Rheòstats: Materials, Construcció i Aplicacions
Un reòstat és un tipus de resistor variable que pot ajustar la corrent elèctrica o la tensió en un circuit elèctric. Els reòstats es fan servir sovint com a dispositius de control de potència, com ara controlant la velocitat d'un motor elèctric, la brillantor d'una llum, o la temperatura d'un forn elèctric. També es fan servir per mesurar tensions desconegudes o diferències de potencial equilibrant-les amb ones conegudes.
Què és un reòstat?
Un reòstat es defineix com un dispositiu que pot variar la resistència en un circuit elèctric canviant la posició d'un punt de contacte al llarg d'un element resistiu.
L'element resistiu pot ser un fil metàl·lic, una barra de carboni, o una solució líquida. El punt de contacte pot ser un terminal deslizant, una maneta giratòria, o un braç netejador.
La resistència d'un reòstat depèn de la longitud i l'àrea transversal de l'element resistiu, així com del material del qual està fet. La resistència es pot calcular utilitzant la fórmula:
on R és la resistència, ρ és la resistivitat del material, l és la longitud de l'element resistiu, i A és l'àrea transversal.
La corrent a través d'un reòstat es pot controlar desplaçant el punt de contacte més a prop o més lluny d'un extrem de l'element resistiu. Quan el punt de contacte està més a prop d'un extrem, la resistència és més baixa i la corrent més alta. Quan el punt de contacte està més lluny d'un extrem, la resistència és més alta i la corrent més baixa.
Com es construeixen els reòstats?
Els reòstats es poden construir de diferents maneres depenent de les seves aplicacions i especificacions. Alguns tipus comuns de reòstats són:
Reòstats bobinats: Aquests es fan enrotllant un fil llarg de material de gran resistivitat al voltant d'un nucli aïllat, com ceràmica o plàstic.
El fil es pot enrotllar en forma espiral o helicoidal. Un terminal deslizant o una maneta giratòria poden moure's al llarg del fil per canviar la resistència. Els reòstats bobinats són adequats per a corrents altes i tensions baixes.
Reòstats de carboni: Aquests es fan utilitzant una barra o placa de carboni com a element resistiu. Un braç netejador es pot moure al llarg de la superfície de carboni per canviar la resistència. Els reòstats de carboni són adequats per a corrents baixes i tensions altes.
Reòstats líquids: Aquests es fan utilitzant una solució líquida conductora, com aigua salada o àcid, com a element resistiu. Dos electrodes es sumergen en el líquid i es connecten a la font d'energia i a la càrrega. La distància entre els electrodes es pot variar per canviar la resistència. Els reòstats líquids són adequats per a corrents molt altes i tensions baixes.
Quins materials es fan servir per als reòstats?
Els materials utilitzats per als reòstats haurien de tenir una alta resistivitat, una alta temperatura de treball, una alta resistència a la corrosió, una força mecànica adequada, ductilitat adequada, i un cost baix. Alguns materials comuns utilitzats per als reòstats són:
Platí: El platí és un metall noble que té una resistivitat molt alta i un punt de fusió elevat. També té una alta resistència a l'oxidació, una alta ductilitat, una bona força mecànica i una bona estabilitat a la temperatura i a l'estressament mecànic. No obstant això, el platí és molt car i escàs, així que el seu ús en enginyeria elèctrica està limitat a furnals de laboratori, termòmetres de resistència, i alguns reòstats.
Constantan: El constantan és una alliota de cobre-níquel que té un coeficient de temperatura de resistència baix, volent dir que la seva resistivitat roman constant en un ampli rang de temperatures. També té una alta resistència a l'oxidació, una bona força mecànica i una bona estabilitat a la temperatura i a l'estressament mecànic. El constantan es fa servir ampliament per a connexions elèctriques en instruments, com a resistors de derivació, resistors en sèrie, resistors de pantà, resistors estàndard, i reòstats.
Nichrom: El nichrom és una alliota de níquel-crom que té una resistivitat i punts de fusió alts. També té una alta resistència a l'oxidació i a la corrosió, una bona força mecànica i una bona ductilitat. El nichrom es fa servir ampliament per a elements de calor i reòstats bobinats.
Quines són algunes aplicacions dels reòstats?
Els reòstats tenen moltes aplicacions en diversos camps de l'enginyeria i la ciència. Algunes exemples són:
Control de potència: Els reòstats es poden utilitzar per controlar la potència de sortida de dispositius com motors elèctrics, llums, forns, etc. Variant la resistència d'un reòstat en sèrie amb un dispositiu, es pot ajustar la tensió o la corrent que se li proporciona.
Divisor de tensió: Els reòstats es poden utilitzar per dividir una font de tensió en fraccions més petites connectant-los en sèrie entre si. Variant la resistència d'un o més reòstats en un circuit divisor de tensió, es poden obtenir diferents tensions de sortida.
Potenciòmetre: Els reòstats es poden utilitzar per mesurar una tensió o diferència de potencial desconeguda equilibrant-la amb una coneguda. Un potenciòmetre és un tipus de reòstat que té tres terminals: un connectat a un extrem fix de l'element resistiu, un connectat a un punt de contacte variable al llarg d'aquest, i un connectat a un circuit extern. Ajustant la posició del punt de contacte fins que no hi ha corrent a través d'ell (és a dir, quan les dues tensions són iguals), es pot determinar la tensió desconeguda.
Girga de deformació: Els reòstats es poden utilitzar per mesurar la deformació (és a dir, la deformació) en materials canviant la seva resistència quan estan subjectes a estrès (és a dir, força). Una girga de deformació és un tipus de reòstat que té dos terminals connectats a extrems oposats d'una folla metàl·lica fina que s'adjunta a un objecte sotmès a estrès. Com l'objecte es deforma degut a l'estrès, també ho fa la folla; això canvia la seva longitud i àrea transversal (i, per tant, la seva resistència). Mesurant aquest canvi de resistència utilitzant un circuit elèctric (com el
