Использование реостатов в цепи

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

Digitrode

цифровая электроника вычислительная техника встраиваемые системы

Что такое реостат: принцип работы, области применения и типы реостата

Для чего нужен реостат

Мы все, должно быть, видели и использовали цилиндрическое устройство, называемое реостатом, при проведении экспериментов в лаборатории физики. Но мы никогда особо не вникали в его технические детали.

Реостат представляет собой тип переменного резистора, сопротивление которого можно изменять с целью изменения количества электрического тока, протекающего через электрическую цепь. Обычно доступные резисторы имеют фиксированное значение и используются для ограничения меньших значений электрического тока. Реостат используется для изменения более высоких значений электрического тока.

Краткая история возникновения реостата

В девятнадцатом веке сэр Чарльз Уитстон изобрел реостат, используя длинную трубку с намотанной на нее проволокой и регулируемый ползунок. Слово «реостат» состоит из двух слов («рео» означает поток тока на греческом языке и «стат» означает стационарный инструмент). При помещении в электрическую цепь поток электричества изменялся через две клеммы: одну клемму рядом со скользящим контактом, а другую, подключенную ближе к днищу.

Современный реостат мало чем отличается от своей более ранней версии. Длинная цилиндрическая конструкция с керамическим сердечником плотно обмотана нихромовой проволокой. Керамический сердечник действует как изолирующий материал для выделяемого тепла. Подобно потенциометру, реостат имеет три контакта, из которых используются только два. Вверху присутствует ползунок, который может свободно двигаться и контактирует с намотанными проводами.

Принцип работы реостата

Работа реостата основана на законе Ома, который описывается формулой R = V/I (где R = сопротивление, V = напряжение, I = ток). Из приведенного закона мы видим, что сопротивление обратно пропорционально току. Это означает, что увеличение сопротивления уменьшает силу тока и наоборот.

Также по вспомним следующую формулу: R = ρL/А (где R = сопротивление, ρ = удельное сопротивление, L = длина, A = площадь поперечного сечения).

Сопротивление прямо пропорционально длине. Следовательно, сопротивление увеличивается по мере увеличения длины провода (т.е. количества витков).

Конструкция реостата

Как указывалось ранее, из трех выводов реостата используются только два.

На приведенной схеме показано, как реализованы соединения в реостате, помещенном в электрическую цепь. Один конец провода, откуда ток входит в устройство, подключается к нижней левой клемме (клемма А). Перемещая ползунок, сопротивление можно увеличивать или уменьшать. Затем этот переменный ток течет через правую верхнюю клемму (клемма B) дальше в электрическую цепь.

Ползунок, расположенный близко к клемме А, указывает на низкое сопротивление, тогда как при приближении к клемме В сопротивление увеличивается. Если мы используем клеммы B и C, минимальное сопротивление достигается, когда мы перемещаем ползунок ближе к клемме B, потому что теперь длина резистивного пути уменьшается. Это приводит к протеканию большого количества электрического тока. Когда ползунковый регулятор перемещается к клемме А, максимальное сопротивление достигается по мере увеличения длины резистивного пути. Поэтому большой поток электрического тока ограничивается.

Реостат обозначается следующим символом:

Области применения реостата

Реостат обычно используется там, где требуется высокое напряжение или ток. К таким приложениям относятся:

• Изменение силы света лампочки. Увеличение сопротивления реостата уменьшает прохождение электрического тока, что приводит к затемнению света и наоборот
• Генераторы
• Системы изменения скорости двигателя
• Системы контроля температуры
• Системы контроля громкости

Типы реостата

Линейный реостат: он имеет цилиндрическую форму, в которой ползунок перемещается линейно. Они в основном используются в лабораториях для обучения и экспериментов.

Вращающийся реостат: имеет вращающийся резистивный путь. При этом ползунок крепится на валу и перемещается вращательным образом, вращаясь на 3/4 окружности. Они в основном используются в силовых приложениях.

Калибровочный реостат: они небольшого размера и представляют собой не что иное, как небольшой реостат. Триммеры или калибровочные реостаты используются на печатной плате для целей калибровки.

Чем реостат отличается от потенциометра

Хотя оба эти устройства служат для изменения величины сопротивления, они имеют определенные различия. Во-первых, реостат представляет собой 2-концевое устройство, у него два терминала, используемые для работы. Потенциометр представляет собой 3-концевое устройство, у него три терминала, используемые для работы.

Во-вторых, реостат не может использоваться как потенциометр, а потенциометр во многих случаях может использоваться как реостат.

И, в-третьих, реостат изменяет ток, а потенциометр изменяет напряжение.

Источник