"Физика", Перышкин А.В.
Реостат — прибор для изменения силы тока в электрической цепи. Он работает благодаря тому, что сопротивление проволоки зависит от её длины: перемещая ползунок, включают в цепь более длинный или короткий участок обмотки. Длинный участок создаёт большее сопротивление и уменьшает ток, короткий — меньшее сопротивление и увеличивает ток. Перед замыканием цепи реостат устанавливают на наибольшее сопротивление, чтобы ограничить ток и защитить приборы.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Реостат — прибор, с помощью которого изменяют силу тока в цепи, меняя её сопротивление. Он позволяет регулировать ток, не меняя источник питания. Например, с его помощью можно сделать лампу ярче или тусклее. Для этого выбирают такое положение контакта, при котором сопротивление цепи становится нужным.
Ползунок — подвижный контакт реостата, который перемещают вдоль обмотки. При его движении меняется длина проволоки, включённой в цепь. Поэтому ползунок служит регулятором сопротивления, а не выключателем всей проволоки. Его положение определяет, какой участок будет пропускать ток.
Обмотка реостата — проволока с большим удельным сопротивлением, намотанная на изолирующий цилиндр. Удельное сопротивление показывает, насколько материал препятствует прохождению тока. Изоляция не даёт соседним виткам электрически соединяться между собой и цилиндром. Проволока с большим сопротивлением позволяет получить нужный эффект на сравнительно коротком участке.
Условное обозначение реостата — знак на электрической схеме, который показывает, где в цепи можно изменять сопротивление. Обычно переменное сопротивление изображают резистором со стрелкой. Благодаря этому обозначению можно понять назначение элемента, не рассматривая его устройство. На схеме важно также учитывать, какие выводы реостата подключены.
Проволочная обмотка закреплена на изолирующем цилиндре, а ползунок скользит по виткам и касается проволоки. Цилиндр нужен, чтобы обмотка сохраняла форму и была отделена от других частей прибора. Соседние витки не должны напрямую соединяться: иначе ток мог бы обходить часть проволоки, и регулирование работало бы неправильно. Когда ползунок касается обмотки, он образует подвижную точку подключения.
Перемещение ползунка меняет сопротивление потому, что в цепь входит участок обмотки разной длины. Ток проходит от подключённого вывода обмотки до места контакта с ползунком, а проволока за этим местом в выбранной цепи не участвует. При одинаковом материале и сечении длинный провод имеет большее сопротивление, чем короткий. Значит, сдвигая ползунок, мы меняем не свойства проволоки, а длину пути тока.
Реостат включают в цепь с помощью одного вывода обмотки и вывода ползунка. Тогда ток проходит через выбранную часть проволоки; если подключить не те выводы, ожидаемого изменения сопротивления может не быть. В цепи элемент обычно соединяют последовательно с тем прибором, ток через который нужно регулировать. При последовательном соединении через реостат и остальные элементы проходит один и тот же ток.
Когда сопротивление реостата увеличивают, сила тока уменьшается, если напряжение источника остаётся неизменным. Это следует из закона Ома: сила тока равна напряжению, делённому на общее сопротивление цепи. Уменьшение сопротивления даёт обратный результат — ток возрастает. Поэтому лампа в последовательной цепи при большем сопротивлении реостата светит тусклее.
Перед включением цепи ползунок устанавливают так, чтобы сопротивление реостата было наибольшим. В этом положении ток сначала ограничен, и риск повредить элементы цепи меньше. После включения сопротивление можно осторожно уменьшать, наблюдая за работой прибора. Если начать с малого сопротивления, ток может оказаться чрезмерно большим ещё до того, как его успеют отрегулировать.
| Положение ползунка | Длина включённой проволоки | Сопротивление реостата | Сила тока в цепи |
|---|---|---|---|
| Ползунок сдвигают так, чтобы в цепь вошёл более длинный участок | Увеличивается | Увеличивается | Уменьшается |
| Ползунок сдвигают так, чтобы в цепь вошёл более короткий участок | Уменьшается | Уменьшается | Увеличивается |
Сначала определите, увеличивается или уменьшается длина проволоки, по которой проходит ток. Затем проследите, как вслед за длиной меняется сопротивление, и только после этого сделайте вывод о силе тока. Таблица предполагает, что напряжение источника не меняется.
Условие. Реостат включён последовательно с лампой. Нужно изменить его положение так, чтобы лампа светила менее ярко. Яркость зависит от силы тока, проходящего через лампу: при меньшем токе она светит слабее. Поэтому сначала нужно понять, как реостатом уменьшить ток.
Ответ: нужно увеличить длину включённой проволоки. Сопротивление цепи возрастёт, поэтому сила тока и яркость лампы уменьшатся.
Условие. Сопротивление участка проволоки длиной 20 см равно 4 Ом. Включённую длину увеличивают до 50 см. Материал и сечение проволоки остаются теми же, поэтому сопротивление пропорционально длине. Требуется найти новое сопротивление.
Ответ: сопротивление станет 10 Ом. Оно выросло в 2,5 раза вместе с длиной участка.
Условие. Лампа сопротивлением 6 Ом и реостат соединены последовательно с источником напряжением 12 В. Сопротивление реостата равно 2 Ом. Нужно найти силу тока, а затем определить, что сделать, чтобы она стала равна 1 А. Считаем, что сопротивление лампы и напряжение источника не меняются.
Ответ: первоначальная сила тока равна 1,5 А. Чтобы получить ток 1 А, следует увеличить сопротивление реостата до 6 Ом, удлинив включённый участок обмотки.
Ошибка: считать, что ползунок меняет сопротивление всей проволоки. Так думают, потому что ползунок движется по обмотке целиком, но в цепи работает только участок между используемыми контактами. Проверьте, откуда и куда течёт ток: проволока за ползунком в этом пути не участвует. Поэтому учитывайте именно включённую часть обмотки.
Ошибка: считать, что более длинный участок имеет меньшее сопротивление. Это путают с тем, что длинная проволока может выглядеть тонкой или вытянутой, но при одинаковом материале и сечении её сопротивление больше. Для проверки вспомните: току приходится проходить по более длинному пути. Значит, при увеличении длины сопротивление возрастает.
Ошибка: ожидать, что при увеличении сопротивления ток тоже увеличится. Часто смешивают направление изменения этих величин, хотя при постоянном напряжении закон Ома показывает обратную зависимость. Проверьте себя, подставив числа в I = U / R: если знаменатель стал больше, результат стал меньше. Значит, большему сопротивлению соответствует меньший ток.
Ошибка: включать цепь, не установив сначала наибольшее сопротивление. Если начать с малого сопротивления, ток может оказаться слишком большим и повредить приборы. Это происходит потому, что при неизменном напряжении уменьшение общего сопротивления увеличивает ток. Перед замыканием цепи проверьте положение ползунка и установите его на максимальное сопротивление.
Для понимания реостата нужны знания об электрическом токе, силе тока, сопротивлении и законе Ома для участка цепи. Закон Ома объясняет, почему изменение сопротивления влияет на ток. Если напряжение сохраняется, рост сопротивления приводит к уменьшению силы тока.
Знание последовательного соединения помогает понять, как реостат влияет на всю цепь. При таком соединении через элементы проходит один и тот же ток, а сопротивления складываются. Поэтому изменение сопротивления реостата меняет общее сопротивление цепи и ток через лампу или другой прибор.
Реостат пригодится при дальнейшем изучении электрических цепей и способов управления силой тока. Он показывает на практике, что ток можно регулировать изменением сопротивления. Такой принцип помогает разбираться в работе устройств, где нужно менять режим электрической цепи.
Зачем в электрическую цепь включают реостат?
Реостат позволяет изменять силу тока, не заменяя источник питания. Например, с его помощью можно регулировать яркость лампы.
Почему перемещение ползунка меняет сопротивление реостата?
Ползунок выбирает, какая часть проволочной обмотки будет включена в цепь. Сопротивление зависит от длины проволоки: чем длиннее участок, тем оно больше.
Как увеличить силу тока с помощью реостата?
Нужно уменьшить сопротивление реостата, включив в цепь более короткий участок проволоки. При неизменном напряжении меньшему сопротивлению соответствует большая сила тока.
Почему реостат сначала устанавливают на наибольшее сопротивление?
Так при включении ток ограничивается и не становится чрезмерно большим. Это помогает защитить реостат, источник и другие элементы цепи от повреждения.
Как реостат обозначают на электрической схеме?
Его показывают условным знаком переменного сопротивления — резистором со стрелкой. Стрелка указывает на возможность менять сопротивление перемещением ползунка.
§ 47 Реостаты
