Для рассмотрения характеристик электрических параметров рассмотрим назначение приборов:
- сила тока в цепи определяется амперметров, который подключается последовательно с соблюдением полярности;
- напряжение на участке цепи измеряется вольтметром, который подключается параллельно к тому участку или прибору, на котором нужно узнать разность потенциалов или напряжения;
- на деревянной изолирующей подставке — устройство, имеющее провода с различными значениями сопротивления;
- значение тока можно регулировать реостатом.
Рис. (1). Цепь с возможностью выбора проводника
Определим физические параметры (величины), влияющие на значение сопротивления проводника.
Эксперимент (1). Физическая величина — длина (прямая пропорциональность).
Эксперимент (2). Физическая величина — площадь поперечного сечения (обратная пропорциональность).
Эксперимент (3). Материал проводника, физическая величина — удельное сопротивление проводника (прямая пропорциональность).
Примечание: «эксперимент» следует понимать как включение в электрическую цепь проводников с конкретными одинаковыми и различающимися физическими параметрами и сравнение значений сопротивлений данных проводников.
Впервые зависимость сопротивления проводника от вещества, из которого он изготовлен, и от длины проводника обнаружил немецкий физик Георг Ом. Он установил:
Сопротивление проводника напрямую зависит от его длины и материала, но обратным образом зависит от площади поперечного сечения проводника.
Обрати внимание!
Из этого можно сделать вывод: чем длиннее проводник, тем больше его электрическое сопротивление.
Сопротивление проводника обратно пропорционально площади его поперечного сечения, т.е. чем толще проводник, тем его сопротивление меньше, и, наоборот, чем тоньше проводник, тем его сопротивление больше.
Чтобы лучше понять эту зависимость, представьте себе две пары сообщающихся сосудов, причём у одной пары сосудов соединяющая трубка тонкая, а у другой — толстая. Ясно, что при заполнении водой одного из сосудов (каждой пары) переход её в другой сосуд по толстой трубке произойдёт гораздо быстрее, чем по тонкой, т.е. толстая трубка окажет меньшее сопротивление течению воды. Точно так же и электрическому току легче пройти по толстому проводнику, чем по тонкому, т.е. первый оказывает ему меньшее сопротивление, чем второй.
Удельное сопротивление проводника зависит от строения вещества. Электроны при движении внутри металлов взаимодействуют с атомами (ионами), находящимися в узлах кристаллической решётки. Чем выше температура вещества, тем сильнее колеблются атомы и тем больше удельное сопротивление проводников.
Удельное электрическое сопротивление — физическая величина (rho), характеризующая свойство материала оказывать сопротивление прохождению электрического тока:
ρ=R⋅Sl
, где удельное сопротивление проводника обозначается греческой буквой (rho) (ро), (l) — длина проводника, (S) — площадь его поперечного сечения.
Определим единицу удельного сопротивления. Воспользуемся формулой
ρ=R⋅Sl
.
Как известно, единицей электрического сопротивления является (1) Ом, единицей площади поперечного сечения проводника — (1) м², а единицей длины проводника — (1) м. Подставляя в формулу, получаем:
, т.е. единицей удельного сопротивления будет
Ом⋅м
.
На практике (например, в магазине при продаже проводов) площадь поперечного сечения проводника измеряют в квадратных миллиметрах, В этом случае единицей удельного сопротивления будет:
, т.е.
Ом⋅мм2м
.
В таблице приведены значения удельного сопротивления некоторых веществ при (20) °С.
Удельное сопротивление увеличивается пропорционально температуре.
При нагревании колебания ионов металлов в узлах металлической решётки увеличиваются, поэтому свободного пространства для передвижения электронов становится меньше. Электроны чаще отбрасываются назад, поэтому значение тока уменьшается, а значение сопротивления увеличивается.
Обрати внимание!
Из всех металлов наименьшим удельным сопротивлением обладают серебро и медь. А это значит, что медь и серебро лучше остальных проводят электрический ток.
При проводке электрических цепей, например, в квартирах не используют серебро, т.к. это дорого. Зато используют медь и алюминий, так как эти вещества обладают малым удельным сопротивлением.
Порой необходимы приборы, сопротивление которых должно быть большим. В этом случаем необходимо использовать вещество или сплав с большим удельным сопротивлением. Например, нихром.
Полиэтилен, дерево, стекло и многие другие материалы отличаются очень большим удельным сопротивлением. Поэтому они не проводят электрический ток. Такие материалы называют диэлектриками или изоляторами.
Очень часто нам приходится изменять силу тока в цепи. Иногда мы ее увеличиваем, иногда уменьшаем. Водитель трамвая или троллейбуса изменяет силу тока в электродвигателе, тем самым увеличивая или уменьшая скорость транспорта.
Реостат — это резистор, значение сопротивления которого можно менять.
Реостаты используют в цепи для изменения значений силы тока и напряжения.
Реостат на рисунке состоит из провода с большим удельным сопротивлением (никелин, нихром), по которому передвигается подвижный контакт (C) по длине провода, плавно изменяя сопротивление реостата. Сопротивление такого реостата пропорционально длине провода между подвижным контактом (C) и неподвижным (A). Чем длиннее провод, тем больше сопротивление участка цепи и меньше сила тока. С помощью вольтметра и амперметра можно проследить эту зависимость.
Рис. (2). Реостат с подвижным контактом
На школьных лабораторных занятиях используют переменное сопротивление — ползунковый реостат.
Рис. (3). Ползунковый реостат
Он состоит из изолирующего керамического цилиндра, на который намотан провод с большим удельным сопротивлением. Витки проволоки должны быть изолированы друг от друга, поэтому либо проволоку обрабатывают графитом, либо оставляют на проволоке слой окалины. Сверху над проволочной обмоткой закреплен металлический стержень, по которому перемещается ползунок. Контакты ползунка плотно прижаты в виткам и при движении изолирующий слой графиты или окалины стирается, и тогда электрический ток может проходить от витков проволоки к ползунку, через него подводиться к стержню, имеющему на конце зажим (1).
Для соединения реостата в цепь используют зажим (1) и зажим (2). Ток, поступая через зажим (2), идёт по никелиновой проволоке и через ползунок подаётся на зажим (1). Перемещая ползунок от (2) к (1), можно увеличивать длину провода, в котором течёт ток, а значит, и сопротивление реостата.
В электрических схемах реостат изображается следующим образом:
Как и любой электрический прибор, реостат имеет допустимое значение силы тока, свыше которого прибор может перегореть. Маркировка реостата содержит диапазон его сопротивления и максимальное допустимое значение силы тока.
Обрати внимание!
Сопротивление реостата нужно учитывать в параметрах электрической цепи. При минимальных значениях сопротивления ток в цепи может вывести из строя амперметр.
Существуют реостаты, в которых переключатель подключается на проводники заданной длины и сопротивления: каждая спираль реостата имеет определённое сопротивление. Поэтому плавно изменять силу тока с помощью такого прибора не получится.
Рис. (4). Реостат с переключением
Сопротивление проводника:
R=ρ⋅lS
Из этой формулы можно выразить и другие величины:
Источники:
Рис. 1. Цепь с возможностью выбора проводника. © ЯКласс.
Рис. 4. «File:Rheostat hg.jpg» by Hannes Grobe (talk) is licensed under CC BY 3.0
поделиться знаниями или
запомнить страничку
- Все категории
-
экономические
43,662 -
гуманитарные
33,654 -
юридические
17,917 -
школьный раздел
611,985 -
разное
16,906
Популярное на сайте:
Как быстро выучить стихотворение наизусть? Запоминание стихов является стандартным заданием во многих школах.
Как научится читать по диагонали? Скорость чтения зависит от скорости восприятия каждого отдельного слова в тексте.
Как быстро и эффективно исправить почерк? Люди часто предполагают, что каллиграфия и почерк являются синонимами, но это не так.
Как научится говорить грамотно и правильно? Общение на хорошем, уверенном и естественном русском языке является достижимой целью.
Форум РадиоКот • Просмотр темы — расчет реостата
Сообщения без ответов | Активные темы
| ПРЯМО СЕЙЧАС: |
| Автор | Сообщение |
|---|---|
|
|
Заголовок сообщения: расчет реостата
|
|
Встал на лапы
Зарегистрирован: Вт авг 02, 2016 17:46:05 Рейтинг сообщения: 0
|
Подскажите, хочу сделать реостат для регулировки тока в гальванизации. Блок питания 15 вольт , 10 А Есть проволока х20н80 диаметром 2мм. Сопротивление 0,354 Ом/ м.п. Подойдет ли она для этой цели? Трубка для намотки проволоки Д=18мм, L= 40 см. это около 200 витков, или 12,5 метров проволоки. Не превратиться ли мой реостат в обогреватель? Может быть использовать несколько трубок параллельно, для уменьшения нагрева? |
| Вернуться наверх |
Профиль
|
 |
Добавлено: Вс ноя 26, 2017 11:22:35 
| Реклама | |
|
|
|
|
|
YS |
Заголовок сообщения: Re: расчет реостата
|
||
Карма: 70 Рейтинг сообщения: 0
|
В обогреватель обязательно превратится. Закон сохранения энергии не обмануть. Я не знаю, что такое х20н80, но обычно реостаты мотают из нихрома или типа того. Максимальное сопротивление вашего реостата будет примерно 4 Ома, то есть, в пределе (игнорируя падение напряжения на гальванической ванне) на нем будет рассеиваться порядка 36 Вт. По идее, трубка длиной 40 см. должна бы нормально рассеять такую мощность, хотя греться, конечно, будет. Трубка из чего, кстати? Керамическая? |
||
| Вернуться наверх | |||
|
| Реклама | |
|
|
|
|
|
XLK |
Заголовок сообщения: Re: расчет реостата
|
|
Зарегистрирован: Вт авг 02, 2016 17:46:05 Рейтинг сообщения: 0
|
х20н80 это нихром, трубка даже не трубка а текстолитовый стержень |
| Вернуться наверх | |
|
|
YS |
Заголовок сообщения: Re: расчет реостата
|
||
Карма: 70 Рейтинг сообщения: 0
|
Я бы не мотал силовой реостат на текстолитовой основе. |
||
| Вернуться наверх | |||
|
| Реклама | |
|
ИБП MEAN WELL серии DRC-180 на DIN-рейку – новое решение для пожарно-охранных систем
Компания MEAN WELL расширила семейство DRC-40/60/100 – недорогих ИБП (UPS) 2-в-1 (ИП и контроллер заряда/разряда АКБ в одном корпусе) с креплением на DIN-рейку. Теперь доступны модели мощностью 180 Вт новой серии DRC-180. Подробнее>> |
|
|
АлександрЛ |
Заголовок сообщения: Re: расчет реостата
|
||
Карма: 182 Рейтинг сообщения: 0
|
YS»,url=»/forum/viewtopic.php?p=3243227#p3243227 писал(а): Максимальное сопротивление вашего реостата будет примерно 4 Ома, то есть, в пределе (игнорируя падение напряжения на гальванической ванне) на нем будет рассеиваться порядка 36 Вт. Если пренебречь сопротивлением гальванической ванны (гальванического раствора), то в пределе отдаваемого блоком питания тока в 10 ампер при 15 вольтах- максимальная мощность, рассеиваемая реостатом, будет в положении «1,5 ома», и будет составлять 15*15 / 1,5 = 150 ватт Может быть, поискать резистор типа ПЭВР-160 вт — 3,9 Ом ? |
||
| Вернуться наверх | |||
|
| Реклама | |
|
|
|
|
| Реклама | |
|
Выбираем источники питания MEAN WELL в открытом исполнении для промышленных устройств В номенклатуре продукции MEAN WELL в Компэл можно легко найти требуемую модель стандартного источника питания практически для всех отраслей применения. Рассмотрим преимущества, эксплуатационные характеристики, схемотехнику и конструктивные решения трех наиболее характерных представителей класса источников питания в открытом исполнении семейств EPS, EPP и RPS, которые могут использоваться для индустриальных устройств. Подробнее>> |
|
|
YS |
Заголовок сообщения: Re: расчет реостата
|
||
Карма: 70 Рейтинг сообщения: 0
|
Цитата: максимальная мощность, рассеиваемая реостатом, будет в положении «1,5 ома», и будет составлять 15*15 / 1,5 = 150 ватт Не всем реостатом, а кусочком обмотки до положения 1.5 Ома. Но это явно дикие цифры, я думаю, в таком режиме его никто использовать не будет. Так что я считал для целой обмотки (хотя да, тогда это уже не реостат, а просто резистор). |
||
| Вернуться наверх | |||
|
|
АлександрЛ |
Заголовок сообщения: Re: расчет реостата
|
||
Карма: 182 Рейтинг сообщения: 0
|
Цитата: 150 ватт Не всем реостатом, а кусочком обмотки до положения 1.5 Ома.. Так я и считал «предельный режим».. Если рассчитать реостат не на «предел», а при эксплуатации никто не застрахован от возможного КЗ в гальванованне.. И тогда есть все условия для такого режима. |
||
| Вернуться наверх | |||
|
|
XLK |
Заголовок сообщения: Re: расчет реостата
|
|
Зарегистрирован: Вт авг 02, 2016 17:46:05 Рейтинг сообщения: 0
|
Да, я уже понял что лучше купить готовый. |
| Вернуться наверх | |
|
|
Ivanoff-iv |
Заголовок сообщения: Re: расчет реостата
|
||
Карма: 44 Рейтинг сообщения: 0
|
а почему обходите стороной создание импульсного источника (стабилизатора) тока? Добавлено after 2 minutes 14 seconds: |
||
| Вернуться наверх | |||
|
|
XLK |
Заголовок сообщения: Re: расчет реостата
|
|
Зарегистрирован: Вт авг 02, 2016 17:46:05 Рейтинг сообщения: 0
|
Мне кажется реостат надежнее и проще. Кроме того, я хочу сделать реверс, а так как я слабоват в электронике, мне лучше исключить влияние криво сделаного источника питания. |
| Вернуться наверх | |
|
Кто сейчас на форуме |
|
Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 10 |
| Вы не можете начинать темы Вы не можете отвечать на сообщения Вы не можете редактировать свои сообщения Вы не можете удалять свои сообщения Вы не можете добавлять вложения |
- Что такое реостат?
- Что делает реостат?
- Как работает реостат?
- Что такое символ реостата?
- Переключатель реостата
- Что используется реостат? Для чего нужен реостат?
- Почему реостат подключается последовательно?
- Тип реостата
- Какие отличия между реостатом и потенциометром?
- Некоторые часто задаваемые вопросы по реостату
Что такое реостат
Чтобы определить реостат, нам нужно знать, что такое резистор или сопротивление. Резисторы — это электрические устройства, управляющие током. Формальное определение реостата будет —
реостат представляет собой элемент электрической цепи, значение сопротивления которого можно изменять при необходимости, то есть переменный резистор ».
Это трехконтактное устройство, два из которых можно использовать. В качестве подвижного терминала используется слайдер, из двух фиксированных терминалов можно использовать только один. Типичный реостат также состоит из резистивного материала и ползуна.
Что делает реостат
Основной принцип этого устройства прост. В электрических цепях, когда нам нужно изменить значение сопротивления, срабатывает реостат. Если нам нужно увеличить протекание тока — увеличим сопротивление устройства. Когда нам нужно уменьшить ток в цепи, мы увеличиваем значение сопротивления.
Как работает реостат
Реостат работает на свойстве сопротивления. Сопротивление материала (скажем, проволоки) зависит линейно от длины и обратно пропорционально площади поперечного сечения.
R∝L / A
R =? L / A,
? это удельное сопротивление материала
Таким образом, если мы сохраним площадь поперечного сечения постоянной, увеличение длины увеличит сопротивление. Как показано на рисунке, ползунок перемещается через резистивный элемент для линейных реостатов. Он перемещается либо от входа к выходу, либо наоборот. Соответственно изменяется и эффективная длина. При перемещении дворника к выходному отверстию эффективная длина уменьшается, вызывая падение сопротивления, увеличивая ток.
Символ реостата
Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (IEEE) и Международная электротехническая комиссия (IEC) определили два разных символа реостата.
Переключатель реостата
Реостаты управляют током цепи, контролируя сопротивление цепи. Таким образом, реостат можно использовать в качестве переключателя для изменения сопротивления, а также тока цепи. Поэтому в качестве переключателя используется реостат.
Реостаты Приложения
Реостат находит свое применение в электрической цепи. Когда есть необходимость контролировать течение тока с изменением времени. Основываясь на свойстве управления током, ниже приведены некоторые из целей реостата.
Почему реостат включен последовательно?
Чтобы подключить реостат в схему, мы должны разместить его последовательно, а не параллельно. Течение тока намного меньше резистивного пути. Таким образом, когда он находит вариант между менее резистивным путем и более резистивным путем, он всегда выбирает меньший.
Итак, реостат — это устройство, которое имеет некоторое переменное значение сопротивления. Если мы подключим его к параллельному пути, этот путь получит большее сопротивление, чем другой доступный путь. Когда в цепи течет ток, электроны никогда не выберут параллельный путь вместо этого — они будут течь прямо через последовательный путь. Значит, реостат вообще не будет работать. Ему нужен ток, чтобы работать как реостат.
Тип реостата
Хотя существует несколько типов реостатов, три основных типа:
- Линейные реостаты
- Поворотные реостаты
- Предустановленные реостаты
A. Линейные реостаты:
Этот тип реостата состоит из цилиндрического резистивного элемента. Ползунок перемещается линейно по резистивному элементу. Имеет два фиксированных терминала; один — используется, а другой подключает слайдер. Этот тип реостатов используется чаще всего — в лабораторных и экспериментальных целях.
B. Роторные реостаты:
Этот тип реостата имеет резистивный элемент круглой формы. Для его использования необходимо вращать ползунок. Они находят применение в силовой электронике, а также широко используются из-за своего меньшего размера, чем линейные типы. Поскольку дворник должен вращаться, чтобы изменить значение, поэтому он называется поворотным реостатом.
C. Предустановленные реостаты:
Когда необходимо реализовать реостат на печатной плате, следует использовать предустановленные реостаты или триммеры. Обеспечивает тонкую настройку, поэтому они нашли применение в схемах калибровки. Эти типы реостатов подходят для промышленного использования.
Различия между реостатом и потенциометром
Существует заблуждение, что реостаты и потенциометр — это одно и то же, но есть некоторые различия. Давайте обсудим некоторые из них —
| Предмет сравнения | Реостаты | Потенциометр |
| Количество Терминалов | Два оконечных устройства | Три оконечных устройства |
| Подключение в цепи | Последовательное соединение | Параллельное соединение |
| Количество контролируемых | Управляет током | Управляет напряжением |
| Заявление | Приложение высокой мощности | Приложение с низким энергопотреблением |
| Количество ходов | Один поворот | Как однооборотные, так и многооборотные |
| Резистивный материал | Углеродный диск, константан, платина и т. Д. | Такие материалы, как графит |
| Символ |  |
 |
Узнайте больше о потенциометре — нажмите здесь!
Часто задаваемые вопросы о реостатах
1. Как оцениваются реостаты?
Реостаты номинальные — в амперах и ваттах. Также есть значение сопротивления. Например — 50Вт — 0.15 А, 100кОм. Это означает, что максимальный ток, который можно измерить, составляет 0.15 А. Сопротивление реостата будет в диапазоне от 0 до 100 кОм.
2. Как выбрать реостат по рейтингу?
При выборе реостата номинальный ток более важен, чем номинальная мощность.
Это ток, который ограничивает мощность, которую устройство будет генерировать при любом значении сопротивления. Следует выбирать реостаты с номинальным током больше или равным фактической потребности в токе в цепи.
3. Чем отличаются резисторы от реостатов?
Резистор — это пассивный электронный компонент, который уменьшает ток, обеспечивая сопротивление. С другой стороны, реостаты — это переменные резисторы, которые при необходимости дают разные значения сопротивлений.
4. Какова функция реостата в схеме?
- A. Это уменьшает ток
- Б. Увеличивает ток
- C. Он ограничивает ток
- D. Это делает ток в цепи постоянным.
- E. Все вышеперечисленное
Правильный вариант будет E. Все перечисленное. Используя закон Ома, мы можем найти ответ на вопрос. Согласно закону Ома, V = IR, где V — приложенное напряжение, I — ток, а R — сопротивление. Реостат обеспечивает значение переменных сопротивлений; таким образом, он может увеличивать, уменьшать и ограничивать ток. Сохранение значения сопротивления постоянным будет поддерживать постоянный ток. Итак, все варианты верны.
5. Можно ли использовать реостаты в качестве потенциометра?
Ответ отрицательный, но есть способ сделать это. Реостат — это двухполюсное устройство, а потенциометр — трехполюсное, поэтому это кажется невозможным. Но если в реостат встроены три клеммы, неиспользуемую клемму можно подключить к цепи, чтобы использовать ее в качестве потенциометра.
6. Можно ли использовать потенциометры в качестве реостата?
Да, потенциометр можно использовать как реостат. Потенциометр контролирует напряжение в цепи. Потенциометр имеет три клеммы. Один терминал должен подключать стеклоочиститель, а другой должен оставаться неподключенным.
7. Какие недостатки использования реостата?
Есть несколько недостатков в использовании этого устройства. Некоторые из них —
A. Главный недостаток этого устройства в том, что оно выделяет чрезмерное тепло, вызывая потерю мощности.
Б. Он больше по размеру и не подходит для современных устройств. Поэтому реостаты не используются — в современных технологиях. Хотя в роторах и различных лабораторных экспериментах они незаменимы. Некоторые из замен реостатов — симисторы, SRC и т. Д.
8. Какой тип конуса у реостата?
Реостат имеет конус линейного типа. Конусность — это соотношение между сопротивлением и положением скольжения. Это одна из самых важных частей устройства.
9. Какая польза от реостата в мосте Уитстона?
Мост Уитстона используется в лабораториях для измерения среднего значения сопротивления. Реостаты находят свое применение в мостах Уитстона для определения значения неизвестного сопротивления в несбалансированных условиях. Максимальное сопротивление, которое может предложить реостат, — это максимальное сопротивление, которое может измерить смонтированный мост Уитстона.
10. Почему дроссель катушки предпочтительнее реостата в цепях переменного тока?
Реостат — резистивный элемент. Он обеспечивает сопротивление и выделяет чрезмерное количество тепла. Это вызывает потерю электричества. С другой стороны, дроссельная катушка по своей природе является индуктивным элементом. Он поддерживает ту же мощность, но изменяет напряжение в соответствии с законом Фарадея. Вот почему дроссельная катушка предпочтительнее.
11. Изменяет ли реостат напряжение?
Нет, реостат не изменяет напряжение в цепи. Одним из условий работы реостата является поддержание постоянного напряжения. Согласно закону Ома — V = IR, где V — напряжение, I — ток, R — сопротивление. С помощью реостата меняем ток. Одним из условий работы реостата является поддержание постоянного напряжения. Только тогда он может изменить ток в цепи.
12. Имеет ли клемма реостата полярность?
Реостат — это устройство с тремя выводами, два из которых являются фиксированными, а один — подвижным. Клеммы не имеют полярности. Итак, любой терминал можно подключить.
Фотография на обложке Автор: Pinterest
Физика. 8 класс. Барьяхтар
Этот учебник можно скачать в PDF формате на сайте тут.
§ 30. Расчет сопротивления проводника. Удельное сопротивление вещества. Реостаты
Мы так привыкли к разным техническим устройствам, что часто даже не задумываемся над тем, как они работают. Например, каждый из вас увеличивал громкость звука радио или телевизора, наблюдал, как постепенно гаснет свет в кинозале, но задавались ли вы вопросом: как это происходит? Попробуем разобраться.
1. Выясняем, от чего зависит сопротивление проводника
Когда в металлическом проводнике идет ток, свободные электроны, двигаясь направленно, сталкиваются с ионами кристаллической решетки металла — проводник оказывает сопротивление электрическому току.
Сопротивление проводника зависит от его длины, площади поперечного сечения, а также от материала, из которого он изготовлен.
Сначала выясним, как сопротивление проводника зависит от его длины. Для этого соберем электрическую цепь (см. рис. 30.1), имеющую источник тока, ключ, резистор и нихромовую проволоку, натянутую на деревянную линейку с двумя клеммами. Длину участка провода, в которой течет ток, будем изменять с помощью ползунка — специального зажима, который можно легко передвигать вдоль проводника. Для измерения силы тока и напряжения подключим к цепи амперметр и вольтметр.
Рис. 30.1. Опыт, доказывающий, что сопротивление проводника прямо пропорционально его длине. На рисунке: 1 — клеммы; 2 — линейка; 3 — нихромовая проволока (проводник); 4 — ползунок
Проведя соответствующие исследования, убедимся, что при изменении длины проводника его сопротивление изменяется. Причем во сколько раз увеличивается (уменьшается) длина проводника, во столько же раз увеличивается (уменьшается) его сопротивление. Следовательно, сопротивление проводника прямо пропорционально его длине.
Чтобы узнать, как зависит сопротивление проводника от площади его поперечного сечения, используем несколько закрепленных на панели нихромовых проволок, равных по длине, но разных по площади поперечного сечения (рис. 30.2). Опыт покажет, что увеличение вдвое площади поперечного сечения проводника приводит к двукратному уменьшению его сопротивления, то есть сопротивление проводника обратно пропорционально площади его поперечного сечения.
Рис. 30.2. Опыт, доказывающий, что сопротивление проводника обратно пропорционально площади его поперечного сечения
Проведя опыты с проводниками, одинаковыми по длине и площади поперечного сечения, но изготовленными из разных материалов (например, меди, алюминия, нихрома), убедимся, что сопротивление проводника зависит от материала, из которого изготовлен проводник.
Подводя итоги опытов, можно записать формулу:
где R — сопротивление проводника; l — длина проводника; S — площадь поперечного сечения проводника; ρ — коэффициент пропорциональности, зависящий от вещества (материала), из которого изготовлен проводник. Этот коэффициент называют удельным сопротивлением вещества.
2. Даём определение удельного сопротивления вещества
Удельное сопротивление вещества — это физическая величина, которая характеризует электрические свойства данного вещества и численно равна сопротивлению изготовленного из него проводника длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 м2.
Единица удельного сопротивления в СИ — ом-метр:
[ρ] = 1 Ом • м.
Удельные сопротивления определяют опытным путем и заносят в таблицы (см. табл. 7 Приложения). Значение удельного сопротивления существенно зависит от температуры вещества, поэтому в таблицах обязательно указывают температуру, при которой получены приведенные значения.
• Воспользовавшись данными табл. 7 Приложения, объясните, почему для изготовления электропроводки в помещениях обычно используют алюминий и медь, а не значительно более дешевую сталь. Почему резину, фарфор, эбонит используют в электротехнике как изоляторы?
3. Знакомимся с реостатами
На том факте, что сопротивление проводника прямо пропорционально его длине, базируется принцип действия реостатов.
Реостат — это устройство с изменяемым сопротивлением, предназначенное для регулирования силы тока в электрической цепи.
С простейшим реостатом вы уже встречались, когда выясняли зависимость сопротивления проводника от его длины (см. рис. 30.1). Конечно, реостаты, которые применяют на практике, более удобны. Рассмотрим двухконтактный ползунковый реостат (рис. 30.3). Металлический провод (3) наматывают на керамический цилиндр (2) и таким образом уменьшают габариты реостата. Над обмоткой закрепляют металлический стержень (5), на котором размещают ползунок (4).
Рис. 30.3. Двухконтактный ползунковый реостат: а — общий вид: 1,6 — клеммы; 2 — керамический цилиндр; 3 — металлический провод (обмотка); 4 — ползунок; 5 — металлический стержень; 6 — условное обозначение на схемах
Реостат имеет две клеммы (два контакта), одна из которых (1) соединена с обмоткой, а другая (6) — со стержнем. Когда реостат присоединен к цепи, электрический ток проходит от одной клеммы к другой (сначала в витках обмотки к ползунку, а затем в стержне).
На практике кроме ползунковых используют и другие типы реостатов, например рычажные (секционные) реостаты (рис. 30.4). Сопротивление рычажных реостатов (в отличие от ползунковых) изменяется скачками, соответственно скачками изменяется и сила тока. Рычажные реостаты применяют для включения и выключения электродвигателей.
Рис. 30.4. Рычажный (секционный) реостат: а — общий вид; б — схема: 1 — металлический провод; 2 — рычаг; 3 — контакт. Стрелками указано направление тока
• Рассмотрите рис. 30.4, б и выясните, во сколько раз уменьшится сопротивление секционного реостата, если рычаг переключить с контакта А на контакт Б.
Каждый реостат рассчитан на определенное напряжение. Максимальное сопротивление реостата и наибольшее возможное напряжение на нем указаны в специальной таблице на корпусе устройства. Обмотки реостатов обычно изготовляют из металлов (сплавов) с высоким удельным сопротивлением (константан, манганин, нихром, фехраль).
4. Учимся решать задачи
Задача 1. Медный провод имеет длину 10 м и площадь поперечного сечения 0,5 мм2. Вычислите силу тока в этом проводе, если напряжение на его концах равно 34 мВ.
Анализ физической проблемы. Силу тока можно определить по закону Ома, а для этого необходимо вычислить сопротивление проводника. Для этого воспользуемся формулой для расчета сопротивления. Удельное сопротивление меди найдем в соответствующей таблице.
Задача 2. На рисунке изображена схема электрической цепи, состоящей из источника тока, электрической лампы и реостата. Как изменится сила тока в лампе, если ползунок реостата передвинуть вправо?
Подводим итоги
Контрольные вопросы
1. Докажите, что проводник оказывает сопротивление электрическому току. 2. Как доказать, что сопротивление проводника прямо пропорционально его длине? 3. Зависит ли сопротивление проводника от площади его поперечного сечения? Если зависит, то как? 4. По какой формуле вычисляют сопротивление проводника? 5. Что такое удельное сопротивление вещества? 6. Что такое реостат? 7. Какие типы реостатов вы знаете? Чем они отличаются друг от друга? 8. Опишите устройство и принцип действия ползункового реостата.
Упражнение № 30
1. На рис. 1 изображены проводники, имеющие одинаковую площадь поперечного сечения, но изготовленные из разных веществ (железа, меди, свинца). Определите, из какого вещества изготовлен каждый проводник, если известно, что их сопротивления одинаковы.
Рис. 1
2. Вычислите сопротивление медного провода длиной 2 м, если площадь его поперечного сечения равна 6,8 мм2.
3. Как изменятся сопротивление реостата и сила тока в цепи (рис. 2), если ползунок реостата передвинуть вправо?
Рис. 2
4. Какой длины должен быть нихромовый провод с площадью поперечного сечения 0,2 мм2, чтобы при напряжении на его концах 4,4 В сила тока в нем была 0,4 А?
5. Провод, имеющий сопротивление 25 Ом, разрезали пополам и половины свили. Как и во сколько раз изменилось сопротивление провода? Поясните свой ответ.
6. Напряжение на концах алюминиевого провода длиной 100 м равно 7 В. Определите массу провода, если сила тока в нем 10 А.
7. По рис. 3 опишите принцип действия штепсельного реостата.
Рис. 3. Штепсельный реостат (магазин сопротивлений): 1 — зажимы; 2 — медная пластина; 3 — штепсель; 4 — спираль
Экспериментальное задание
Изготовьте из стального провода резистор, имеющий сопротивление 0,2 Ом. Опишите свои действия. Не забудьте указать диаметр и длину использованного провода.