§ 41. Реостати

При роботі багатьох електричних пристроїв необхідно змінювати силу струму у колі. Так, змінюючи силу струму, можна змінити гучність телевізора, швидкість руху тролейбуса.

Багато електричних споживачів розраховані на роботу при незмінній напрузі. Ви знаєте, що сила струму в колі залежить від напруги і опору. За постійної напруги для регулювання сили струму використовують опір, величину якого можна змінювати. Пристрої, які використовують для регулювання сили струму в електричних колах за допомогою зміни опору, називають реостатами.

Для виготовлення реостату можна використати металевий провідник з матеріалу, який має великий питомий опір, наприклад із константану або ніхрому (мал. 89 а, 1). Якщо такий провідник увімкнути в електричне коло, приєднуючи з’єднувальні провідники до ділянок різної довжини за допомогою рухомого контакту (мал. 89 а, 2), то амперметр зафіксує різні покази сили струму у колі. Умовне позначення реостата на електричних схемах показано на мал. 89 б.

Реостати мають різноманітні конструкції й широко використовуються в побуті та техніці. Фактично ви вже знайомі із реостатом, який був використаний в установці для визначення залежності сили струму від опору при сталій напрузі (мал. 86). У такому реостаті опір може приймати лише певні значення, а не змінюватися плавно.

Для виконання лабораторних робіт використовують повзунковий реостат (мал. 90). Розглянемо його будову. Для виготовлення реостата використовують дріт з великим питомим опором, наприклад нікеліну (мал. 90, 1). Цей дріт намотують на вогнетривкий керамічний циліндр (мал. 90, 2). Витки ізольовані один від одного тонким шаром окалини. Над обмоткою розміщений металевий стрижень, по якому може переміщатися повзунок (мал. 90, 3), притиснутий своїми контактами до витків обмотки. Під час руху повзунка, його контакти труться об окалину провідника. Від цього окалина руйнується і утворюється контакт. Завдяки цьому електричний струм у колі проходить від певних витків дроту через повзунок до стрижня, на кінці якого є затискач. Другий затискач, за допомогою якого вмикають реостат у електричне коло, з’єднаний з одним із кінців обмотки.

Переміщення повзунка вздовж обмотки реостата призводить до контакту з різними витками. Завдяки цьому змінюється довжина провідника обмотки через який проходить струм, що викликає зміну опору реостата. Амперметр в колі реостата фіксує зміну сили струму (мал. 91), а яскравість лампи змінюється.

Реостати розраховують на зміну опору до певного

· *

значення і найбільш допустиму силу струму. Ix зазначають на реостаті. Перевищення величини сили струму в колі призводить до надмірного нагрівання реостата і навіть до його виходу з ладу. Торкатися оголених частин реостату не слід, оскільки вони знаходяться під напругою, крім того можуть бути сильно нагрітими.

Реостати — пристрої, які використовують для регулювання сили струму в електричних колах за допомогою зміни опору.

1. Для чого використовують реостати? 2. Як позначають реостат на електричних схемах? 3. Який дріт використовують для виготовлення обмотки реостата?

4.    За мал. 90 поясніть будову повзункового реостата.

5.    Які позначення роблять на реостаті?

Поміркуй

1. У коло ввімкнено електричний дзвінок, повзунковий реостат й вимикач. Накресліть схему цього кола. 2. Кожен виток спіралі реостата має опір 4 Ом. Який опір має реостат при положенні повзунка, зображеному на мал. 90? 3. Треба виготовити реостат на 20 Ом з нікелінового дроту площею перерізу 3 мм². Якої довжини дріт для цього потрібно використати?

1. Навчіться змінювати силу струму і напругу за допомогою реостата.

Обладнання:    джерело струму, реостат,

амперметр, вольтметр, лампочка на підставці, набір провідників, ключ.

1. Складіть за схемою (мал. 92) електричне коло. За допомогою реостата змінюйте силу струму в колі.

Спостерігайте зміною сили струму в колі за показами амперметра.

2.    Складіть електричне коло для спостереження зміни напруги на лампі (мал. 93).

Пересовуючи повзунок реостата, спостерігайте зміну напруги на лампі за показами вольтметра та яскравістю світіння лампи.

3.    Зробіть висновок про використання реостата.

Проект

Виготовлення реостата з олівця

Невеликий реостат, що змінює опір у межах 5—10 Ом, легко зробити з графітового стрижня олівця. Ним можна регулювати, наприклад, число обертів електричного двигуна. Величина струму, що проходить через реостат, не повинна перевищувати 2 А.

Як зробити такий реостат, видно з мал. 94

Скористайтеся наступними порадами. Графітовий стрижень (2) разом з ізолюючою пластиною прикріплюють до дощечки двома скобами. До однієї із скоб припаюють провідник. Рухомий затискач (1) виготовляють із жерсті. Частина затискача (повзунка) має бути ізольованою. (Чому?)

Решту конструкції більш детально розробіть самі.

Залежність опору провідника від температури

Складемо електричне коло із увімкнених послідовно електричної лампи та сталевої спіралі. За розжарюванням волоска лампи можна робити оцінку зміни сили струму в колі. Нагріваючи спіраль за допомогою пальника, спостерігаємо зменшення яскравості свічення лампи. Якщо в коло замість лампи увімкнути амперметр, то він покаже, що при нагріванні сталевої спіралі струм у колі зменшується (мал. 95). Це свідчить про збільшення опору сталевої спіралі при нагріванні.

Якщо ми замінимо сталеву спіраль на спіраль із іншого провідника, то переконаємося, що при нагріванні опір металів збільшується пропорційно їх температурі.

Дослідження показують, що у чистих металів зміна

опору з температурою більш значна ніж у сплавів. Опір

деяких сплавів, наприклад, константану, майже не

• ·

змінюється при підвищенні температури. Ix використовують для виготовлення реостатів.

Розглянемо залежність опору від температури для електролітів. При нагріванні ввімкненого в коло

розчину солі, кислоти або лугу (мал. 96) величина струму у колі зростає. Це свідчить про те, що опір розчинів солей, кислот, лугів при підвищенні температури зменшується.

Пояснимо збільшення опору металевого провідника з підвищенням температури, виходячи з будови кристалів металу. Взаємодія вільних електронів з йонами протидіє спрямованому рухові електронів під час проходження електричного струму. У провіднику створюється опір електричному струму. При підвищенні температури хаотичний рух вільних електронів у кристалі металу і коливальний рух іонів у вузлах кристалічної ґратки стає більш інтенсивним. Це більшою мірою заважає спрямованому руху електронів і призводить до зростання електричного опору провідника.

У електролітах носіями електричного заряду є йони. З підвищенням температури їх середня швидкість збільшується. Під дією електричного поля вони можуть з більшою швидкістю досягати електродів.

Відношення величини зміни опору провідника при його нагріванні на I C до величини початкового опору провідника при 0 C називається температурним коефіцієнтом опору.

Якщо опір провідника при 0 °С дорівнює R₀, а при температурі t C дорівнює R_t, то температурний коефіцієнт опору б визначають з формули:

Температурні коефіцієнти опорів деяких металевих провідників наведені в таблиці 6.

Зміну пору провідника від температури використовують при виготовленні термометрів опору або приладів для вимірювання температур. Зразком термометру опору може бути платиновий дріт, намотаний на керамічний каркас (мал. 97). Термометр опору поміщають в точку тіла, температуру якої бажають визначити. Завдяки вимірюванню опору дроту, можна визначити температуру тіла в даній точці. Платинові термометри використовують для вимірювання високих і низьких температур, які не можна вимірювати звичайними рідинними термометрами.

Опір металевих провідників з підвищенням температури збільшується, опір електролітів зменшується.

Відношення величини зміни опору провідника при його нагріванні на I ⁰C до величини початкового опору провідника при 0 °С називається температурним коефіцієнтом опору.

1. Як залежить від температури опір металевих провідників? 2. Манганіновий провідник при 15 ⁶C має опір в 100 Ом. Який буде опір цього провідника при 5 °С. 3. Наведіть приклади використання залежності опору металевих провідників від температури. 4. Як розрахувати зміну опору металевого провідника з підвищенням температури? 5. Що таке температурний коефіцієнт опору?

? 1. Як залежить від температури опір електролітів?

Це матеріал з підручника Фізика 8 клас Гуз