§ 19. Реостати

Досить часто виникає потреба змінювати сили струмів і напруги в електричних колах. Для плавного запуску електродвигунів трамваїв і тролейбусів, для зміни яскравості освітлення в кінотеатрах і зміни швидкості обертання двигунів, також у багатьох інших випадках для регулювання струмів і напруг використовують змінні резистори, які називаються реостати.

Реостат — електричний прилад, яким змінюють опір електричного кола, регулюють силу струму або напругу.

Реостат складається з провідника або набору провідників та пристрою регулювання електричного опору. Опір реостата можна змінювати плавно або східчасто.

Як ви вже знаєте, опір провідника залежить від матеріалу, з якого він виготовлений, площі його поперечного перерізу та довжини. Щоб змінити опір, найпростіше змінити довжину провідника. Натягнемо дріт, у якого великий питомий опір, наприклад ніхромовий, між двома штативами. Один його кінець під’єднаємо до джерела з’єднувальним провідником, який чинить незначний опір. До іншого полюса джерела приєднаємо амперметр, а до нього — з’єднувальний провідник із затискачем на іншому кінці. Затискач встановимо на середині ніхромової дротини і використовуватимемо як рухомий контакт (мал. 2.66). Замкнемо коло. Пересування рухомого контакту (затискача) уздовж дротини вправо збільшує довжину увімкнутої в коло частини провідника. Опір кола збільшується, а сила струму в ньому відповідно зменшується. Навпаки, унаслідок переміщення рухомого контакту вліво опір зменшиться, а сила струму збільшиться. Якщо додатково увімкнути в коло електричну лампочку, то, пересуваючи рухомий контакт уздовж дротини, можна плавно змінювати яскравість її свічення.

Цей спосіб зміни опору і регулювання сили струму в колі застосовують у реостатах з ковзним контактом (мал. 2.67, а). Зазвичай для виготовлення реостатів використовують дріт, що має великий питомий опір. Щоб зменшити розміри реостата і щоб ним було зручніше користуватися, дріт щільно (виток до витка) в один ряд намотують на керамічний циліндр 1. Дріт попередньо спеціально обробляють: вкривають тонким шаром окалини, яка є ізолятором. Тому витки дроту ізольовані один

від одного. Кінці дроту закріплюють на керамічному циліндрі і з’єднують із затискачами 2. Над обмоткою розташовано металевий стрижень 3, по якому уздовж обмотки рухається ковзний контакт — повзун 4. На кінцях стрижня теж встановлюють затискачі 5. Контакти повзуна під час руху притискаються до витків обмотки і стирають окалину. Для регулювання сили струму реостат вмикають у коло за допомогою затискача, з’єднаного з одним кінцем обмотки 2, та затискача 5, встановленого на стрижні. Переміщуючи повзун уздовж напрямного стрижня, у коло вмикають більше або менше витків обмотки реостата і відповідно зменшують або збільшують включений у коло опір.

На кожному реостаті завжди зазначають опір його обмотки та допустиму силу струму. Перевищення допустимого значення сили струму спричиняє нагрівання реостата і, як наслідок, його руйнування. На електричних схемах реостат зображають як на мал. 2.67, б.

Реостати можуть мати й іншу конструкцію. На мал. 2.68 зображено найпростіший штепсельний реостат, або “магазин опорів”. За його допомогою можна одержувати фіксовані значення опору від 1 до 10 Ом.

ЗАПИТАННЯ ТА ЗАВДАННЯ

1.    Які пристрої називають реостатами?

2.    Для чого використовують реостати?

3.    Опишіть будову і дію повзункового реостата.

4.    Як позначають реостати на електричних схемах?

5.    Накресліть схему електричного кола, що складається з джерела струму, лампочки вимикача та реостата, за допомогою якого можна було б змінювати яскравість свічення лампочки.

6.    На мал. 2.69 зображено ступінчастий реостат. Поясніть його будову і принцип дії.

7. Необхідно виготовити повзунковий реостат, максимальний опір якого становить 6 Ом. Є ніхромовий дріт діаметром 0,5 мм. Яка має бути довжина дроту, намотаного на реостат?

8*. Скільки витків нікелінового дроту площею перерізу 0,8 мм² потрібно намотати на керамічний циліндр для виготовлення реостата опором 30 Ом? Діаметр керамічного циліндра 7 см. Якою має бути його довжина?

Опір провідників і напівпровідників залежить від температури та інших зовнішніх впливів: тиску, опромінення та ін.

Якщо на провідник діють сили, вони спричиняють його деформацію (розтяг, стиск) і, відповідно, зміну довжини й площі поперечного перерізу. Унаслідок цього опір провідника теж змінюється. Зміну опору твердих провідників і напівпровідників, спричинену їхньою деформацією, називають тензорезистивним ефектом, або тензоефек-том. Це явище широко використовується в чутливих деформаційних датчиках, електронних динамометрах та терезах.

Тензодатчики ваги дають змогу вимірювати масу від 1 г і працюють у широкому діапазоні температур. їх використовують як вимірювальний елемент у автомобільних, бункерних та кранових терезах, у дозаторах. Широко застосовують тензодатчики у випробувальному обладнанні для дослідження деформацій різних деталей та будівельних конструкцій, а також в обладнанні для наукових досліджень.

Простий тензодатчик можна виготовити самостійно. У багатьох з вас удома є таблетки активованого вугілля, які можна використати як тензо-елемент датчика. Склейте з двох-трьох шарів паперу трубку довжиною 5— 6 см. Для цього стрічку паперу намотайте на олівець або інший стрижень, діаметр якого трохи більший за діаметр таблетки, і проклейте. Можна скористатися відрізком пластмасової трубки відповідного діаметру. В одне денце трубки вклейте контакт, вирізаний із жерсті. Вкладіть 2-3 таблетки в трубку, помістіть на них металеву шайбу і вставте металевий стрижень. Складіть коло, увімкнувши послідовно джерело струму (1,5—4,5 В), лампочку (1—3,5 В) та виготовлений вами тензодатчик. Кількість таблеток вугілля підберіть експериментально. Лампочка повинна ледь жевріти. Якщо

на стрижень тензодатчика натиснути пальцем (мал. 2.70), лампочка світитиме яскравіше. Чим більша сила тиску, тим менший опір таблеток і яскравіше світить лампочка.

Запропонуйте модель електричних терезів або іншого пристрою з використанням такого тензодатчика.

РЕЗИСТОРИ

Виготовляючи різноманітні електронні прилади, використовують спеціальні провідники з певними опорами — резистори (від лат. resisto — опираюся). За допомогою резисторів встановлюють потрібні значення сил струмів у різних ділянках електричних кіл.

Резистори виготовляють зі спеціальних матеріалів. Щоб розрізняти резистори, їх маркують. Значення опорів наносять на поверхню резисторів як написи або кольорові смужки. Є й інші способи маркування резисторів. За зовнішнім виглядом і маркуванням можна визначити опір резистора, на які сили струмів він розрахований, його конструктивні особливості. На мал. 2.71 зображено резистори, що застосовують у радіоприймачах, блоках комп’ютерів та інших електронних приладах. Це постійні резистори, опір яких майже не змінюється з часом. На електричних схемах резистори позначають прямокутниками та літерою R. Поруч із літерою ставиться цифра — номер резистора в даній схемі та значення його опору.

Для регулювання гучності в радіоприймачах, магнітофонах, звукових колонках, під час налагодження електронних пристроїв використовують змінні резистори (мал. 2.72).

Поворотом ручки або пересуванням важіля змінюють опір резистора і силу струму в колі. Змінні резистори мають провідний шар з великим питомим опором (резистивний шар). Є дротяні змінні резистори. У них на каркас намотано дріт з великим питомим опором, по якому рухається ковзний контакт. У коло резистор вмикають за допомогою виводів 1 і 2 провідного шару та виводу 3, з’єднаного з ковзним контактом. Чим на більший кут повертають ручку змінного резистора, тим більшу частину провідного шару буде увімкнуто в коло. Змінні резистори, як і реостати, зображають прямокутниками зі стрілкою, що позначає ковзний контакт.

У сучасній електронній техніці використовують й інші принципи зміни опору. Є резистори, опір яких змінюється зі зміною напруги. їх називають варісторами. Резистори, опір яких залежить від температури, називають термісторами або термоопорами. Фоторезистори змінюють свій опір унаслідок опромінення світлом.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 4 Вимірювання опору провідника за допомогою амперметра й вольтметра

Завдання. Визначити опір запропонованих провідників (резисторів), використавши амперметр і вольтметр.

Обладнання: джерело струму; з’єднувальні провідники; провідник (резистор), опір якого необхідно виміряти; реостат; амперметр; вольтметр; вимикач.

Підготовка до проведення експерименту

1.    Запишіть формулу для визначення опору провідника.

2.    Пригадайте правила увімкнення амперметра і вольтметра в електричне коло для вимірювання сил струмів і напруг.

3.    Накресліть схему електричного кола з послідовно увімкнутих джерела струму, провідника (резистора), опір якого необхідно виміряти, амперметра для вимірювання сили струму в провіднику, вольтметра для вимірювання напруги на ньому та реостата для зміни сили струму в колі (мал. 2.73).

4.    Підготуйте таблицю для занесення результатів вимірювань і обчислень.

Проведення експерименту

1.    Складіть електричне коло за накресленою схемою, увімкнувши послідовно джерело струму, реостат, досліджуваний провідник (резистор), амперметр, ключ.

2.    Виміряйте силу струму в колі, результат занесіть до таблиці.

3.    Приєднайте вольтметр до кінців досліджуваного провідника і виміряйте напругу на ньому.

4.    Змініть за допомогою реостата опір кола і повторіть вимірювання сили струму і напруги на його кінцях в досліджуваному провіднику.

5.    За результатами вимірювань сил струмів і напруг визначте опори провідників в кожному випадку.

6.    Результати вимірювань і обчислень занесіть до таблиці.

7.    Зробіть висновок щодо залежності опору провідника від сили струму і напруги.

Це матеріал з Підручника Фізика 8 Клас Бойко