Краткие теоретические положения. Реостат – это устройство, обладающее электрическим сопротивлением с возможностью регулирования его величины

Реостат – это устройство, обладающее электрическим сопротивлением с возможностью регулирования его величины. В условиях лаборатории используются проволочные реостаты, представляющие собой керамический цилиндр 1, на который в один слой виток к витку намотана проволока из константана. Для регулирования величины сопротивления имеется движок 3, скользящий или перекатывающийся по поверхности витков.

Рис. 2.1. Схематическое изображение реостата

Допустим, что на цилиндрический керамический каркас диаметром D =0, 07 м навито W =200 витков константановой проволоки диаметром d = 0, 0008 м. Определим сопротивление реостата при температуре T_Г = 500 ^оС. С этой целью находим:

1. средний диаметр витка

Dср = D + d = 0, 07 + 0, 0008 = 0, 0708 м; (2.1)

2. длину витка

l=π Dcp = 3, 14∙ 0, 0708 = 0, 2224 м; (2.2)

3. длину навитой проволоки

L = Wl = 200∙ 0, 2224 = 44, 48 м; (2.3)

4. сечение проволоки

S = π d²/4 = 3, 14∙ 0, 0008²/4 = 5, 03∙ 10^{-7 м2}; (2.4)

5. сопротивление одного витка при

r₂₀ = ρ ₂₀l/S = 0, 5∙ 10^-6∙ 0, 2224/(5, 03∙ 10^-7) = 0, 221 Ом, (2.5)

где ρ ₂₀ – удельное сопротивление константана при 20 ^оС, равное 0, 5∙ 10^-6 Ом∙ м;

6. сопротивление проволоки при 20 ^оС

R₂₀ = r₂₀W = 0, 221∙ 200 = 44, 21 Ом; (2.6)

7. сопротивление проволоки при 500 ^оС

R₅₀₀ = R₂₀ + ά R₂₀(T_Г – Т_Х) = 44, 21 + 3, 5∙ 10^-5 ∙ 44, 21∙ (500 – 20) = 43, 47, (2.7)

где ά – температурный коэффициент сопротивления, равный приросту сопротивления проводника величиной в 1 Ом при нагреве его на 1 градус. Для константана он равен 3, 5∙ 10^-5 1/^оС.

Как видим, сопротивление при нагреве изменилось незначительно ввиду малого значения для константана температурного коэффициента сопротивления, что и определяет константан наряду с высоким удельным сопротивлением как проводник, незаменимый для изготовления высокостабильных сопротивлений. Медный проводник увеличил бы сопротивление при таком нагреве примерно в три раза. Кроме того, на поверхности константана образуется окисная плёнка, препятствующая прохождению тока непосредственно от витка к витку при их плотной намотке.

Сопротивление между левым выводом реостата и движком R_P = rW_P будет дискретно увеличиваться с увеличением W_P при перемещении движка вправо. При большом числе витков дискретность становится незаметной, и можно говорить о плавном изменении сопротивления.

Каждый реостат характеризуется номинальной величиной сопротивления Rн и допустимой величиной тока Iд, превышение которой приводит к перегреву и выходу реостата из строя.