Резисторы и реостаты. Реостаты

Реостатом называется устройство, дающее возможность изменять сопротивление электрической цепи и тем самым регулировать в ней величину тока. Реостаты по своей конструкции подразделяются на проволочные и непроволочные. В проволочном реостате токоведущей частью является проволока, а в непроволочном - токопроводящий слой металла, нанесенный на основание из изоляционного материала.

Наиболее распространены проволочные реостаты со скользящим контактом. Они дают возможность плавно изменять сопротивление электрической цепи. На рис. 1 показан один из существующих на практике типов реостата со скользящим контактом.

На керамиковую трубку его навита проволока из константана или какого-либо иного сплава, применяемого для изготовления реостатной проволоки. Витки этой проволоки уложены на керамиковой трубе плотно друг к другу, так что при скольжении по ним ползуна они не могут быть сдвинуты с места. К стойкам реостата прикреплен направляющий металлический стержень, по которому перемещают ползун. Последний с помощью своих прижимных контактов плотно прижимается к виткам реостатной проволоки и этим обеспечивает надежный контакт проволоки с ползуном.

Реостат имеет три зажима, из которых два смонтированы на стоках, по одному на каждой. Третий зажим присоединен к направляющему стержню реостата.

Рис. 1. Реостат со скользящим контактом

На рис. 2. приведена схема включения в цепь реостата с подвижным контактом для регулирования величины тока в цепи.

Реостат подключен к цепи зажимами 1 и 2, из которых первый соединен с началом реостатной обмотки, а второй - с ползуном. Зажим 3, соединенный с концом реостатной обмотки оставлен свободным - не присоединенным к цепи. Перемещая скользящий контакт ползуна вдоль витков реостатной проволоки, можно плавно изменять величину вводимого в цепь сопротивления реостата.

Рис. 2. Включения реостата со скользящим контактом для регулирования тока в цепи

При крайнем левом положении скользящего контакта ползуна, т. е. когда он установлен непосредственно у зажима 1, введенное в цепь сопротивление реостата становится минимальным - практически равным нулю. Когда же скользящий контакт ползуна установлен у зажима 3, то введенное в цепь сопротивление реостата становится максимальным.

Для устройства реостатов применяют реостатную проволоку, изготовленную из различных сплавов металлов, например никелиновую, константановую, нейзильберовую и т. п., или же из чистых металлов, например из железа или никеля.

Реостатная проволока должна иметь высокое удельное сопротивление, малый температурный коэффициент и устойчиво выдерживать продолжительный нагрев током до нескольких сот градусов Цельсия. Такие материалы, как нейзильбер, никелин и реотан, дешевы, легко обрабатываются, но не допускают нагревания больше чем до 200° С. Что же касается константана и других медноникелевых сплавов, то они выдерживают продолжительный нагрев до температуры 500° С.

Реостатом называют электрическое устройство используемое для ограничения и регулировки тока или напряжения в электрической схеме.

По своему внутреннему устройству реостаты делятся на проволочные и не проволочные. Основной частью любого проволочного реостата является керамическая трубка, на которую намотана особая высокоомная проволока. На направляющем металлическом стержне закреплен ползунок, свободно передвигающийся вдоль проволоки, намотанной на керамие.

Итак, любой реостат состоит из нескольких основных частей:

Керамического цилиндра
Металлическая проволока - которая наматывется на трубку из керамики, концы проволоки выведены на контакты (зажимы), расположенные на противоположных концах трубки с обоих сторон;
Металлическая штанга - установлена чуть выше трубки, на одной стороне которой имеется контактная клемма;
Движущийся контакт - закреплен на штанге, который иногда называют ползун.

Реостат подсоединен в цепь через две зажимные клеммы: нижнюю непосредственно с обмотки и верхнюю клемму с движущегося контакта. При подключении реостата в электрическую цепь, ток от нижней клеммы течет по виткам из металлической проволоки, а затем проходит через скользящий контакт, затем по металлическому стержню и на верхний контакт.

Т.е, в схеме будет задействована только часть реостатной обмотки. В тот момент, когда ползунок двигается, изменяется сопротивление обмотки, т.к меняется ее длина, а соответственно сопротивление и сила тока в электрической цепи.

Необходимо отметить, что ток следует по каждому витку обмотки, а не поперек них. Это происходит потому, что витки обмотки изолированы друг от друга.

Так на рисунке А – движущийся контакт находится посередине. Поэтому ток будет протекать только через половину устройства. На позиции Б - токовый проводник используется полностью поетому, его длина максимальная, как и сопротивление, а в соответствии с сила тока снижается. На третьем рисунке все наоборот: снижается сопротивление, растут амперы.

На электрических схемах реостат обозначен следующим образом:

Реостат в схему включается всегда последовательно. При этом один из контактов подсоединен к ползуну, с помощью которого и регулируется количество ампер в цепи. Но необходимо добавить, что этот прибор можно применять и для регулировки напряжения. Здесь может быть применено несколько схем с одним или двумя сопротивлениями. Понятно, что чем меньше элементов в электрической цепочке, тем проще она.

Обычно этот электронный компонент включается в электрическую схему для регулирования величины тока, пример подключения показан на рисунке ниже.

При перемещении движка изменяется длина токопроводящего слоя, а следовательно, и величина сопротивления реостата, включаемого последовательно в схему, что в вызывает некоторое изменение величины силы тока в цепи и перераспределение напряжения между реостатом и нагрузкой.

Когда движок перемещается к контакту, величина сопротивления реостата сильно снижается,а ток в в цепи наоборот возрастает, тогда меньшая часть напряжения будет гасится на приборе и сильнее возрастет напряжение на подключенной к нагрузке.

Если движок перемещать к противоположному контакту, сопротивление реостата возрастает, а ток в цепи снижается, падение напряжение на реостате будет увеличиваться, а на нагрузке снижаться.

Расчет представленной выше схемы, аналогичен расчету гасящего сопротивления. Величина сопротивления реостата вычисляется по формуле:

R реост =U реост /I

Падение напряжения находится по формуле ниже:

U реост =U ист -U потр

У реостата имеется всего два вывода, а у его родственника , целых три. Поэтому больше не путайте их между собой.

Готовые работы

ДИПЛОМНЫЕ РАБОТЫ

Многое уже позади и теперь ты - выпускник, если, конечно, вовремя напишешь дипломную работу. Но жизнь - такая штука, что только сейчас тебе становится понятно, что, перестав быть студентом, ты потеряешь все студенческие радости, многие из которых, ты так и не попробовал, всё откладывая и откладывая на потом. И теперь, вместо того, чтобы навёрстывать упущенное, ты корпишь над дипломной работой? Есть отличный выход: скачать нужную тебе дипломную работу с нашего сайта - и у тебя мигом появится масса свободного времени!
Дипломные работы успешно защищены в ведущих Университетах РК.
Стоимость работы от 20 000 тенге

КУРСОВЫЕ РАБОТЫ

Курсовой проект - это первая серьезная практическая работа. Именно с написания курсовой начинается подготовка к разработке дипломных проектов. Если студент научиться правильно излагать содержание темы в курсовом проекте и грамотно его оформлять, то в последующем у него не возникнет проблем ни с написанием отчетов, ни с составлением дипломных работ, ни с выполнением других практических заданий. Чтобы оказать помощь студентам в написании этого типа студенческой работы и разъяснить возникающие по ходу ее составления вопросы, собственно говоря, и был создан данный информационный раздел.
Стоимость работы от 2 500 тенге

МАГИСТЕРСКИЕ ДИССЕРТАЦИИ

В настоящее время в высших учебных заведениях Казахстана и стран СНГ очень распространена ступень высшего профессионального образования, которая следует после бакалавриата - магистратура. В магистратуре обучаются с целью получения диплома магистра, признаваемого в большинстве стран мира больше, чем диплом бакалавра, а также признаётся зарубежными работодателями. Итогом обучения в магистратуре является защита магистерской диссертации.
Мы предоставим Вам актуальный аналитический и текстовый материал, в стоимость включены 2 научные статьи и автореферат.
Стоимость работы от 35 000 тенге

ОТЧЕТЫ ПО ПРАКТИКЕ

После прохождения любого типа студенческой практики (учебной, производственной, преддипломной) требуется составить отчёт. Этот документ будет подтверждением практической работы студента и основой формирования оценки за практику. Обычно, чтобы составить отчёт по практике, требуется собрать и проанализировать информацию о предприятии, рассмотреть структуру и распорядок работы организации, в которой проходится практика, составить календарный план и описать свою практическую деятельность.
Мы поможет написать отчёт о прохождении практики с учетом специфики деятельности конкретного предприятия.

Проволочные реостаты выполняются с плавной или ступенчатой регулировкой сопротивления. К виткам этой спирали прижимается подвижный контакт.
Проволочные реостаты применяют как регулировочные устройства, главным образом, при проверке элементов релейной защиты (см. гл.
Схема линии постоянного тока. Расчет проволочных реостатов и сопротивлений состоит в определении сечения и длины провода из материала е большим удельным сопротивлением, обеспечивающего получение необходимого сопротивления и выдерживающего длительное протекание заданного тока при нагреве не свыше допустимой температуры. В радиотехнических установках и схемах управления токи обычно малы и выбор минимального сечения проводов производится, исходя из требующейся механической прочности. Как видно из изложенного, задачи расчета цепей могут несколько изменяться, но основным содержанием расчетов являются обычно расчет на потерю или падение напряжения и проверка нагрева.
Обычно применяются проволочные реостаты с плавным или ступенчатым изменением тока. В некоторых случаях применяют жидкостные реостаты.
Электролитический реостат. Нельзя применять проволочные реостаты для большей силы тока, чем та, на которую они рассчитаны.
Требуется рассчитать нагрузочный проволочный реостат с водяным охлаждением.
Внутренние соединения секций проволочных реостатов необходимо сваривать. Не допускается включение на воздухе без водяного охлаждения металлических реостатов с водяным охлаждением.
Нагрев ванны регулируется проволочным реостатом, включаемым последовательно с электронагревательным элементом.
Часто для лучшего охлаждения проволочные реостаты погружаются в масло. Водяные реостаты из-за своей громоздкости применяются сравнительно редко.
Исполнительным органами могут быть проволочные реостаты, угольны столбики из дисков, электронные лампы, трансформато ры.
В практике применяют также проволочные реостаты со ступенчато-плавной регулировкой и жидкостные реостаты.
Регулятор скорости PC представляет собой проволочный реостат (потенциометр) с рукояткой для кругового поворота и размещается независимо от блока питания на пульте или в шкафу управления производственного механизма.
В комплект нагрузочного устройства входят проволочный реостат, ком-татор для включения сопротивлений точной регулировки и шит управле-я с однополюсными рубильниками для ступенчатого изменения нагрузки.

В качестве регулировочного устройства применяют проволочный реостат с ползунком на 4 - 8 а и 20 - 25 ом, для получения хорошего контакта при измерениях сопротивления обмоток - двойные щупы с неподвижным и подвижным контактами. Подвижные контакты присоединяют к источнику постоянного тока, а между неподвижными контактами щупов включают вольтметр. Таким образом, падение напряжения измеряют вольтметром спустя некоторый промежуток времени после того, как через обмотки пропущен ток. По окончании измерений вольтметр отключают от концов обмотки раньше, чем разрывается ток. Это защищает вольтметр от толчков электродвижущей силы самоиндукции, возникающей в обмотке при отключений тока.
Простейшим примером датчика сопротивления является проволочный реостат с движком, перемещающимся по обнаженной от изоляции поверхности провода. Такой датчик, называемый потен-циометрическим, может служить в качестве индикатора линейных или угловых перемещений, если его движок связать с контролируемой подвижной механической системой. Ширина контактной полосы, по которой перемещается движок, в 2 - - 3 раза превышает диаметр провода. Ее получают полировкой вдоль витков тонкой наждачной бумагой.
Обычная температура перепрева проволоки для проволочных реостатов составляет 150 С лри температуре окружающего воздуха 35 С.
Соединения отдельных элементов сопротивлений в проволочных реостатах могут происходить от провисания спиралей или от сотрясения. У чугунных сопротивлений соединения между отдельными элементами реостатов возникают от механических повреждений и коробяения элементов в результате высокой температуры. Замыкание отдельных элементов уменьшает сопротивление реостатов, что в свою очередь может вызвать увеличение тока при пуске двигателя и привести к перегоранию реостата, а также преждевременному выходу из строя двигателя.
Способы ремонта элементов секций реостата. Соединения отдельных элементов сопротивлений в проволочных реостатах могут происходить от провисания спиралей или сотрясения. У чугунных сопротивлений соединения между отдельными элементами реостатов могут возникнуть от механических повреждений, а также и от коробления элементов в результате высокой температуры. Замыкание отдельных элементов уменьшает сопротивление реостатов, что в свою очередь может вызвать увеличение тока при пуске двигателя и привести к перегоранию реостата.
Способы ремонта элементов секций реостата. Соединения отдельных элементов сопротивлений в проволочных реостатах могут происходить от провисания спиралей или сотрясения. Замыкание отдельных элементов уменьшает сопротивление реостатов, что в свою очередь может вызвать увеличение тока при пуске двигателя и привести к перегоранию реостата.
Соединения отдельных элементов сопротивлений в проволочных реостатах могут происходить от провисания спиралей или от сотрясения. У чугунных сопротивлений соединения между отдельными элементами реостатов возникают от механических повреждений и коробления элементов в результате высокой температуры. Замыкание отдельных элементов уменьшает сопротивление реостатов, что в свою очередь может вызвать увеличение тока при пуске двигателя и привести к перегоранию реостата, а также преждевременному выходу из строя двигателя.
Цепь, состоящая из последовательно соединенных проволочного реостата с регулируемым сопротивлением г, реактивной катушки индуктивности L100 мгн, конденсатора емкостью С 1 мкф (рис. 51), питается от генератора переменной частоты.
Цепь, состоящая из последовательно соединенных проволочного реостата с регулируемым сопротивлением г, реактивной катушки индуктивности L100 мгн, конденсатора емкостью С1 мкф (рис. 51), питается от генератора переменной частоты.
Наиболее часто при эксплуатации релейной защиты применяют проволочные реостаты двух типов: ползунков ы и и секционный.
Включение ползункового реостата для регулирования тока в реле. Наиболее часто в эксплуатации релейной защиты используются проволочные реостаты двух типов: ползунковыи и секционный.
Электромагнитный указатель уровня топлива.
В качестве датчика при измерении уровня топлива применяют проволочный реостат, ползунок которого перемещается рычагом с поплавком на конце. Если на автомобиле устанавливают два топливных бака, то в каждый бак ставят датчики, а на панель приборов - один приемник и переключатель для присоединения того или иного датчика во время замера.
При помощи моста сопротивлений ММВ произвести поочередно измерения сопротивлений проволочного реостата, катушки магнитного пускателя, обмоток однофазного трансформатора, пяти сопротивлений, которые применяются при монтаже радиоаппаратуры. Результаты измерений свести в таблицу, составленную произвольно.
При несколько более высокой стоимости их но сравнению с проволочными реостатами эти реостаты обладают рядом преимуществ, в том числе плавностью регулировки.
К генератору с напряжением и283 sin 500 [ б ] приключен проволочный реостат с сопротивлением г 10 ом.
Для этой цели в электрическую цепь включают с помощью трех клемм проволочный реостат с подвижным контактом.
RZ - прилежащие плечи, величина их сопротивлений вместе с сопротивлением скользящего проволочного реостата известна. Переменное сопротивление RI со скользящим контактом служит для нулевой балансировки схемы при изменении сопротивления тензодатчика в отсутствии деформаций.
I, 11) основано на преобразовании углового перемещения в изменение омического сопротивления проволочного реостата путем изменения положения контактной щетки. В пазу изоляционного корпуса 4 укреплен кольцевой каркас 2, обмотанный проволокой с большим сопротивлением.
Снятие внешних характеристик ЭМУ. а - схема измерения. б - примерные внешние характеристики ЭМУ-25-3000. Сопротивление RK помещается в коробке выводов ЭМУ или выносится на панель и по конструкции представляет собой проволочный реостат с перемещающимся при помощи винта движком. Надежность подключения RK к обмотке КО должна быть тщательно проверена при наладке.
К - сопротивление моста, принимгемое от 50 до 2000 ом, в зависимости от назначения датчика и способа регистрации); 4 - входной проволочный реостат; S - калибровочное сспро-тивленне; 6 - питание постоянным или переменным током; 7 - к измерительному или регистрирующему прибору.
Для дополнительной подстройки цепи обратной связи УМ можно также применять небольшое добавочное сопротивление (1 - 10 ом), включаемое последовательно обмоткам обратной связи, лучше всего небольшой проволочный реостат, рассчитанный на ток до 10 а. Включив его последовательно выключателю В2, регулируют величину сопротивления в цепи обратной связи до тех пор, пока не установится наиболее выгодный режим ее работы. По окончании подстройки реостат отключают, замеряют омметром найденную оптимальную величину добавочного сопротивления для цепи обратной связи и заменяют реостат постоянным проволочным сопротивлением такой же величины.
Для дополнительной подстройки цепи обратной связи УМ можно также применять небольшое добавочное сопротивление (1 - 10 ом), включаемое последовательно обмоткам обратной связи, лучше всего небольшой проволочный реостат, рассчитанный на ток до 19 а. Включив его последовательно выключателю В2, регулируют величину сопротивления в цепи обратной связи до тех пор, пока не установится наиболее выгодный режим ее работы. По окончании подстройки реостат отключают, замеряют омметром найденную оптимальную величину добавочного сопротивления для цепи обратной связи и заменяют реостат постоянным проволочным сопротивлением такой же величины.
Для определения заводской средней эксплуатационой регулировки третьей щетки генератор при его проверке необходимо установить на стенде и включить к нему исправную заряженную батарею, вольтметр, амперметр и проволочный реостат (фиг.
Схемы установок для измерения сопротивления обмоток ваттметра. В установке для измерения сопротивления параллельной обмотки ваттметра (рис. 95, а) изменение величины напряжения U на измеряемом сопротивлении гхв выполняется делителем напряжения Д, представляющим собой проволочный реостат большого сопротивления с ползунком.

К таким устройствам относится, например, реостат, предназначенный для включения в электрическую цепь с целью регулирования тока путем изменения величины сопротивления. Проволочные реостаты выполняются с плавной или ступенчатой регулировкой сопротивления.
Монтаж станции катодной защиты с электрогенератором и двигателем внутреннего сгорания в отдельном здании. На щите смонтированы коммутационная схема, реле и приборы станции. Проволочный реостат 20 для регулировки потенциала в точке дренажа СКЗ устанавливают на стене рядом со щитом.
Реостатом называется регулируемое сопротивление, включенное в цепь тока. Сопротивление проволочных реостатов (рис. 1 - 8) изменяется относительно плавно при перемещении скользящего контакта по виткам проволоки, намотанным на керамическое основание. У контактных реостатов сопротивление изменяется ступенями при перемещении подвижного контакта с одного неподвижного контакта на другой. В табл. 1 - 1 приведены условные обозначения сопротивлений, причем в ней даны также обозначения двух остальных параметров электрических цепей индуктивности и емкости.
Несколько по-другому выполняется расчет различных элементов цепей. Расчет проволочных реостатов и резисторов состоит в определении сопротивления - и длины провода, обеспечивающего получение необходимого сопротивления и выдерживающего длительное протекание заданного тока при допустимом нагреве. Допустимые температуры нагрева резисторов, выполненных из голых проводов, могут достигать сотен градусов. В радиотехнических установках и схемах управления токи обычно малы и выбор минимального сечения провода обычно производится, исходя из требующейся механической прочности.
По устройству реостаты подразделяются на проволочные и непроволочные. В проволочных реостатах токоведущей частью является проволока, обладающая высоким удельным сопротивлением. Они бывают со скользящим контактом и ступенчатые. Реостаты со скользящим контактом обеспечивают плавное изменение сопротивления, а следовательно, и величины тока в электрической цепи. На направляющем металлическом стержне 4 укреплен ползунок, который может свободно передвигаться вдоль проволоки, намотанной на керамической трубке.
Реостат ы служат для создания нагрузки при исследовании приборов и электрических цепей, а также для регулирования напряжения, подводимого к измерительной схеме или к отдельным ее участкам. Широко применяются проволочные реостаты, изготавливаемые из проволоки, навитой на основание из изолирующего материала.
Основными элементами резистивпого датчика являются каркас и нанесенный на него резистивный элемент в виде намотки проволоки, слоя полупроводника или пленки металла. В конструкциях проволочных реостатов чаще всего применяют провода из манганина, константаиа или фехраля. Добавка иридия к платине увеличивает твердость и прочность последней, повышает кислотоупорность, анти-коррозийность и износостойкость. Платиноиридиевый провод выпускается весьма малых диаметров (до 0 03 мм), что позволяет выполнять высокоомные (до нескольких тысяч омов) преобразователи массой всего 10 - 12 г и габаритов примерно 1X2 см. Хорошими параметрами обладают также преобразователи из проводов, изготовленных из сплавов платины с палладием, рубидием, рутением, осмием.
Реостаты, используемые в системах автоматического регулирования, бывают проволочные и жидкостные. Чаще всего применяют проволочные реостаты с плавным или ступенчатым регулированием сопротивления. В связи с тем, что такой способ регулирования не является экономичным, эти реостаты монтируют лишь в цепях малой мощности.
Реостаты, используемые в системах автоматического регулирования, разделяются на проволочные и жидкостные. Чаще всего применяют проволочные реостаты с плавным или ступенчатым регулированием сопротивления. В связи с тем что такой способ регулирования не является экономичным, эти реостаты монтируют лишь в цепях малой мощности.
Панель дистанционного управления. Реостаты, используемые в системах автоматического регулирования, бывают проволочные и жидкостные. Чаще всего применяют проволочные реостаты с плавным или ступенчатым регулированием сопротивления. В связи с тем, что такой способ регулирования не является экономичным, эти реостаты монтируют лишь в цепях малой мощности.

Реостат - это металлический проводник с регулируемой величиной сопротивления. Реостат со скользящим контактом представляет собой цилиндр из изолирующего материала, на который намотана металлическая проволока. Концы ее присоединены к двум клеммам. Третья клемма реостата присоединена к скользящему контакту. Реостат в цепи может быть использован как регулятор тока, т.е. для изменения тока (рис.4.6),

когда провода цепи присоединяют к клемме, связанной со скользящим

контактом, и к одной клемме, связанной с обмоткой. Реостат с подвижным контактом может работать в режиме потенциометра (делителя напряжения). Это включение показано на рис.4.7.

указать плюс и минус!

При этом используются все три клеммы. Напряжение питания U подается к концам обмотки всего реостата. Далее снимается и подается потребителю напряжение U 1 , которое составляет лишь часть величины U, приблизительно пропорциональную сопротивлению реостата между точками в и с, т.е.

;
(4.7)

Изменяя положение движка С, можно менять снимаемое напряжение U 1 , приближаясь либо к U (точка С совпадает с а), либо к нулю (точка с совпадает с в).

Характеристики сопротивлений

Для каждого резистора должны быть известны его электрические параметры, определяющие рациональные условия его эксплуатации. Таковыми являются: значение электрического сопротивления R и предельно допустимая величина тока. При превышении тока выделяющаяся в резисторе энергия может привести к его перегреву в каком-либо участке, расплавлению, а следовательно разрыву цепи.

Для реостатов с подвижным контактом указывают величину сопротивления всей обмотки и предельный ток.

Для радиотехнических резисторов указывают величину сопротивления и максимальную рассеиваемую мощность.

Характеристики источников тока

Каждый источник тока имеет следующие характеристики, определяющие условия его рационального использования: электродвижущая сила, или ЭДС  и внутреннее сопротивление r.

Электродвижущая сила источника тока  - это величина, измеряемая отношением работы, затрачиваемой сторонними силами на перемещение заряда по замкнутой цепи, к величине этого заряда, т.е.:

(4.8)

ЭДС измеряется в вольтах (В).

Внутреннее сопротивление источника r определяет проводящие свойства той среды, которая имеется внутри источника.

Закон Ома для замкнутой цепи.

Замкнутая цепь содержит: источник тока, сопротивления (потребители тока), прибора, контролирующие характеристики тока, провода, ключ. Примером может служить цепь, приведенная на рис.4.5. По отношению к источнику тока можно выделит внешнюю цепь, содержащую элементы, находящиеся вне данного источника, если проследить за током от одной его клеммы до другой, и внутреннюю, к которой относят проводящую среду внутри источника обозначим сопротивление внешней цепи через R, внутреннее сопротивление источника г. Тогда ток в цепи определяется по закону Ома для замкнутой цепи, который гласит, что ток в замкнутой цепи прямо пропорционален величине ЭДС  - обратно пропорционален сумме внутреннего и внешнего сопротивления цепи, т.е.

(4.9)

Из этого закона вытекают следующие частные случаи:

1) Если R стремится к нулю (т.е. R << r), то ток i стремится к максимально возможному значению
, называемому током короткого замыкания. Этот ток опасен для источников, поскольку вызывает перегрев источника и необратимые изменения проводящей среды внутри него.

2) Если R стремится к бесконечно большой величине (т.е. при условии, что R >> r) ток i уменьшается и падение напряжения внутри источника ir становится

намного меньше iR , следовательно
. Значит, величину ЭДС источника можно практически измерить с помощью вольтметра, присоединенного к клеммам источника при условии, что сопротивление вольтметра R v >> r при разомкнутой внешней цепи.

Правила Кирхгофа для разветвленных цепей

Разветвленной считают цепь, в которой можно выделить два или более узла. Узлом называется точка, в которой сходятся более чем два проводника (рис. 4.8, точки 3; 6). К таким цепям применимы правила Кирхгофа, позволяющие провести полный расчет цепи, т.е. определить токи в каждом проводнике.

иправить r3

Первое правило Кирхгофа гласит: алгебраическая сумма токов, сходящихся в узле, равна нулю, т.е.
.

При этом токи, текущие к узлу, берутся со знаком плюс, а токи, текущие от узла - со знаком минус, или наоборот.

Второе правило Кирхгофа гласит: в любом замкнутом контуре, ПРОИЗВОЛЬНО выбранном в разветвленной цепи проводников, алгебраическая сумма произведений сил токов на сопротивления соответствующих участков цепи равна алгебраической сумме ЭДС в этом

контуре, т.е.

Для составления уравнений по второму правилу Кирхгофа необходимо иметь в виду следующие правила:

1. Произвольно выбирается направление обхода контура (по часовой стрелке или против).

2. Произвольно выбираются и обозначаются направления токов во всех участках цепи, причем в пределах одного участка (т.е. между соседними узлами) ток сохраняется как по величине, так и по направлению.

3. Если выбранное направление обхода контура совпадает с направлением тока, то произведение тока на сопротивление i k R k берется со знаком "плюс", и наоборот.

4. Перед ЭДС  k ставится знак "плюс", если при обходе контура идем внутри источника от отрицательного полюса к положительному, т.е. если на пути обхода контура потенциал возрастает.

Покажем применение правил Кирхгофа на примере цепи, приведенной на рис.4.8. Направление токов показано на чертеже. На основе 1-го правила Кирхгофа для узла 3 имеем:
. На основе 2-го правила Кирхгофа для контура 12361 можно записать: , а для контура 34563 можно записать:. Если известны сопротивления участков цепиr x R x и включенные в них ЭДС  k , то приведенная система 3-х уравнений позволяет рассчитать токи, текущие в отдельных проводниках.

Правила Кирхгофа применимы не только для цепей постоянного тока. Они справедливы и для мгновенных значений тока и напряжения цепей, в проводниках, которых электрическое поле изменяется сравнительно медленно. Электромагнитное поле распространяется по цепи со скоростью, равной скорости света с. Если длина цепи l , то до самой отдаленной точки цепи ток дойдет за время t = l/c. Если за это время ток изменяется незначительно, то мгновенные значения тока практически по всей цепи будут одинаковыми и могут, следовательно, описываться законами, справедливыми для постоянных токов. Токи, удовлетворяющие такому условию называются квазистационарными (как бы постоянными). Для изменяющихся токов условие квазистационарности имеет вид:

; t << T (4.10)

где Т - период изменения тока. Это условие выполняется при зарядке и разрядке конденсатора и для переменных токов промышленной частоты. Поэтому к ним применимы правила Кирхгофа.

Анализ распределения энергии при работе источника постоянного тока

Пусть источник постоянного тока имеет ЭДС  и внутреннее сопротивление r и замкнут на сопротивление внешней нагрузки R .

Проанализируем несколько величин, характеризующих распределение энергии при работе источника постоянного тока.

а) Затраченная источником мощность Р.

Работа, совершаемая сторонними силами в замкнутой цепи по перемещению заряда dq , равна:

(4.11)

Исходя из определения, мощность, развиваемая сторонними силами в источнике, равна:

(4.12)

Эта мощность расходуется источником во внешней и внутренней по отношению к источнику частях цепи.

Используя закон Ома для замкнутой цепи, можно затраченную мощность представить в виде:

(4.13)

Если сопротивление нагрузки R уменьшается, стремясь к нулю, то
. ЕслиR увеличивается, стремясь в бесконечность, то
. График зависимости затраченной сторонними силами мощности Р от величины внешнего сопротивления R показан на рис.4.9 кривой 1.

б) Полезная мощность P пол.

Полезной по отношению к источнику мощностью P пол считают мощность, расходуемую источником во внешней цепи, т.е. на внешней нагрузке. Она равна:

Пользуясь законом Ома для замкнутой цепи, Рпол можно представить в виде.

(4.15)

Если R уменьшается, стремясь к нулю, то Р пол тоже стремится к нулю. Если R увеличивается, стремясь в бесконечность, то знаменатель увеличивается быстрее числителя в (4.15). Поэтому при R
, стремится к нулю. В этом случае между крайними значениями Р пол возможно существование максимального значения. Для нахождения P пол, max найдем первую производную по R выражения Р пол и приравняем ее нулю:

(4.16)

Таким образом, при сопротивлении внешней цепи R, равном сопротивлению внутренней цепи r, полезная мощность источника тока имеет максимальное значения, которое может быть найдено по формуле:

График зависимости P пол = f (R ) показан на рис.4.9 кривой 2.

в) Величина коэффициента полезного действия цепи  источника тока согласно определения равна:

(4.17)

При R  0, величина  0, при R
, величина  100%. В последнем случае P пол стремится к нулю, и такие режимы работы источника не представляют практического интереса. График зависимости КПД  источника тока от величины нагрузки R показан на рис.4.9 кривой 3.

перерис.

РАБОТА №60

ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЙ С ПОМОЩЬЮ МОСТА ПОСТОЯННОГО ТОКА

Цель работы: ознакомиться с принципом работы мостовой схемы; произвести измерение нескольких резисторов; проверить законы параллельного и последовательного соединения резисторов.

Приборы и принадлежности: источник постоянного тока, магазин сопротивлений, нуль-гальванометр, набор измеряемых сопротивлений, ключ, провода, реохорд.

Простейший мост постоянного тока содержит элементы, представленные на рис.60.1, где R x - измеряемое сопротивление; R 1 и R 2 - два плеча реохорда.

перерис всё!

Реохорд представляет собой металлическую проволоку, намотанную на непроводящий каркас, по которой может перемещаться скользящий контакт. Обозначим сопротивление части реохорда от одного его конца до скользящего контакта через, R 1 (R АД =R 1). Тогда сопротивление оставшейся части реохорда будет R 2 (R ДБ =R 2). При перемещении подвижного контакта Д реохорда изменяется величина и направление тока в нуль - гальванометре Г.

Выведем формулу для определения R x . Обозначим ток, текущий по R x через i x по R 0 через i 0 , ток через гальванометр Г - через i Г токи через R 1 и R 2 - через i 1 и i 2 . Их направления могут быть выбраны произвольно, например так как указано на рис.60.1.

На основании 1-го закона Кирхгофа для узлов С и Д имеем:

(C)

(Д)
(60.1)

На основании 2-го закона Кирхгофа для контуров АСДА и ДСВД имеем:

Изменяя положение движка Д реохорда, можно добиться, что г"г станет равна нулю. Тогда уравнения (60.1) можно записать в виде:
;
. Откуда i x =i 0 ,а i 2 =i 4 . Это состояние места называется уравновешенным. При равновесии моста постоянного тока формулы (60.2) имеют вид:

(60.3)

Перенеся в (60.3) отрицательные слагаемые вправо и почленно разделив, имеем:

(60.4)

Учтем, что R 1 и R 2 выполнены из однородной проволоки, удельное сопротивление которой , поперечное сечение по всей длине одинаково равно s. Длины частей реохорда R 1 и R 1 соответственно равны l 1 и l 2 . Тогда вместо (60.4) имеем:

;
(60.5)

Таким образом, добившись равновесия моста постоянного тока, замечают величину сопротивления R 0 и измеряют длины l 1 и l 2 реохорда, затем рассчитывают R x по формуле (60.5).

Описание установки

Мост постоянного тока собран согласно схеме рис.60.1 и укреплен на вертикальной панели у рабочего стола. Питание схемы осуществляется от общего выпрямителя и подается от щитка к рабочей панели. Сопротивление R o представляет собой магазин сопротивлений. Сопротивление R x выполнено в виде набора нескольких сопротивлений неизвестной величины, которые проводами могут присоединяться к схеме как по отдельности, так и соединные либо параллельно, либо последовательно. Реохорд АДБ прикреплен к рабочей панели с внутренней стороны. На наружной стороне панели показан указатель положения движка реохорда, способный перемещаться по шкале с равномерно нанесенными крупными и мелкими делениями, так что длина частей реохорда пропорционально числу делений от начала шкалы до движка и числу делений от движка до конца шкалы.

Порядок выполнения работы

1.Ознакомившись с деталями схемы и шкалами приборов (нуль-гальванометр, реохорд, магазин сопротивлений), подключают с помощью проводов одно из неизвестных сопротивлений R x 1 из набора к схеме моста.

2. На электрощите включают питание рабочей панели. Устанавливают движок реохорда посередине, т.е. количество делений шкалы реохорда, соответствующее длинам l 1 и l 2 , должно быть одинаковым (равноплечный реохорд). В магазине сопротивлений R o устанавливаем какое-либо сопротивление (200-300 Ом). Кратковременно замыкают ключ К, следя за показанием нуль-гальванометра. Изменяя сопротивление r 0 магазина, следят за отклонением стрелки нуль-гальванометра и добиваются, чтобы его стрелка установилась на нуле. Затем записывают в таблицу величину R o в омах и количество делений, соответствующее длинам плеч l 1 и l 2 реохорда.

3. Изменяют положение движка Д реохорда в ту или иную сторону на один-два крупных деления. Следует избегать сильно различающихся длин l 1 и l 2 например l 1 =0.9l 2 , т.к. это может привести к потери точности измерения R x . Необходимо помнить, что положение движка должно соответствовать целому числу крупных делений, характеризующих l 1 и l 2 . Измерения R x при неравноплечном реохорде выполняют два раза, устанавливая разные длины l 1 и l 2 , один раз l 1 > l 2 , второй раз l 1 < l 2 . Результаты заносят в таблицу.

4.Вместо первого сопротивления R x 1 включают другое R x 2 , из набора сопротивлений. С ним проводят измерения, аналогично описанным в п.2 и п.3., и результаты заносят в таблицу.

5.Соединяют сопротивления R x 1 и R x 2 последовательно, а затем параллельно и трижды определяют их общее сопротивление при каждом соединении так, как описано в п.2, п.3 и п.4.

6. Проводят оценку погрешностей измерения сопротивлений (относительная и абсолютная).

7. Используя средние значения R x 1 и R x 2 из таблицы, рассчитывают общее сопротивление при последовательном соединении R посл и при параллельном R пар. Проводят анализ полученных результатов.

Измеряем сопротивл			l 1 ,	l 2 ,					,	R=R x ср  R x ср,
сопротивл сопротивл
Сопротивления R x 1 соединенные последовательно
Сопротивления R x 1 И R x 1 соединенные параллельно

Вопросы для допуска к работе

1. Какие элементы содержит простейший мост постоянного тока для измерения сопротивления? Перечислите и укажите их на рабочей панели.

2. Что означает "уравновешенный" мост?

3. Какими способами можно добиться равновесия моста?

4. Сколько раз необходимо измерять каждое из неизвестных сопротивлений?

5. Какие соединения двух сопротивлений исследуются в данной работе?

6. Где надо установить движок реохорда, чтобы мост был разноплечным? Какие длины плеч l 1 и l 2 целесообразно еще использовать?

Вопросы для сдачи работы.

1. Нарисуйте схему простейшего моста постоянного тока. Охарактеризуйте назначение элементов схемы.

2. Выведите и объясните расчетную формулу для определения неизвестного сопротивления R x .

3. Законы Кирхгофа для разветвленных цепей.

4. От чего зависит сопротивление металлического проводника. Что показывает удельное сопротивление и от чего оно зависит?

5. Законы параллельного и последовательного сопротивления проводников.

6. Объяснение порядка выполнения работы.

7. Обсуждение полученных результатов.

Литература:

Стр.99-100, 103-105; - стр.157-159.

РАБОТА №63

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОЩНОСТИ И КПД ИСТОЧНИКА ПОСТОЯННОГО ТОКА.

Цель работы: опытным путем изучить зависимость полезной мощности и КПД источника постоянного тока от величины сопротивления внешней цепи (сопротивления нагрузки).

Приборы и принадлежности: источник постоянного тока, миллиамперметр, вольтметр, два магазина сопротивлений, два ключа, провода.

Описание установки

Схема для реализации поставленной выше цели представлена на рис.63.1. Источником служит выпрямитель ИПТ.

Последовательно с выпрямителем соединяется декадный магазин сопротивлений R o , который можно рассматривать как добавочное внутреннее сопротивление источника, так как собственное сопротивление выпрямителя не велико (8 Ом). Второй декадный магазин сопротивлений R является внешним сопротивлением по отношению к источнику тока, т.е. сопротивлением нагрузки источника. Миллиамперметр mА позволяет измерить ток во внешней цепи при разных значениях R. Вольтметр V измеряет напряжение на внешней цепи источника. Ключ К 1 позволяет определить с помощью вольтметра величину ЭДС источника при разомкнутой внешней цепи, т.е. при разомкнутом ключе К 2 .

Величина R o задается преподавателем и при выполнении работы не изменяется. Величина R внешнего сопротивления может изменять произвольно, но необходимо использовать несколько значений R , меньших R o , обязательно - величину R, равную R o и несколько значений R, больших R o . Интервал между значениями R (при R > R o ) должен быть порядка 100-150 Ом.

Порядок выполнения

1.Собирают схему согласно рисунку 63.1 (или проверяют ее если собрана). Знакомятся со шкалами измерительньк приборов (декадные магазины сопротивлений, вольтметр, миллиамперметр). Определяют цены делений используемых приборов.

2. Включают выпрямитель в сеть с напряжением 220 В и тумблер на панели выпрямителя. В магазине R o устанавливают сопротивление порядка 100-150 Ом, замыкают ключ К 1 (ключ К 2 при этом разомкнут) и с помощью вольтметра определяют величину ЭДС выпрямителя, записываю ее в таблицу.

3.Замыкают оба ключа K 1 и К 2 . Изменяя внешнее сопротивление R , снимают показания вольтметра и миллиамперметра и заносят их в таблицу. Величина R изменяется 10 раз, из них по крайней мере 3 значения должны быть меньше R 0 .

4. Рассчитывают значения полезной мощности Р пол и коэффициента полезного действия по формулам

,
(63.1)

Строят графики зависимости  и P пол от величины внешней нагрузки R, т.е. =f(R); используют миллиметровую бумагу.

5. Проводят анализ полученных результатов. Рассчитывают максимальное значение полезной мощности при данном R o по формуле P пол, max = E 2 /4 R 0

Вопросы для допуска к работе

1. Какие элементы должна содержать схема для выполнения работы?

2. Для чего служит декадный магазин сопротивления R 0 ? Изменяется ли его сопротивление при выполнении работы? Каким оно должно быть?

3. Назовите цены делений используемых вольтметра и амперметра.

4. Как определить величину ЭДС источника для данной схемы?

5. Объясните порядок выполнения работы.

Вопросы для сдачи работы

1. Какую величину называют полезной мощностью по отношению к источнику? Как ее можно определить?

2. Вывести условие, при котором полезная мощность источника принимает максимальное значение?

3. Нарисовать и пояснить график зависимости полезной мощности от величины сопротивления внешней цепи.

4. Какая величина называется коэффициентом полезного действия источника тока?

5. Какова зависимость КПД источника тока от величины внешней нагрузки? При каком условии КПД источника становится максимальным?

6. Нарисуйте схему по которой выполняется работа. Объясните назначение элементов схемы.

7. Каково должно быть сопротивление внешней цепи, чтобы КПД стал равен 75%? Внутреннее сопротивление источника считать известным и равным 12 Ом.

8. Каково максимальное значение полезной мощности источника тока? От чего оно зависит?

9. Анализ полученных результатов и оценка погрешностей определения КПД и полезной мощности источника.

Литература: - стр.163-165.

РАБОТА №64

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭДС ИСТОЧНИКА ТОКА МЕТОДОМ КОМПЕНСАЦИИ

Цель работы: изучить компенсационный метод измерения ЭДС;

проверить законы параллельного и последовательного источников с одинаковым значением ЭДС.

Приборы и принадлежности: источник постоянного тока, нормальный элемент Вестона, нуль-гальванометр, сухие элементы - 2 шт., 2 ключа, реохорд, провода.

Обоснование метода измерений.

Метод компенсации применяется для определения ЭДС источников или разностей потенциалов, небольших по величине. Сущность этого метода можно понять, анализируя работу схемы, приведенной на рис.64.1.

Источник с ЭДС E 0 питает током реохорд АВ. Источник с ЭДС Е 1 присоединен к части реохорда между точками А и М. Необходимо, чтобы источники тока были соединены к точке А приведенной схемы одноименными полюсами, т.е. навстречу друг другу. Величина Е 0 должна быть больше Е 1 , а внутреннее сопротивление источников тока должно быть гораздо меньше сопротивления реохорда АВ. Обозначим сопротивление части реохорда от конца А до движка М через R AM . Тогда сопротивление оставшейся части будет R MB . Сопротивление всего реохорда, т.е. R AB =R AM +R MB остается неизменным при любом положении движка М. Ток, текущий от В до М, обозначим через i ток, текущий от М до А, - через I ’ , ток, даваемый источником Е 1 - через i 1 .

Установим условия, при которых ток в гальванометре Г станет равным нулю.

Согласно 1-ому закону Кирхгофа для узла А имеем: i ’= i ’’+ i ,

Cогласно 2-му закону Кирхгофа для контуров АСДВА и АFКМА:

где r 0 и r 1 - внутренние сопротивления источников Е 0 и Е 1 cоответственно; R Г -сопротивление нуль-гальванометра.

Перемещая подвижной контакт М, можно добиться, что ток в гальванометре i 1 cтанет равным нулю. Тогда i = i ’ , а равенства (64.1) примут вид:

(64.2)

Отсутствие тока в цепи гальванометра означает, что ЭДС источника тока  равна разности потенциалов между токами А и М реохорда. В этом случае можно также сказать, что ЭДС  уравновешена падением потенциала (отсюда название метода).

Разделив в (64.2) одно равенство на другое, получим:

;
(64.3)

Если вместо  1 включить другой источник тока с  2 то для того, чтобы ток в цепи гальванометра стал равен нулю, необходимо движок М передвинуть в другое положение М". Тогда аналогично (64.2) и (64.3) получим:

(64.4)

(64.5)

Поделив левые и правые части равенств (64.3) и (64.5), получим:

(64.6)

Таким образом, если добиться компенсации с начала для известной ЭДС  1 , а затем для неизвестной для ЭДС  2 и определить величину отношения R AM / R AM ? то можно найти величину неизвестной  2 по формуле (64.6).

Отметим, что отношение сравниваемых ЭДС источников не зависит от их внутренних сопротивлений, и от других сопротивлений схемы, а определяется только сопротивлениями участка реохорда, к которому подключаются сравниваемые источники с  1 и  2 .

Т.к. для реохорда берется калиброванная проволока, сопротивление которой R=l/s, то отношение участков сопротивлений R AM и R AM ’ можно заменить отношением длин l AM и l AM ’ этих участков. В этом случае расчетная формула для определения неизвестной ЭДС примет вид:

(64.7)

Описание установки.

Схема для определения ЭДС источника методом компенсации представлена на рис.64.2.

Согласно этой схеме собрана установка, укрепленная на вертикальной панели у рабочего стола. Питание схемы осуществляется от его выпрямителя и подается от щитка (12В) к рабочей панели. Реохордом АВ является ползунковый реостат, к движку М которого присоединен нуль-гальванометр Г. Для включения ЭДС питания  0 и нуль-гальванометра служит ключ К 1 . Перекидной ключ K 2 позволяет включать в цепь нуль-гальванометра либо источник с эталонной ЭДС  1 , либо источник, величину ЭДС  2 которого надо определить. Эталонным источником является нормальный элемент Вестона. Вместо  2 можно включить батарею, состоящую из двух сухих элементов, соединенных проводами сначала последовательно, затем параллельно.

Порядок выполнения работы

1. Ознакомившись с деталями схемы и шкалами приборов (нуль-гальванометр, реохорд), замыкают ключ К 2 на эталонный элемент  1 . Затем замыкают ключ К 1 и передвигают движок М реохорда, добиваясь полного отсутствия тока в цепи гальванометра. Ток в цепи следует замыкать на очень короткое время, достаточное для наблюдения за показаниями нуль-гальванометра.

2. Измеряют длину l AM плеча AM реохорда (до середины ползунка М). Измерения длины плеча AM производят три раза и вычисляют его среднее значение.

3. Перебрасывают рубильник K на исследуемый элемент  2 и определяют длину l AM плеча AM" реохорда, при которой наступает компенсация неизвестной ЭДС  2 .

4. Подключают вместо  2 с помощью проводов другой исследуемый источник  3 и определяют его ЭДС аналогично п.3. Результаты заносят в таблицу.

5. Соединяют источники  2 и  3 последовательно, затем параллельно и определяют общую ЭДС полученной батареи источников аналогично п.3 и п.4. Результаты заносят в таблицу.

6. Проводят оценку погрешностей (абсолютная и относительная) при измерении ЭДС методом компенсации. Проводят анализ полученных результатов.

Вопросы для допуска к работе.

1. Какие элементы содержит схема для определения ЭДС источника постоянного тока методом компенсации? Перечислите и укажите их на рабочей панели.

2. Почему метод измерения называется "метод компенсации"? Что чем компенсируется?

3. Как узнать, достигнута ли компенсация? Как можно добиться состояния компенсации?

4. Какие величины необходимо практически измерить для последующего расчета ЭДС?

5. Какие соединения двух неизвестных источников тока используются в этой работе?

Вопросы для сдачи работы.

1. Какая величина называется электродвижущей силой (ЭДС) источника тока? В каких единицах она измеряется?

2. К каким характеристикам источника целесообразно отнести ЭДС: силовым или энергетическим?

3. В чем состоит сущность метода компенсации?

4. Какие ограничения накладываются на характеристики используемых источников тока?

5. Выведите и объясните расчетную формулу для определения ЭДС методом компенсации.

6. Законы при последовательном и параллельном соединении источников тока.

7. Законы Кирхгофа для разветвленных цепей.

8. Объясните порядок выполнения работы.

9. Обсуждение полученных результатов.

Литература:

Стр.202-203; 205-207.

РАБОТА №65

ГРАДУИРОВАНИЕ ВОЛЬТМЕТРА

Цель работы: ознакомление с работой прибора магнитоэлектрической системы и принципами градуирования вольтметра.

Приборы и принадлежности: источник постоянного тока, рабочий вольтметр, испытуемый вольтметр, ключ, два магазина сопротивлений, провода.

Обоснование метода измерений.

Проградуировать прибор - это установить соотношение между делениями шкалы прибора и значения величин, отсчитываемыми по той шкале.

Градуировка вольтметра означает определение соотношения между числом делений по шкале, на которое отклонилась стрелка вольтметра, и напряжением на его клеммах.

Градуировку вольтметра проводят, пользуясь схемой, показанной на рис.65.1.