для чего предназначен реостат физика 8 класс
Для чего предназначен реостат физика 8 класс
1. Для чего предназначен реостат?
2. Как устроен ползунковый реостат?
Ползунковый реостат состоит из керамического цилиндра, на который намотана стальная проволока.
Проволока покрытая тонким слоем непроводящей ток окалины, чтобы изолировать витки друг от друга.
Над обмоткой расположен металлический стержень, по которому может перемещаться ползунок, прижатый контактами к обмотке.
Перемещая ползунок по стержню, можно увеличивать или уменьшать сопротивление реостата, включенного в цепь.
3. Как можно включать реостат в цепь?
Реостат подсоединяется в электрическую цепь с помощью клемм:
— со стержня с одной стороны,
— с конца обмотки с другой стороны.
4. Почему в реостатах используют проволоку с большим удельным сопротивлением?
Проволока с большим удельным сопротивлением в реостатах позволяет, используя меньшее количество витков, сильнее изменить сопротивление реостата.
4 Для каких величин указывают на реостате их допустимые значения?
Каждый реостат рассчитан на определенное сопротивление и на наибольшую допустимую силу тока.
Превышать допустимую силу тока нельзя, так как обмотка реостата накаляется и может перегореть.
На реостате указывают сопротивление реостата и наибольшее допустимое значение силы тока.
5. Как на схемах электрических цепей изображают реостат?
Условное обозначение реостата на электрической схеме:
Реостат. Принцип действия, устройство, применение, обозначение реостата
Реостат — это переменный резистор, электрическое сопротивление которого между его подвижным контактом и выводами резистивного элемента можно изменять механическим способом (определение согласно ГОСТ 21414-75).
Реостат — это тип потенциометра с двумя выводами вместо трех. Является так называемым элементом управления в электрических цепях.
Важным преимуществом реостата является то, что его можно использовать для изменения электрического сопротивления в цепи без её разрыва.
Принцип действия и устройство реостата
Из любого учебника физики за 8 класс нам известно, что принцип действия реостата основан на законе Ома для участка цепи, а именно электрический ток, протекающий через цепь, изменяется в зависимости от уровня сопротивления, с которым он сталкивается при неизменном напряжении источника. Низкое сопротивление означает высокий электрический ток, так как ничто не препятствует току, а высокое сопротивление означает низкий электрический ток. Это свойство электрических цепей может быть использовано для настройки характеристик цепи в соответствии с конкретными требованиями.
При этом, сопротивление материала проводника (скажем, проволоки) зависит линейно от её длины и обратно пропорционально площади поперечного сечения, то есть верна формула: R = (ρ * l) / S, где
Таким образом, если площадь поперечного сечения остается постоянной, увеличение длины увеличивает сопротивление. Как показано на рисунке 1, ползунок реостата перемещается с помощью резистивного элемента. Он перемещается в 2 направлениях (туда/обратно). Соответственно изменяется эффективная длина. По мере продвижения ползунка к выходному выводу эффективная длина уменьшается, вызывая падение сопротивления и увеличение силы тока.
В простейшем типе реостата используется керамический цилиндр с намотанной по всей длине стальной проволокой (или другим материалом/сплавом с большим удельным сопротивлением), причем эта проволока имеет постоянное поперечное сечение по всей длине. Проволока покрыта тонким слоем не проводящей ток окалины, поэтому витки её изолированы друг от друга.
Над обмоткой расположен металлический стержень, по которому может перемещаться ползунок (подвижный контакт). Своими контактами он прижат к виткам обмотки.
Слой окалины с проволоки снимается в результате трения контактов ползуна о витки обмотки. Электрический ток от витков проволоки через контакты ползунка течет в стержень.
Из конструктивных особенностей нужно ещё отметить, что внутри реостат всегда полый. Это необходимо, поскольку при протекании электрического тока реостат нагревается, а эта полость обеспечивает быстрое охлаждение.
Ползунок можно перемещать вдоль стержня, чтобы создать бо́льшее или ме́ньшее сопротивление в электрической цепи. При изменении положения ползунка реостата изменяется длина той части обмотки, через которую проходит ток — а вследствие этого изменяется и сопротивление реостата. То есть, увеличение длины проволочного стержня создает бо́льшее сопротивление, что приводит к уменьшению тока, протекающего через цепь, а уменьшение — наоборот, создает ме́ньшее сопротивление, что приводит к увеличению силы тока в цепи.
Рисунок 1. Общая структура простого ползункового реостата
Каждый реостат рассчитан на определённое сопротивление 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.
Кто изобрел реостат?
Разработка реостата иногда приписывается Чарльзу Уитстону, британскому изобретателю XIX века, который, помимо прочего, привнес в науку ряд открытий, связанных с электричеством. Уитстон, безусловно, работал с электрическими цепями и многое узнал о электрическом сопротивлении и о том, как им можно манипулировать в процессе работы. Основные конструкции реостатов, разработанные в то время, используются и сегодня.
Реостат на основе рисунка Чарльза Уитстона
Где применяются реостаты?
Основное предназначение реостата — это регулировка силы тока в электрической цепи.
Существуют различные типы реостатов, но в технике, например в электротранспорте, регулировка силы тока реостатами вытесняется другими, более выгодными электронными регуляторами, полупроводниковыми элементами и потенциометрами. Дело в том, что, изменяя силу тока в цепи, реостат нагревается, на что расходуется значительная энергия. При большом значении силы тока проволока реостата может перегреться и реостат перестанет работать. В электронных регуляторах эти потери в сотни раз меньше.
Почему реостат нужно подключать последовательно в электрическую цепь?
Чтобы подключить реостат в цепь, мы должны подключить его последовательно, а не параллельно. Электрический ток, как известно, течет по пути с наименьшим сопротивлением. Поэтому, когда возникает выбор между путём с меньшим сопротивлением и путём с бо́льшим сопротивлением, он всегда выбирает меньший.
Реостат, как мы уже знаем, — это устройство с переменным значением сопротивления. Когда мы подключаем его к параллельному пути, этот путь приобретает немного бо́льшее сопротивление, чем другой доступный путь. Когда в электрический цепи течет ток, электроны никогда не выбирают параллельный путь, а текут прямо по последовательному пути. Поэтому реостат вообще не будет работать в таком случае.
Как обозначается реостат на схемах?
Реостат на схемах обозначается как резистор со стрелкой. При таком обозначении легко понять, что при движении ползунка вправо сопротивление реостата уменьшится, а при движении влево – увеличится.
В тоже время нужно знать, что международная электротехническая комиссия (IEC) определила другой символ для обозначения реостатов:
Прямоугольник обозначает сопротивление, а стрелка – то, что его можно изменять.
Реостаты
Урок 46. Физика 8 класс
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока «Реостаты»
Каждый из нас знает, что такое радио или аудио магнитофон. Самой обычной функцией таких приборов является регулировка громкости. Подобно тому, как ток, совершая больше работы, заставляет лампочку гореть ярче, громкость увеличивается за счет увеличения работы силы тока. То есть, для регулировки громкости, нам нужно регулировать силу тока. И это, конечно, далеко не единственный пример, где нужен контроль силы тока. Для подобных целей используют специальный прибор, который называется реостатом. Принцип работы реостата основан на его способности изменять сопротивление на участке цепи и, следовательно, силу тока.
На прошлом уроке мы уже узнали, от чего зависит сопротивление проводника: от удельного сопротивления, площади поперечного сечения и длины проводника. Конечно, изменять толщину или вещество не представляется возможным. Зато, можно легко изменять длину проводника, с помощью скользящих контактов. Скользящий контакт можно сдвинуть в ту или иную сторону, тем самым включив бо́льшую или меньшую часть проводника в цепь. Такие реостаты называют ползунковыми.
Чтобы даже незначительное изменение длины проводника значительно влияло на силу тока, в реостатах используются проводники с большим удельным сопротивлением.
Простейший реостат можно сделать из обыкновенной нихромовой проволоки. Один из контактов, с помощью которых мы подключим проволоку в цепь, должен быть скользящим.
Таким образом, мы сможем изменять силу тока, используя скользящий контакт. Как мы помним, во сколько раз мы уменьшим длину, во столько же раз и уменьшится сопротивление, и увеличится сила тока. Давайте рассмотрим, почему не стоит использовать материалы с маленьким удельным сопротивлением в реостатах.
Поскольку речь идет не о длинных проводах, а о контактах внутри приборов, мы будем рассматривать длину провода не более одного метра. В этом случае
Помимо ползунковых реостатов, существуют, также, ступенчатые реостаты. Они состоят из набора резисторов, часть из которых включается в цепь, в зависимости от регулировки. Чем больше резисторов включено, тем больше сопротивление и, соответственно, меньше сила тока. Очевидное отличие ступенчатых реостатов — это то, что они могут изменять сопротивление только пошагово, т.е. есть какое-то минимальное изменение, поскольку мы не можем включить в цепь дробное число резисторов.
Во многих современных технологиях используются цифровые реостаты. Такие реостаты обладают интегральной схемой, то есть программно могут выставлять заданное сопротивление. Разумеется, схема работы подобных приборов значительно сложнее, поэтому мы не будем изучать их принцип действия.
Задача 1. Скользящий контакт нихромового ползункового реостата был подключен так, что в цепь была включена ровно половина длины реостата. Когда скользящий контакт максимально отодвинули от второго контакта, сила тока в цепи уменьшилась на 4 А. Найдите площадь поперечного сечения проволоки реостата, учитывая то, что её длина составляет 50 см, а напряжение в цепи равно 12 В.
Реостат – это управляющий прибор, способный изменять силу тока и напряжение
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:
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.
§ 47. Реостаты
На практике часто приходится менять силу тока в цепи, делая её то больше, то меньше. Так, изменяя силу тока в динамике радиоприёмника, 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 проволоку в цепь источника электрического тока через контакты А и С последовательно с амперметром (рис. 75) и передвигая подвижный контакт С, можно уменьшать или увеличивать длину включённого в цепь участка АС. При этом будет меняться сопротивление цепи, а следовательно, и сила тока в ней.
Рис. 75. Изменение длины проводника, включённого в цепь
Реостатам, применяемым на практике, придают более удобную и компактную форму. Для этой цели используют проволоку с большим удельным сопротивлением. Один из реостатов (ползунковый реостат) изображён на рисунке 76, а, а его условное обозначение в схемах — на рисунке 76, б. В этом реостате стальная проволока намотана на керамический цилиндр. Проволока покрыта тонким слоем не проводящей ток окалины, поэтому витки её изолированы друг от друга. Над обмоткой расположен металлический стержень, по которому может перемещаться ползунок. Своими контактами он прижат к виткам обмотки. От трения ползунка о витки слой окалины под его контактами стирается, и электрический ток в цепи проходит от витков проволоки к ползунку, а через него в стержень, имеющий на конце клемму 1. С помощью этой клеммы и клеммы 2, соединённой с одним из концов обмотки и расположенной на корпусе реостата, реостат подсоединяют в цепь.
Рис. 76. Внешний вид и обозначение реостата на схеме
Перемещая ползунок по стержню, можно увеличивать или уменьшать сопротивление реостата, включённого в цепь.
Каждый реостат рассчитан на определённое сопротивление 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.
Рис. 77. Реостат, с помощью которого можно менять сопротивление в цепи
Чтобы лучше понять устройство и действие реостата, покажите на рисунке 76 путь тока по нему, если клеммы 1 и 2 включены в цепь.