Реостаты. Виды и устройство. Работа и особенности

Реостаты. Виды и устройство. Работа и особенности

Во многих электронных устройствах для регулирования громкости звука необходимо изменять силу тока. Рассмотрим устройство (реостаты), с помощью которого можно изменять силу тока и напряжение. Сила тока зависит от напряжения на концах участка цепи и от сопротивления проводника: I=U/R. Если изменять сопротивление проводника R, тогда будет меняться сила тока.

Сопротивление зависит от длины L, от площади поперечного сечения S и от материала проводника – удельного сопротивления. Для того чтобы изменять сопротивление проводника, нужно менять длину, толщину или материал. Весьма удобно изменять длину проводника.

Например, цепь, состоящая из источника тока, ключа, амперметра и проводника в виде резистора АС из проволоки с большим удельным сопротивлением.

Перемещая контакт С по этой проволоке, можно менять длину проводника, которая задействована в цепи, тем самым изменять сопротивление, а значит, и силу тока. Следовательно, можно создать устройство с переменным сопротивлением, с помощью которого можно изменять силу тока. Такие устройства имеют название реостатами.

Реостат – это устройство с изменяемым сопротивлением, которое служит для регулировки силы тока и напряжения.

Устройство реостата

На цилиндр, выполненный из керамики, намотан металлический проводник, который сделан из материала с большим удельным сопротивлением. Сделано это для того, чтобы при небольшом изменении длины существенно менялось сопротивление. Этот металлический провод называется обмоткой. Он так называется, потому что намотан на керамический цилиндр.

Концы обмотки выведены к зажимам, которые называются клеммами. В верхней части реостата есть металлический стержень, который тоже заканчивается клеммами. Вдоль металлического стержня и вдоль обмотки может перемещаться скользящий контакт, который называется ползунком. Так как скользящий контакт имеет такое название, то подобный реостат называется ползунковым реостатом.

Принцип действия

Ползунковый реостат подсоединен в цепь через две клеммы: нижнюю с обмотки и верхнюю клемму, там, где металлический стержень. При подключении его в цепь, таким образом, ток через нижнюю клемму проходит по виткам обмотки, а не поперек витков. Далее ток проходит через скользящий контакт, потом по металлическому стержню, и опять в цепь.

Таким образом, в цепи задействована только часть обмотки реостата. Когда ползунок перемещается, то меняется сопротивление той части обмотки реостата, которая находится в цепи. Изменяется длина обмотки, сопротивление и сила тока в цепи.

Необходимо обратить внимание, что ток в той части реостата, по которой он проходит, идет по каждому витку обмотки, а не поперек них. Это достигается тем, что витки обмотки изолированы между собой тонким слоем изоляционного материала. Разберемся, как осуществляется контакт между витками обмотки и ползунком.

При движении по обмотке ползунок движется по ее верхнему слою, который имеет зачищенный участок изоляции на пути ползунка. Так осуществляется контакт между ползунком и витком обмотки. Между собой витки изолированы.

На схеме изображена цепь с источником тока, выключателем, амперметром и ползунковым реостатом. При перемещении ползунка реостата меняется его сопротивление и сила тока в цепи.

Ползунковый реостат можно подключать к цепи при помощи двух клемм: верхней и нижней. Но реостаты подключаются и по-другому.

Реостат можно подключить через три клеммы. Две нижние клеммы соединяются с концами обмотки, и один провод с верхней клеммы. Напряжение подается на всю обмотку, а снимается напряжение только с части обмотки. Ползунок делит реостат на два резистора, которые соединены последовательно.

Общее напряжение равно сумме напряжений каждого резистора. Поэтому выходное напряжение меньше входного значения. Выходное напряжение меньше, чем входное во столько раз, во сколько сопротивление части обмотки меньше, чем сопротивление всей обмотки. То есть, реостат делит напряжение, и называется делителем напряжения или потенциометром.

Виды и особенности реостатов

Реостат в виде тора

Два крайних зажима – это концы обмотки, а средний зажим соединен с ползунком. Вращая ползунок по обмотке, можно изменить сопротивление и сила тока в цепи.

Рычажные реостаты

Они получили такое название, потому что в его нижней части находится переключатель – рычаг. С помощью него можно включать разные части спирали резисторов. На рисунке показан принцип работы рычажного реостата.

Рычажный реостат изменяет силу тока скачкообразно, в то время как ползунковый реостат меняет силу тока плавно. Если в цепи будет присутствовать резистор, то при перемещении ползунка на ползунковом реостате или при переключении рычага рычажного реостата будет меняться сила тока и напряжение на концах резистора.

Штепсельные

Такие устройства состоят из магазина сопротивлений.

Это набор различных сопротивлений. Они называются спирали-резисторы. При помощи штепселя можно включать или выключать разные спирали-резисторы. Когда штепсель находится в перемычке, то больший ток идет через перемычку, а не через резистор. Таким образом, резистор отключается. Используя штепсель, можно получать разные сопротивления.

Материалы и охлаждение

Основным элементом в устройстве реостата является материал изготовления, по виду которого реостаты делятся на несколько видов:

• Угольные.
• Металлические.
• Жидкостные.
• Керамические.

Электрический ток в сопротивлениях преобразуется в тепловую энергию, которая должна каким-то образом отводиться от них. Поэтому реостаты также делятся по типу охлаждения:

• Воздушные.
• Жидкостные.

Жидкостные реостаты разделяются на водяные и масляные. Воздушный вид используется в любых конструкциях приборов. Жидкостное охлаждение применяется только для металлических реостатов, их сопротивления омываются жидкостью, либо полностью в нее погружены. Нельзя забывать, что охлаждающая жидкость также должна охлаждаться.

Металлические реостаты

Это конструкция реостата с воздушным охлаждением. Такие модели приобрели популярность, так как легко подходят для различных условий работы своими электрическими, тепловыми характеристиками, а также формой конструкции. Они бывают с непрерывным или ступенчатым типом регулировки сопротивления.

В устройстве имеется подвижный контакт, скользящий по неподвижным контактам, расположенным в этой же плоскости. Неподвижные контакты выполнены в виде винтов с плоскими головками, пластин или шин. Подвижный контакт называется щеткой. Он бывает мостиковым или рычажным.

Такие виды реостатов делят на самоустанавливающиеся и несамоустанавливающиеся. Последний вид имеет простую конструкцию, но ненадежен в применении, так как контакт часто нарушается.

Масляные

Устройства с масляным охлаждением повышают теплоемкость и время нагревания вследствие хорошей теплопроводности масла. Это делает возможным повышение нагрузки на небольшое время, снижает расход материала изготовления сопротивления и габариты корпуса реостата.

Детали, погружаемые в масло, должны иметь значительную поверхность для хорошей отдачи тепла. В масле увеличиваются возможности контактов на отключение. Это является преимуществом такого вида реостатов. Благодаря смазке на контакты можно прилагать повышенные усилия. К недостаткам можно отнести риск возникновения пожара и загрязнение места установки.

Как подключить реостат в цепь схема

Цель первой части работы: Научиться регулировать силу тока в цепи.

Оборудование: Источник тока, реостат, лампочка, амперметр, вольтметр, ключ, соединительные провода.

Вводная часть: Как известно силу тока в участке цепи можно подсчитать так: I = U/R. Таким образом, меняя сопротивление цепи R (сопротивление реостата), можно будет регулировать силу тока I (т.е. увеличивать или уменьшать ее). Прибор, сопротивление которого можно менять, называется реостатом. Таким образом, силу тока в цепи регулируют реостатом.
Как устроен реостат? Известно, сопротивление R зависит от длины той части проводника, по которой течет ток: R = ρl /S. На этой зависимости и основано устройство реостата. Возьмите в руки реостат и рассмотрите его устройство. Обратите внимание на проволоку, намотанную на керамический каркас (на рис. слева показана голубым цветом). Она и создает сопротивление реостата. Меняя положение движка (смещая вправо/влево) можно менять длину той части проволоки, по которой проходит электрический ток (меняя длину l, меняем сопротивление R, а значит и силу тока I). Проведите пальчиком по реостату от левого проводка к правому, чтобы показать себе, каким путем ток проходит по реостату, если вы поняли, как это работает. Переместите движок реостата так, чтобы его сопротивление было наименьшим ( l = 0). Переместите движок реостата так, чтобы его сопротивление было наибольшим, проверяя каждый раз движением пальчика по реостату, большая или маленькая часть проволоки реостата будет задействована в цепи.

Ход первой части работы:
Попробуйте самостоятельно собрать схему (слева) и порегулировать силу тока реостатом, запишите результаты ваших исследований. В крайнем случае, смотри подсказку хода работы.
1. Соберите электрическую цепь по схеме (см. справа).
Ключ перед началом работы должен быть разомкнут, а реостат выведен на максимальное сопротивление.
Обратите внимание, потребитель тока (лампочка) всегда подключается последовательно к регулирующему силу тока элементу (реостату).
2. Включите цепь и снимите показания амперметра и вольтметра.
3. Начинайте передвигать движок реостата в сторону уменьшения сопротивления. Делайте это постепенно, до самого конца. Наблюдайте за показаниями амперметра. Одновременно наблюдайте за накалом лампочки при уменьшении сопротивления реостата. Как при этом меняются показания вольтметра?
4. Теперь начните перемещать движок реостата в обратную сторону. Как при этом меняются сила тока и накал лампочки? Как меняются показания вольтметра?
5. Сделайте вывод о том, как зависит сила тока и накал лампочки от сопротивления реостата. А также меняется ли заметным образом напряжение в цепи при изменении силы тока? Ответьте на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы к первой части:
1. Как можно увеличить (уменьшить) силу тока в цепи.
2. Для чего, например, бывает нужно менять силу тока?
3. Как можно уменьшить накал лампочки?
4. В какую сторону надо переместить движок реостата (см. рис. выше слева), чтобы увеличить сопротивление реостата?
5. В какую сторону надо переместить движок реостата (см. рис. выше слева), чтобы увеличить силу тока?
6. В какую сторону надо переместить движок реостата (см. рис. выше слева), чтобы увеличить накал лампы?

ЧАСТЬ II. Регулирование напряжения в цепи.

Цель второй части работы: Научиться регулировать напряжение на участке цепи.

Оборудование: Источник тока, потенциометр, светодиод, амперметр, вольтметр, ключ, соединительные провода.

Вводная часть: Напряжение на участке цепи регулируют потенциометром. Как известно напряжение на участке цепи можно подсчитать так: U =IR. Таким образом, меняя сопротивление участка цепи R (одной из ветвей потенциометра, например 2-3 в нашей схеме), можно будет менять напряжение U на этом участке цепи (между точками 2-3).
Потенциометр отличается от реостата тремя выводами для подключения в цепь, а не двумя, как у реостата.

Ход второй части работы:
Попробуйте самостоятельно собрать схему (слева) и порегулировать напряжение потенциометром, запишите результаты ваших исследований. В крайнем случае, смотри подсказку хода работы.
1. Соберите электрическую цепь по схеме (см. справа).
Ключ перед началом работы должен быть разомкнут, а потенциометр выведен на минимальное сопротивление (по схеме вправо).
Обратите внимание, потребитель напряжения (светодиод) подключается всегда параллельно к регулятору напряжения.
2. Включите цепь и снимите показания приборов: амперметра и вольтметра.
3. Начните перемещать движок потенциометра по схеме влево. Следите за показаниями амперметра и вольтметра. Как они меняются? При каком напряжении загорелся светодиод? Запишите это значение в лист отчета.
4. Теперь начните перемещать движок потенциометра по схеме вправо. Следите за показаниями амперметра и вольтметра. Как они меняются? При каком напряжении погас светодиод? Запишите это значение в лист отчета.
5. Сделайте вывод о том, как зависит напряжение от сопротивления правой части потенциометра (участок 2-3). А также меняется ли заметным образом сила тока в цепи при изменении напряжения? Ответьте на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы ко второй части:
1. Как можно увеличить (уменьшить) напряжение на участке цепи.
2. Для чего, например, бывает нужно менять напряжение?
3. Какими способами можно погасить светодиод?
4. В какую сторону надо переместить движок реостата (см. схему выше справа), чтобы увеличить напряжение?
5. В какую сторону надо переместить движок реостата (см. схему выше справа), чтобы зажечь светодиод?
6. В чем разница в подключении потребителей при регулировании силы тока и регулировании напряжения?

Реостаты. Регулирование силы тока с помощью реостата

Тема урока: Реостаты. Регулирование силы тока реостатом.

познакомить учащихся с устройством и применением реостатов.

Развивающие:

развивать практические навыки сборки электрической цепи, умения использования электрических приборов, умения логически мыслить;

расширять политехнический кругозор учащихся

Воспитательные:

прививать интерес и любовь к предмету;

воспитывать выдержанность, тактичность, умение слушать товарищей; воспитывать аккуратность, четкость в ответах и действиях.

узнать: что такое реостат? (Устройство, что это за прибор?)

понимать: как работает реостат? (Принцип работы)

уметь: пользоваться реостатом.

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

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?

— 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?

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»

Сформулируем 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?

1. Что такое реостат?

2. Как им пользоваться?

3. Где применяется?

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.

— 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:

Как изолированы витки проволоки друг от друга у реостата?

Проволока покрыта тонким слоем не проводящий ток окалины.

Почему для изготовления реостата используют никелиновую проволоку?

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

— Вопросы для первой группы:

Какова роль ползунка в реостате?

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

Как включается реостат в электрическую цепь?

Последовательно

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.

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)

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

Перышкин А.В. Физика. 8 класс. М.: Дрофа, 2009. — 191с.

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

§ 8. Использование резисторов для регулирования тока в электрической цепи

Резисторы. Закон Ома наглядно показывает, что силу тока в электрической цепи можно изменять, включая в нее различные сопротивления. Этим свойством широко пользуются на практике для регулирования и ограничения тока в обмотках двигателей, генераторов и других электрических потребителях. Электрический аппарат, предназначенный для включения в электрическую цепь с целью регулирования или ограничения проходящего по ней тока, называют резистором. Резисторы бывают с постоянным или регулируемым сопротивлением. Последние иногда называют реостатами.
Резисторы обычно изготовляют из проволоки или ленты, материалом для которых служат сплавы металлов, обладающие высоким удельным сопротивлением (константан, никелин, манганин, фехраль). Это дает возможность для изготовления резисторов применять проволоку наименьшей длины. В электрических цепях, по которым проходят сравнительно небольшие токи (например, в цепях управления, в устройствах электроники и радиотехники), часто применяют непроволочные резисторы, выполненные из графита и других материалов.
Устройство реостатов. Реостаты могут выполняться с плавным или ступенчатым изменением сопротивления. В лабораториях для управления электрическими машинами и испытательными устройствами часто используют ползунковый реостат с плавным изменением сопротивления (рис. 16, а). Такой реостат состоит из изоляционной трубки 4, на которую навита проволочная спираль 5. К виткам этой спирали прикасается подвижной контакт 2. Зажим 1 реостата соединяется с подвижным контактом, другой зажим 3 — с одним из концов спирали. Перемещая подвижной контакт, можно изменять длину проволоки, расположенной между зажимами реостата, и тем самым изменять его сопротивление.
Для пуска и регулирования электрических двигателей станков, грузоподъемных механизмов и пр. применяют ползунковый реостат со ступенчатым изменением сопротивления (рис. 16, б). Реостат состоит из ряда одинаковых сопротивлений 9 (секций), присоединенных к контактам 8. Для включения в цепь того или иного числа секций служит ползунок 7 со штурвалом 6.
Для регулирования тока при пуске тяговых двигателей электрических локомотивов постоянного тока применяют реостаты со ступенчатым изменением сопротивления (пусковые реостаты). Отдельные секции реостата в процессе пуска замыкаются накоротко дистанционно управляемыми выключателями, называемыми контакторами.
На некоторых электровозах (например, электровозах ЧС) пусковые реостаты выполнены из чугунных литых пластин 10 особой формы, напоминающей зигзагообразно уложенную ленту. Отдельные пластины собирают на изолированных шпильках и прикрепляют к основанию 11 (рис. 16, в).

Рис. 16. Устройство реостатов: а — с плавным изменением сопротивления; б — со ступенчатым изменением сопротивления; в — из чугунных пластин; г — из фехралевой ленты

В последнее время пусковые реостаты электровозов и моторных вагонов выполняют из фехралевой ленты 12, намотанной на фарфоровые изоляторы 13 (рис. 16, г). Так же устроены и реостаты, служащие для регулирования тока возбуждения тяговых двигателей на электровозах и тепловозах. Реостаты из фехралевой ленты более

alt=»Рис. 17. Схема последовательного включения реостата в цепь приемника электрической энергии» width=»300″ height=»91″ />Рис. 17. Схема последовательного включения реостата в цепь приемника электрической энергии

Рис. 18. Схема включения реостата в качестве делителя напряжения

прочны, более устойчивы против тряски и вибраций и имеют меньшую массу, чем реостаты, выполненные из чугунных пластин.
Схемы включения реостатов. Реостат 2 (рис. 17) может быть включен последовательно в цепь между источником 1 и приемником 4 электрической энергии. В этом случае при изменении сопротивления реостата, т. е. при перемещении подвижного контакта 3, изменяется сила тока в приемнике. Этот ток проходит только по части сопротивления реостата.
Однако реостат можно включать в цепь таким образом, чтобы ток проходил по всему его сопротивлению, а к приемнику ответвлялась только часть тока источника. В этом случае два крайних зажима 2 и 4 реостата (рис. 18) подключают к источнику 5, а один из этих зажимов, например 4, и подвижной контакт 3 реостата — к приемнику 1. Очевидно, что при таком включении к приемнику будет подаваться напряжение U, равное падению напряжения между зажимом 4 и подвижным контактом 3 реостата. Следовательно, передвигая подвижной контакт реостата, можно изменять напряжение U, подводимое к приемнику, и силу тока в нем. Напряжение U представляет собой только часть напряжения Uи на зажимах источника.
Реостат, включенный по схеме рис. 18, называется делителем напряжения, или потенциометром.