Почему в реостатах используют проволоку с большим удельным сопротивлением кратко

Обновлено: 30.06.2024

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 параллельном — разветвляться ($I = I_1 + I_2 + … + I_n$). 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 используются специальные 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).

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 ($R = \frac$). 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: $R = \frac$. 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).

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 ($I = \frac$). 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 обозначения ясно дает понять, в какую сторону нужно передвигать ползунок реостата, чтобы увеличить сопротивление в цепи (вправо).

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

Подключение реостата в электрическую цепь

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

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.

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.

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, изображённом 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).

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 $18 \space Ом$:
$n = \frac = \frac = 6$.

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

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.

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

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:
$R = 20 \space Ом$
$S = 3 \space мм^2$
$\rho = 0.4 \frac$

Показать решение и ответ

Решение:

Запишем формулу для расчета сопротивления проводника: $R = \frac$.

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

1.Для чего предназначен реостат?
Реостат предназначен для регулирования силы тока в цепи.

2. Объясните по рисунку 76,а, как устроен ползунковый реостат. Как можно включать его в цепь?
В реостате стальная проволока намотана на керамический цилиндр. Проволока покрыта тонким слоем не проводящей ток окалины, поэтому витки ее изолированы друг от друга. Над обмоткой расположен металлический стержень, по которому может перемещаться ползунок. Своими контактами он прижимает к виткам обмотки. От трения ползунка о витки слои окалины под его контактами стирается, электрический ток в цепи проходит от витков проволоки к ползунку, а через него в стержень, имеющий на конце клемму. С помощью этой клеммы, соединенной с одним из концов реостата, реостат подсоединяют в цепь.

3. Почему в реостатах используют проволоку с большим удельным сопротивлением?
В реостатах используют проволоку с большим удельным сопротивлением для того, чтобы придать им более удобную и компактную форму.

4. Для каких величин указывают на реостате их допустимые значения?
Сопротивление реостата и наибольшее допустимое значение силы тока указаны на реостате.

Реостат — специальный прибор для регулирования силы тока в цепи.

2. Объясните по рисунку 76, (а), как устроен ползунковый реостат. Как можно включать его в цепь?

Ползунковый реостат состоит из керамического цилиндра, на который намотана стальная 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 виткам обмотки. Реостат подсоединяется в цепь клеммой со стержня с одной стороны и клеммой с конца обмотки с другой стороны.

3. Почему в реостатах используют проволоку с большим удельным сопротивлением?

Проволока с большим удельным сопротивлением используется в реостатах, поскольку меньшее количество витков позволит сильнее изменить сопротивление реостата.

4. Для каких величин указывают на реостате их допустимые значения?

На реостатах указываются сопротивление реостата и наибольшее допустимое значение силы тока, превышение которого может вызвать перегорание обмотки.

5. Как на схемах электрических цепей изображают реостат?

1. Для чего предназначен реостат?

Реостат - это прибор для регулирования силы тока в цепи.

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?