4.5 Применение явления электрического тока в электротехнике Реостаты

При использовании электрической энергии нередко приходится изменять силу электрического тока или напряжение. Для этого используются приборы, которые называются реостатами.

Реостат – это прибор, сопротивление которого можно изменять.

Чаще всего используются ползунковые реостаты (рис.4.12). Такой реостат состоит из огнеупорного, например фарфорового, цилиндра-изолятора, на который плотно, виток к витку, намотан проводник со значительным удельным сопротивлением, например из константана.

Проволока (проводник) покрыта окалиной, изолирующей витки друг от друга. Концы проводника, намотанного на изолятор, соединяют с клеммами 1 и 5, расположенными возле концов обмотки.

Над обмоткой реостата находится изолированный от неё металлический стержень, по которому может передвигаться ползунок 3 с ручкой 4, покрытой изоляционным материалом. Благодаря пружинным контактам ползунок плотно прилегает к обмотке реостата; в местах контакта изоляция на обмотке разрушается, чем обеспечивается надёжный контакт ползунка с обмоткой.

На рисунке 4.12 приведена схема включения ползункового реостата.

Существуют реостаты и других конструкций.

Таблица 4.14

№ п/п	Вопрос, задание	Номер правильного ответа
1	Что такое реостат?
2	Для чего применяются реостаты?
3	Какие проводники применяются для реостатов?
4	К каким клеммам подсоединяются концы проводника реостата?
5	Каким путём регулируется сопротивление реостата?

нечёт. – чёт. = 3.

Таблица 4.14а

Номер правильного ответа	Правильный ответ
1	Путём передвижения ползунка реостата.
2	К клеммам 1 и 5.
3	Прибор, сопротивление которого можно изменять.
4	Для регулирования силы электрического тока или напряжения.
5	Со значительным удельным сопротивлением.

Последовательное соединение проводников

Последовательным соединением проводников считается такое соединение, когда конец первого проводника соединяется с началом второго, конец второго – с началом третьего и так далее. Подводники со значительными сопротивлениями электрическому току в технике называются резисторами.

Каждый резистор обладает сопротивлением электрическому току – R₁, R₂, R₃ и так далее.

К аждый резистор можно изобразить графически и буквенно. Например, первый резистор

Составим электрическую схему цепи с тремя последовательно соединёнными резисторами (рис.4.13).

В такой цепи в каждом резисторе будет электрический ток одинаковой силы I. На каждом резисторе в соответствии с законом Ома будет своё напряжение, пропорциональное величине сопротивления резистора и силе тока:

,

где U – напряжение на резисторе, В;

R – сопротивление резистора, Ом;

I – сила электрического тока в резисторе, А.

.

В рассматриваемой цепи (рис.4.13) источник тока создаёт напряжение U. На каждом резисторе будет своё напряжение – U₁, U₂, U₃, сумма которых равна напряжению U, создаваемому источником, то есть

U = U₁ + U₂ + U₃.

Подставим в полученное выражение расчётные формулы напряжений на резисторах, полученных из закона Ома, и получим:

.

Введём обозначение

.

Тогда можем записать:

.

Таким образом, три последовательно соединённых резистора с сопротивлениями R₁, R₂, R₃ можно заменить одним резистором с сопротивлением R, равным сумме сопротивлений трёх резисторов (рис.4.14).

Пример 4.8 Три резистора с сопротивлениями 2 Ом, 3 Ом, 5 Ом соединены последовательно и подключены к источнику постоянного тока напряжением 200 В. Определить общее сопротивление резисторов, силу электрического тока в цепи и напряжение на каждом резисторе.

Решение.

1. Составляем условие в основной системе единиц:

R₁ = 2 Ом

R₂ = 3 Ом

R₃ = 5 Ом

U = 200 В

R, I , U₁, U₂, U₃ – ?

2. Общее сопротивление цепи определяем как сумму сопротивлений резисторов:

.

3. Подставляем значения сопротивлений резисторов и находим общее сопротивление цепи:

, .

4. Силу электрического тока в цепи определяем, используя закон Ома:

,

.

5. Подставляем значения физических величин и находим силу электрического тока в цепи:

, .

6. Напряжения на резисторах находим по выражениям:

,

,

.

7. Подставляем значения физических величин и находим напряжения на резисторах:

, ,

, ,

, .

Таблица 4.15

№ п/п	Вопрос, задание	Номер правильного ответа
1	Что такое резистор?
2	Что понимается под последовательным соединением резисторов?
3	Чему равно общее сопротивление последовательно соединённых резисторов?
4	Как найти напряжение на резисторе?
5	Три резистора с сопротивлениями 1 Ом, 3 Ом, 6 Ом соединены последовательно и подключены к источнику постоянного тока напряжением 200 В. Определить общее сопротивление цепи в омах.
6	Для предыдущей задачи определить силу тока в цепи в амперах.
7	Для предыдущей задачи определить напряжение на втором резисторе в вольтах.

нечёт. – чёт. = 2.

Таблица 4.15а

Номер правильного ответа	Правильный ответ
1	Как произведение сопротивления на силу тока.
2	Сумме сопротивлений резисторов.
3	10.
4	Проводник, имеющий значительное сопротивление.
5	20.
6	60.
7	Конец первого резистора соединяется с началом второго резистора, конец второго с началом третьего и так далее.