§ 43. Реостаты

электротехнический прибор, электрическое сопротивление которого можно изменять, служащий для регулирования силы тока и напряжения в электрической цепи:

• 1. Принцип действия — основан на фундаментальной зависимости электрического сопротивления проводника от его длины ($R = \frac{\rho l}{S}$). При перемещении подвижного контакта меняется длина включённого в цепь участка проводника, что приводит к изменению сопротивления и силы тока в цепи по закону Ома ($I = \frac{U}{R}$).
• 2. Материал обмотки — для изготовления реостатов используют проволоку из сплавов с высоким удельным сопротивлением $\rho$ (никелин, константан, нихром), что позволяет достигать больших значений сопротивления при компактных размерах прибора.

лабораторный и технический прибор для плавного регулирования силы тока, состоящий из изолирующего каркаса, проволочной обмотки, металлического направляющего стержня и подвижного скользящего контакта:

• 1. Конструктивные элементы — полый керамический (фарфоровый) цилиндр, на который плотно намотана нихромовая или никелиновая проволока; металлический стержень над цилиндром; ползунок с контактными пластинами; контактные клеммы подключения на изолирующей подставке.
• 2. Межвитковая изоляция — витки проволоки изолированы друг от друга тонким слоем оксидной плёнки (окалины). Пружинящие контакты ползунка при трении сдирают слой окалины в линии соприкосновения, обеспечивая электрический контакт между стержнем и витками обмотки.
• 3. Путь тока в реостате — от одной из клемм (например, верхней) ток идёт по металлическому стержню к ползунку, через контакт переходит на витки проволоки и по ним направляется к нижней клемме (или в обратном направлении).

предельные допустимые эксплуатационные величины, нанесённые на щитке корпуса прибора:

• 1. Максимальное сопротивление ($R_{\text{max}}$) — наибольшее сопротивление обмотки реостата при полном введении всех её витков в цепь (измеряется в омах, $\text{Ом}$).
• 2. Допустимая сила тока ($I_{\text{доп}}$) — максимальное значение силы тока, при котором обмотка не перегревается выше критической температуры и оксидная изоляция не разрушается (измеряется в амперах, $\text{А}$).

прямоугольник резистора со стрелкой, символизирующей регулируемый подвижный контакт (ползунок).

Реостат предназначен для плавного или ступенчатого регулирования силы тока и напряжения в электрической цепи. Согласно закону Ома для участка цепи ($I = \frac{U}{R}$), при неизменном напряжении источника питания изменение сопротивления цепи с помощью реостата позволяет изменять силу тока, тем самым управляя режимом работы потребителей электроэнергии (например, регулировать накал осветительных ламп, частоту вращения вала электродвигателей, громкость динамиков, температуру нагревательных приборов).

Устройство ползункового реостата (по рис. 105, а учебника):

• 1. Керамический цилиндр — термостойкая изолирующая основа, на которую в один слой плотно намотана металлическая проволока.
• 2. Обмотка — проволока из материала с высоким удельным сопротивлением (никелин или нихром). Поверхность проволоки покрыта тонким слоем непроводящей окалины, которая изолирует соседние витки друг от друга, предотвращая межвитковое короткое замыкание.
• 3. Металлический стержень — неподвижная направляющая, закреплённая над цилиндром параллельно его оси.
• 4. Ползунок — подвижная каретка, охватывающая стержень. Снизу к ползунку прижаты упругие медные контакты, которые при перемещении ползунка соскабливают окалину на проволоке в месте прижатия и создают надёжный электрический контакт между стержнем и витками обмотки.
• 5. Клеммы подключения — ток подводится к верхней клемме на металлическом стержне, проходит через ползунок в проволоку и выходит через нижнюю клемму, соединённую с концом обмотки (или наоборот). Конструкция закреплена на изолирующей подставке.
• 6. Условное обозначение на электрических схемах — реостат изображается прямоугольником (символ резистора), сверху к которому подходит стрелка подвижного контакта (или стрелка пересекает прямоугольник под углом).

Электрическое сопротивление проводника прямо пропорционально его удельному сопротивлению $\rho$ и длине $l$ и обратно пропорционально площади поперечного сечения $S$:

$$R = \frac{\rho l}{S}$$

Если бы обмотку реостата изготавливали из проводников с низким удельным сопротивлением (например, из меди с $\rho = 0{,}017\text{ }\frac{\text{Ом} \cdot \text{мм}^2}{\text{м}}$ или алюминия с $\rho = 0{,}028\text{ }\frac{\text{Ом} \cdot \text{мм}^2}{\text{м}}$), то для получения необходимого сопротивления (десятки и сотни ом) потребовался бы провод огромной длины (сотни метров или километры). Реостат получился бы чрезмерно громоздким, тяжёлым и непригодным для практики. Применение нихрома ($\rho = 1{,}1\text{ }\frac{\text{Ом} \cdot \text{мм}^2}{\text{м}}$) или никелина ($\rho = 0{,}4\text{ }\frac{\text{Ом} \cdot \text{мм}^2}{\text{м}}$) позволяет получить компактный прибор с необходимым рабочим сопротивлением при небольшой длине намотки.

На заводском щитке (корпусе) реостата всегда указывают допустимые паспортные значения для двух величин:

• 1. Максимальное электрическое сопротивление (в омах, $\text{Ом}$) — показывает наибольшее сопротивление, которое реостат может ввести в электрическую цепь при крайнем рабочем положении ползунка.
• 2. Допустимая (наибольшая) сила тока (в амперах, $\text{А}$) — предельный ток, который может длительно протекать через проволоку реостата без опасного перегрева, разрушения изолирующего слоя окалины и расплавления витков.