Вмикання реостата в електричне коло.

Мета роботи:

1. Вивчення закону Ома для однорідної ділянки електричного кола.

2. Ознайомлення із способами вмикання реостата в якості регулятора сили струму і дільника напруги.

Прилади і матеріали: амперметр, вольтметр, джерело струму, два дротяних резистори, монтажна плата, реостат, лінійка.

Теоретичні відомості.

Німецький фізик Георг Симон Ом експериментально встановив, що сила струму , який протікає по однорідній ділянці кола, прямо пропорційна напрузі, прикладеної до кінців цієї ділянки:

. (1)

Однорідною називають таку ділянку електричного кола, на яку не діють сторонні сили. Отже, величина напруги збігається з різницею потенціалів на кінцях ділянки.

Величину називають електричним опором ділянки кола. Опір залежить від форми, розмірів і властивостей матеріалу провідників, що складають ділянку кола.

Для однорідного циліндричного провідника його опір дорівнює

, (2)

де довжина провідника;площа його поперечного перерізу;питомий електричний опір речовини.

Залежністю (2) користуються на практиці для виготовлення реостатів. Реостат – це прилад для регулювання сили струму або напруги в електричних колах. Опір реостата може змінюватись плавно або дискретно.

Реостати поділяють на дротяні (повзункові) та недротяні. Основа дротяних реостатів – щільно навитий на жаростійку трубу дріт з нікелю або константану. Вони мають три затискачі. Опір дротяного реостата лінійно залежить від довжини ввімкнутої частини дроту:

, (3)

де опір ввімкненої частини реостату;його повний опір;довжина ввімкненої частини реостату;його повна довжина.

Недротяні реостати,які застосовуються у радіотехніці, складаються з високоомного провідного шару, нанесеного на ізоляційний матеріал, найчастіше, у формі кільця. Вони можуть мати не тільки лінійну, але й логарифмічну або ступеневу залежність зміни опору від довжини ввімкненої частини.

Рис. 1Рис. 2

Реостат може бути увімкнений в коло як регулятор сили струму (рис. 1). Відповідно до закону Ома (1), сила струму в колі

,

де напруга на ділянці кола;опір навантаження. Залежність сили струму від повного опору зовнішньої ділянки кола наведена нарис. 2.

Для незмінної напруги характер залежності визначається співвідношенням міжі. При маломуреостат може змінювати силу струму в широких межах (ділянка І нарис. 2), при великомусила струму змінюється незначно (ділянка ІІ нарис. 2).

Зазвичай, на практиці використовують два реостати: один для грубого, інший для плавного регулювання сили струму (рис. 3).

Рис. 3Рис. 4

Щоб охарактеризувати відносну зміну сили струму в колі, що не залежить від величини , будують залежність, десила струму в колі при.

Регулювання напруги за допомогою реостату здійснюється за схемою на рис. 4. Як залежить напругана опорі навантаження від значення?

Очевидно, що , десила струму в нерозгалуженій частини кола,її опір.

Сила струму дорівнює , а опір зовнішнього кола. Після перетворення одержимо

.(4)

Рис. 5Рис. 6

При напруга набуде лінійно залежати від ввімкненої частини реостата:.

При залежність буде нелінійною (рис. 5). Це природно, оскільки при цьому значна частина струму буде відгалужуватися на опір навантаження.

Для точного регулювання напруги застосовують два реостати (рис. 6), причому, що дозволяє плавно змінювати напругу в невеликих межах за допомогою другого реостата.

ПОСЛІДОВНІСТЬ ВИКОНАННЯ РОБОТИ.

Завдання 1. Вивчення схеми послідовного вмикання реостата в коло в якості регулятора сили струму.

1. Зібрати схему відповідно до рис. 7.

2. Увімкнути випрямляч в мережу і подати на вихідні клеми напругу порядку декількох вольт (розрахувати цю напругу, виходячи з величин опору резисторів іта потужності, що розсіюється на них). Переконатись, що при переміщенні повзунка реостата вздовж лінійки із зростаннямсила струму в колі спадає.

3. Дослідити залежність сили струму в колі від довжини ввімкненої частини реостату, знімаючи показання амперметра черезсм для. Перше вимірювання провести при повністю вимкненому, а останнє – при повністю ввімкненому реостаті. Результати вимірювань занести до таблиці 1.

Рис. 7 Рис. 8

Таблиця 1.

, см	0
, А
	1

Завдання 2. Вивчення схеми вмикання реостата в коло в якості регулятора напруги.

1. Зібрати схему відповідно до рис. 8.

2. Подати на клеми джерела струму розраховану в попередньому завданні напругу (порядку декількох вольт). Переконатись, що при переміщенні повзунка реостата вздовж лінійки із зростанням напруга в колі зростає.

3. Дослідити залежність напруги , що знімається з реостата, від довжини ввімкненої частини , знімаючи показання вольтметра черезсм для. Результати вимірювань занести до таблиці 2.

4. Повторити вимірювання пункту 3 для . Результати вимірювань занести до таблиці 2.

5. За результатами вимірювань побудувати графіки залежності відносної величини напруги від.

Таблиця 2.

, см	0
	1
	1

КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ.

1. З якою метою вмикають реостат в електричне коло?

2. Намалювати схему вмикання реостата в якості регулятора напруги.

3. На підставі якого закону отримано вираз (4)?

4. В якому випадку напруга, що знімається з ввімкненої частини реостата, залежить від неї лінійно?

5. Намалювати схему вмикання реостата в якості регулятора сили струму.

6. При яких співвідношеннях опору навантаження і опору реостата сила струму може змінюватися в широких межах, а при яких – змінюється незначно?

Л А Б О Р А Т О Р Н А Р О Б О Т А № 303.