Jak funguje reostat jednoduchými slovy?

Když poskládáme elektrický obvod a uzavřeme jej, vznikne elektrický proud. Je charakterizována veličinou zvanou proudová síla. Při sériovém spojování prvků bude stejný ve všech částech řetězce ($I = I_1 = I_2 = . = I_n$) a paralelně – větev ($I = I_1 + I_2 + … + I_n$). Ale nemůžeme změnit množství proudu v obvodu nebo jeho části, aniž bychom změnili vodiče nebo zdroj proudu.

Při provádění experimentů by však bylo vhodné mít možnost měnit sílu proudu v obvodu a sledovat změny, ke kterým dojde. Je také vhodný v různých elektrických spotřebičích a zařízeních. Například úpravou hlasitosti audio zařízení měníme proud v jejich reproduktorech. Změnou proudu v motoru šicího stroje můžeme regulovat rychlost jeho otáčení.

Ve většině případů se pro změnu proudu v obvodu používá speciální zařízení – reostat. Právě o tomto zařízení budeme hovořit v této lekci. Podíváme se na jeho strukturu a fungování, na pravidla pro připojení k obvodu.

Zařízení jednoduchého reostatu

Abychom pochopili princip fungování jakéhokoli reostatu, uvažujme o nejjednodušším z nich.

Chcete-li to provést, vezměte drát s dostatečně vysokým odporem (například nichrom). Zapojme jej sériově do obvodu sestávajícího ze zdroje proudu, spínače a ampérmetru. Udělejme to pomocí kontaktů A и B (obrázek 1).

Můžeme přesunout jeden z kontaktů – B. S tím můžeme změňte délku drátu AB, který je součástí řetězu. Druhá část vodiče nebude zahrnuta do obvodu.

Při změně délky úseku AB se změní odpor celého obvodu. Jak?

Změnou délky části drátu zahrnutého v obvodu změníme jeho odpor ($R = frac$). Změní se i celkový odpor obvodu, a tedy i síla proudu v něm.

Posuvný reostat

Ty reostaty, které se používají v praxi, mají pohodlnější a kompaktnější tvar. Obsahují také drát s vysokým odporem.

Proč se v reostatech používají dráty s vysokým odporem?
Podívejme se ještě jednou na vzorec pro výpočet odporu vodiče: $R = frac$. Pokud máme vodič s nízkým odporem, pak musí být velmi dlouhý. To není vždy vhodné při výrobě reostatů.

Při provádění laboratorních prací nejčastěji využijete posuvný reostat (obrázek 2).

Jak funguje posuvný reostat?
V tomto reostatu ocelový drát 1 navinutý na keramický válec. To znamená, že válec sám nebude vést proud, protože je vyroben z dielektrika. Samotný drát je také potažen dielektrikem – měřítko. To se provádí tak, že otáčky jsou od sebe izolovány.

Nad takovým vinutím se nachází kovová tyč 2. Připojeno k tomu posuvník 3, kdo s jeho kontakty 4 přitisknuté k vinutí. Můžeme posunout tento posuvník.

Když jím pohneme, vrstva okují na drátu se smaže a proud prochází jezdcem a kovovou tyčí.

Reostat má dva vývody. Jeden je umístěn na konci kovové tyče (terminál 5) a druhý je připojen k jednomu z konců vinutí a je umístěn na těle reostatu (terminál 6). Pomocí těchto svorek je reostat připojen k obvodu.

Pomocí reostatu

Při pohybu jezdce po tyči se bude měnit odpor celého reostatu. To znamená, že posuvník nám dává možnost zvýšit nebo snížit odpor obvodu. Změnou odporu změníme i sílu proudu v obvodu.

Pohybem posuvníku a zkrácením délky vinutí zařazeného do obvodu zvýšíme proudovou sílu v obvodu ($I = frac$). Pohybem jezdce druhým směrem zvětšíme délku připojeného vinutí a naopak snížíme proudovou sílu.

Každý reostat je navržen pro specifický odpor a nejvyšší přípustný proud. Tyto hodnoty jsou uvedeny na samotném zařízení.

Nedoporučuje se překračovat maximální přípustnou hodnotu proudu. Vinutí může být velmi horké, někdy dokonce žhnoucí. V takové situaci může reostat vyhořet a selhat.

Jak je na schématech elektrického obvodu znázorněn reostat?
Reostaty mají svůj vlastní symbol pro označení na schématech elektrického obvodu (obrázek 3). Toto označení jasně ukazuje, kterým směrem je třeba posunout jezdec reostatu, aby se zvýšil odpor v obvodu (doprava).

Méně často se můžete setkat s jiným označením pro reostat (obrázek 4).

Připojení reostatu k elektrickému obvodu

Reostat je připojen k elektrickému obvodu důsledně. Příklad takového obvodu s připojeným reostatem je znázorněn na schématu (obrázek 5).

Svorky 1 a 2 jsou připojeny ke zdroji proudu. Může to být buď baterie, nebo galvanický článek, případně zásuvka.

Kdybychom zvyšte odpor reostatu, pak bude žárovka svítit (na obrázku 4) se sníží. To znamená, že se sníží i proud. A naopak, jak se odpor reostatu snižuje, žárovka bude hořet jasněji.

Tato metoda se poměrně často používá ve spínačích pro nastavení intenzity světla.

Cesta proudu přes reostat připojený k obvodu

Obrázek 6 ukazuje proudová dráha podél reostatu, pokud jsou svorky 1 a 2 zapojeny do obvodu. Elektrický proud prochází vinutím reostatu, poté kluzným kontaktem jezdce prochází podél kovové tyče a znovu vstupuje do elektrického obvodu.

Cvičení

Cvičení č. 1

Obrázek 7 ukazuje reostat, pomocí kterého můžete měnit odpor v obvodu ne plynule, ale v krocích – náhle. Podívejte se na obrázek a použijte jej k popisu, jak takový reostat funguje.

Takový reostat se nazývá páka. V jeho spodní části je speciální páka, pomocí které můžete do obvodu zapojit různý počet vodičů (spirál) zapojených sériově k sobě. Počet spirál zahrnutých v obvodu určí jejich celkový odpor a následně i sílu proudu v obvodu.

Cvičení č. 2

Pokud má každá spirála reostatu (obrázek 7) odpor rovný $3 prostorové ohmy$, jaký odpor bude zaveden do obvodu, když je spínač v poloze znázorněné na obrázku? Kde by měl být spínač umístěn, aby bylo možné použít tento reostat ke zvýšení odporu obvodu o dalších 18 $ prostorových ohmů $?

Spirály (vodiče) jsou zapojeny do série. To znamená, že celkový odpor bude vypočítán pomocí vzorce: $R = R_1 + R_2 + … + R_n$.

Podívejme se, kolik vodičů je zahrnuto v obvodu na pozici páky na obrázku 7. V obvodu jsou 4 spirály (obrázek 8).

Protože odpor každé spirály je $ 3 prostorové Ohm $, můžeme napsat:
$R = 3 prostor Ohm + 3 prostor Ohm + 3 prostor Ohm + 3 prostor Ohm = 3 prostor Ohm cdot 4 = 12 prostor Ohm$.
Proto, do obvodu bude zaveden odpor rovný $12 prostorových ohm$.

Chcete-li odpovědět na druhou otázku, určete počet spirál, které budou dávat odpor 18 $ prostorových ohmů $:
$n = frac = frac = 6 $.

Podívejme se na obrázek 7 nebo 8. Chcete-li do řetězu zahrnout dalších 6 spirál, musíte posunout páku do krajní pravé polohy (obrázek 9).

Cvičení č. 3

Obvod obsahuje: zdroj proudu, klíč, elektrickou lampu a posuvný reostat. Nakreslete schéma tohoto obvodu. Kam by se měl posunout posuvník reostatu, aby lampa svítila jasněji?

Schéma takového obvodu je na obrázku 10.

Aby lampa svítila jasněji, musíte zvýšit proud v obvodu. A k tomu je potřeba snížit odpor ($I = frac$). Chcete-li to provést, musíte posunout posuvník reostatu doleva. Tímto způsobem zkrátíme délku vinutí zařazeného do obvodu, což povede ke snížení odporu ($R = frac$).

Cvičení č. 4

Je nutné vyrobit reostat za 20 $ prostorových Ohm $ z niklového drátu s plochou průřezu $ 3 prostor mm^2 $. Jaká délka drátu k tomu bude potřeba?

Vzhledem k:
$R = 20 prostorových ohmů$
$S = 3 mezery mm^2$
$ rho = 0.4 frac $

Ukaž řešení a odpověz

řešení:

Zapišme si vzorec pro výpočet odporu vodiče: $R = frac$.

Ukazuje se, že K výrobě reostatu za 20 $ vesmírných ohmů budete potřebovat 150 $ prostoru m $ niklového drátu.

Odpověď: $l = 150 prostor m$.