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.
- Реостат обычно используется в областях, где требуется высокое напряжение или ток. Микроволновая печь, холодильник, миксер, вентилятор, электроинструменты и т.д.
- В светорегуляторах реостаты используются для изменения интенсивности света. Если увеличить сопротивление реостата, через лампочку будет протекать меньший электрический ток, и яркость света уменьшится. Аналогично, если мы уменьшаем сопротивление реостата, через лампочку протекает больше электрического тока, и яркость света увеличивается.
- Реостаты используются для увеличения или уменьшения скорости вращения электродвигателя.
- Он используется в переключателях, с помощью которых устанавливается температура на электроплитах. Он используется во всех устройствах, аналогичных кухонным приборам, которые имеют нагревательные элементы, температура которых должна быть увеличена или уменьшена.
- Он используется для увеличения или уменьшения громкости в таких устройствах, как телевизор, радио.
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.
Источник
Чему равно напряжение в реостате
На графике представлены результаты измерения силы тока на реостате I при различных значениях сопротивления реостата R. Погрешность измерения силы тока ΔI = ±0,2 А, сопротивления ΔR = ±0,5 Ом.
Выберите все утверждения, соответствующие результатам этих измерений.
1) С уменьшением сопротивления сила тока уменьшается.
2) При сопротивлении 2 Ом напряжение примерно равно 8,5 В.
3) При сопротивлении 1 Ом напряжение примерно равно 7 В.
4) При сопротивлении 6 Ом сила тока примерно равна 1,7 А.
5) Напряжение не зависит от сопротивления.
Проверим справедливость предложенных утверждений.
1) С уменьшением сопротивления сила тока увеличивается.
2) Напряжение на реостате можно вычислить по формуле: 
При сопротивлении 2 Ом напряжение примерно равно 
3) При сопротивлении 1 Ом напряжение примерно равно 
4) При сопротивлении 6 Ом сила тока примерно равна 1,7 А.
5) Из графика и расчётов ясно, что напряжение зависит от сопротивления.
Таким образом, верными являются утверждения под номерами 2 и 4.
Можно заметить, что при сопротивлении 1 Ом не совсем ясно, какую величину составляет сопротивление: задевают ли границы погрешности ток 
Видимо, составители считают, что не задевает, поскольку уже есть два других верных ответа.
Относительная погрешность при вычислении напряжения есть сумма относительных погрешностей измерения тока и сопротивления. Для 3-го варианта ответа она составляет 0,5/1+0,2/6,5=0,53. Таким образом, напряжение в этом варианте равно 1*6,5 +/- 6,5*0,53 (В), т. е. от 3,06 В до 9,95 В и ответ «примерно 7 В» является верным.
Источник
Чему равно напряжение в реостате
На графике представлены результаты измерения напряжения на реостате U при различных значениях сопротивления реостата R. Погрешность измерения напряжения ΔU = ±0,2 В, сопротивления ΔR = ±0,5 Ом.
Выберите все утверждения, соответствующие результатам этих измерений.
1) С уменьшением сопротивления напряжение уменьшается.
2) При сопротивлении 2 Ом сила тока примерно равна 0,5 А.
3) При сопротивлении 1 Ом сила тока в цепи примерно равна 3 А.
4) При сопротивлении 10 Ом сила тока примерно равна 0,48 А.
5) Напряжение не зависит от сопротивления.
Проверим справедливость предложенных утверждений.
1) Из графика видно, что с уменьшением сопротивления напряжение уменьшается.
2) Силу тока в реостате можно найти по формуле: 
При сопротивлении 2 Ом сила тока примерно равна 
3) Из результатов измерений нельзя заключить чему равна сила тока через реостат при сопротивлении 1 Ом.
4) При сопротивлении 10 Ом сила тока примерно равна 
5) Из результатов измерений можно утверждать, что напряжение на реостате зависит от сопротивления.
Таким образом, верными являются утверждения под номерами 1 и 4.
Источник
Часть 1. Реостат
Потребители тока (электроизмерительные приборы, сопротивления, лампочки и т.д.) рассчитаны на определенную мощность. Для нормальной длительной работы потребителей тока напряжение и ток на них не должны превышать некоторых установленных значений, которые называются номинальными значениями напряжения и тока. В случаях превышения номинальных значений потребитель (нагрузка) разогревается, срок его службы уменьшается.
Очень часто возникает необходимость произвести измерения при различных режимах (при разных значениях тока и напряжения). Часто имеющиеся в нашем распоряжении источники тока дают напряжение, превышающее то, на которое рассчитан потребитель тока. В этих случаях применяются регулирующие устройства – реостаты и потенциометры.
При регулировании напряжения на нагрузке, следует иметь в виду, что при этом будет изменяться и ток, протекающий через него. Можно говорить о пропорциональной зависимости между напряжением U и током I, только если сопротивление нагрузки R не зависит ни от напряжения, ни от тока. В большинстве случаев это условие выполняется, и сопротивление нагрузки можно считать независящим от тока и напряжения на них.
Изменение напряжения, подаваемого на нагрузку, и, следовательно, тока, протекающего через него, производится либо с помощью реостата, либо с помощью потенциометра.
Часть 1. Реостат
В лабораторной практике наибольшее распространение получили реостаты со скользящим контактом (рис. 1). Реостат состоит из фарфорового или шиферного основания, на котором намотана виток к витку голая проволока из реотана, нихрома или других сплавов с большим удельным сопротивлением. Над обмоткой расположен латунный стержень, по которому скользит ползунок D (скользящий контакт). Стержень, сопротивление которого практически равно нулю, оканчивается клеммой C. В качестве реостата он включается в цепь последовательно с нагрузкой через клеммы A и C или B и C (рис. 2). Если реостат подключен через клеммы A и C, ток пойдет по виткам, находящимся на участке AC. При смещении ползунка D вправо (в сторону клеммы C, см. рис. 1) участок AC увеличивается и сопротивление реостата возрастает. При подключении реостата через клеммы B и C ток идет по участку BC и при смещении ползунка D вправо (в сторону клеммы В) участок BC уменьшается и сопротивление реостата падает. Чем тоньше проволока, тем больше полное сопротивление реостата и меньше допустимый через него ток. На каждом реостате приводятся номинальное сопротивление и наибольший длительно допустимый ток.
Изменение силы тока и напряжения на нагрузке с помощью реостата происходит следующим образом. Пусть нагрузкой в цепи является электрическая лампочка (рис. 2). При увеличении сопротивления реостата увеличивается общее сопротивление цепи (Rобщ), общий ток (I) уменьшается, следовательно, и ток через нагрузку, и напряжение на нем уменьшаются:
 |
Следует помнить, что изменение тока в цепи не будет обратно пропорционально изменению сопротивления реостата, так как в цепи кроме изменяющегося сопротивления реостата имеется неизменное сопротивление нагрузки. Только в тех случаях, когда Rреост >>Rн , общий ток, а, следовательно, и ток через нагрузку будет изменяться почти обратно пропорционально сопротивлению реостата. При обратном соотношении сопротивлений (Rреост
1. Если напряжение источника тока больше допустимого напряжения на нагрузке, реостат применяют как балластное сопротивление, и расчет его приведен в примере 1.
Пример 1. В сеть с напряжением 110 В требуется включить электрическую лампочку с параметрами 24 В; 12 Вт. Рассчитайте реостат, который обеспечит номинальный накал лампочки в данной цепи.
Найдем ток через лампочку при номинальном (нормальном) накале. Поскольку мощность, выделяющаяся на лампочке, равна W = I×U:
Такой же ток, т.е. 0.5 А, будет проходить и через реостат, так как лампа и реостат соединены последовательно. Таким образом, номинальный ток реостата (Ipеост/ном) должен быть не меньше, чем 0.5 А. Так как ток в цепи не должен превышать 0.5 А, а общее напряжение составляет 110 В, то, очевидно, что сопротивление всей цепи не может быть меньше, чем: R = U/I = 110 В/0.5 А = 220 Ом.
Цепь состоит из последовательно соединенных лампы и реостата, следовательно, общее сопротивление равно сумме сопротивлений отдельных участков (Rобщ = Rл + Rpеост). Сопротивление лампы можно рассчитать, зная, например, что при номинальном напряжении на лампе 24 В, ток через нее равен 0.5 А. Следовательно, сопротивление лампы:
Теперь можно найти и сопротивление реостата:
Возможен и другой способ рассуждения.
Общее напряжение 110 В распределяется между лампой и реостатом пропорционально их сопротивлениям:
Напряжение на лампе должно быть 24 В, следовательно, на реостат будет приходиться: 110 В – 24 В = 86 В.
Сопротивление лампы можно рассчитать, используя формулу для мощности в виде W = U 2 /R:
Rл = U 
/Wл =(24 В) 2 /12 Вт = 48 Ом.
Получаем для сопротивления реостата Rpеост = 48 Ом×(86 В/24 В) = 172 Ом.
Конечно, в лаборатории можетне оказаться реостата с номинальными параметрами 172 Ом и 0.5 A. Следует выбирать реостат с большими значениями сопротивления и тока.В данном случае подойдут реостаты: 200 Ом, 1 А или 500 Ом, 0.6 А.
Причем, если выбрать реостат с параметрами 500 Ом, 0.6 А, то с помощью этого реостата можно (при необходимости) значительно уменьшить напряжение и ток через лампу по сравнению с номинальными. Так, при полностью введенном реостате (500 Ом), ток через лампу равен Iл = Uист /(Rл + Rреост) = 110 В/(48 + 500) 0м = 0.20 А. При этом напряжение на лампе равно Uл= Iл×Rл = 0.20 А×48 Ом = 9.6 В.
Порядок выполнения работы (к части 1)
1. Получите у преподавателя потребитель тока (электрическую лампочку, низкоомный резистор) для выполнения практического задания. Определите номинальные параметры этой нагрузки (Rном, Uном, Iном, Wном).
2. Рассчитайте реостат для регулирования тока и напряжения на нагрузке. Конкретные данные об источнике тока и пределах регулирования тока задает преподаватель.
3. Нарисуйте схему (рис. 4). На схеме укажите исходное напряжение источника тока, номинальные параметры нагрузки и реостата, пределы измерения амперметра и вольтметра. Покажите ваши расчеты преподавателю.
4. Выберите реостат и необходимые электроизмерительные приборы (амперметр и вольтметр) для контроля тока и напряжения на нагрузке.
5. Соберите цепь для проверки правильности выбора реостата в соответствии со схемой рис. 4. Установите движок реостата в крайнее положение, при котором ток через реостат и нагрузку будет минимальным. После проверки схемы преподавателем или лаборантом подключите схему к источнику тока и произведите необходимые измерения.
6. Выведите реостат. Изменяя положение движка, занесите результаты показаний вольтметра и амперметра в таблицу.
7. Построите график зависимости U(I).
В отчете приведите схему, расчет реостата, параметры выбранного реостата и результаты проверки расчета, таблицу с измеренными данными и график. Дайте полное описание амперметра и вольтметра, которые вы выбрали.
Источник