, включенному в цепь

    На рисунке 6 показан путь тока по реостату, если клеммы 1 и 2 подключены в цепь. Электрический ток проходит по обмотке реостата, потом через скользящий контакт ползунка он проходит по металлическому стержню и снова попадает в электрическую цепь.

    Рисунок 6. Путь тока по реостату

    Упражнения

    Упражнение №1

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

    Рисунок 7. Рычажный реостат

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

    Упражнение №2

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

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

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

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

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

    Чтобы ответить на второй вопрос, определим количество спиралей, которые дадут сопротивление в $18 \space Ом$:
    $n = \frac{R}{R_1} = \frac{18 \space Ом}{3 \space Ом} = 6$.

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

    Рисунок 9. Искомое положение рычага реостата

    Упражнение №3

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

    Схема такой цепи изображена на рисунке 10.

    Рисунок 10. Электрическая цепь с лампой и реостатом

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

    Упражнение №4

    Требуется изготовить реостат на $20 \space Ом$ из никелиновой проволоки площадью сечения $3 \space мм^2$. Какой длины проволока потребуется для этого?

    Дано:
    $R = 20 \space Ом$
    $S = 3 \space мм^2$
    $\rho = 0.4 \frac{Ом \cdot мм^2}{м}$

    $l — ?$

    Показать решение и ответ

    Скрыть

    Решение:

    Запишем формулу для расчета сопротивления проводника: $R = \frac{\rho l}{S}$.

    Выразим отсюда длину и рассчитаем ее:
    $l = \frac{RS}{\rho}$,
    $l = \frac{20 \space Ом \cdot 3 \space мм^2}{0.4 \frac{Ом \cdot мм^2}{м}} = \frac{60 \space м}{0.4} = 150 \space м$.

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

    Ответ: $l = 150 \space м$.

    5
    5
    5Количество опыта, полученного за урок

    Оценить урок

    Спасибо, что помогаете нам стать лучше!

    Комментарии
    Получить ещё подсказку

    Трудности? Воспользуйтесь подсказкой

    Верно! Посмотрите пошаговое решение