Potentiometer: Materialer, Konstruktion og Anvendelser

En rheostat er en type variabel resistor, der kan justere strømmen eller spændingen i et elektrisk kredsløb. Rheostater bruges ofte som strømstyringsenheder, såsom kontrol af hastigheden på en elektrisk motor, lysstyrken på en pære eller temperaturen i en elektrisk ovn. Rheostater bruges også til at måle ukendte spændinger eller potentiaforskelle ved at opveje dem med kendte.

Hvad er en Rheostat?

En rheostat defineres som en enhed, der kan variere modstanden i et elektrisk kredsløb ved at ændre positionen af et kontakt punkt langs en modstands element.

Modstands elementet kan være en metal tråd, en kulrod eller en væskeløsning. Kontakt punktet kan være en glidende terminal, en roterende knap eller en visarm.

Modstanden hos en rheostat afhænger af længden og tværsnittets areal af modstands elementet, samt det materiale, det er lavet af. Modstanden kan beregnes ved hjælp af formlen:

hvor R er modstanden, ρ er modstandskraften af materialet, l er længden af modstands elementet, og A er tværsnittets areal.

Strømmen gennem en rheostat kan kontrolleres ved at flytte kontakt punktet tættere på eller længere væk fra en ende af modstands elementet. Jo tættere kontakt punktet er på en ende, jo lavere er modstanden og jo højere er strømmen. Jo længere væk kontakt punktet er fra en ende, jo højere er modstanden og jo lavere er strømmen.

Hvordan konstrueres Rheostater?

Rheostater kan konstrueres på forskellige måder afhængigt af deres anvendelsesområder og specifikationer. Nogle almindelige typer rheostater er:

• Trådindviklede rheostater: Disse er lavet ved at vinde en lang tråd af højmodstands materiale omkring en isolerende kerne, såsom keramik eller plastik.

  

• Tråden kan vindes i en spiral eller helikal form. En glidende terminal eller en roterende knap kan bevæge sig langs tråden for at ændre modstanden. Trådindviklede rheostater er egnet til høje strømme og lave spændinger.

• Kul rheostater: Disse er lavet ved at bruge en kulrod eller plade som modstands element. En visarm kan bevæge sig langs kuloverfladen for at ændre modstanden. Kul rheostater er egnet til lave strømme og høje spændinger.

• Væskerheostater: Disse er lavet ved at bruge en ledende væskeløsning, såsom saltvand eller syre, som modstands element. To elektroder er dyrket ned i væsken og forbundet til strømforsyningen og lasten. Afstanden mellem elektroderne kan variere for at ændre modstanden. Væskerheostater er egnet til meget høje strømme og lave spændinger.

Hvilke materialer bruges til Rheostater?

Materialerne, der bruges til rheostater, skal have høj modstandskraft, høj arbejdstemperatur, høj korrosionsbestandhed, passende mekanisk styrke, passende duktilitet og lav kostpris. Nogle almindelige materialer, der bruges til rheostater, er:

• Platin: Platin er et edelmetal, der har en meget høj modstandskraft og smeltepunkt. Det har også høj bestandhed over for oxidation, høj duktilitet, høj hamrbarhed, god mekanisk styrke og god stabilitet ved temperatur og mekanisk spænding. Dog er platin meget dyrt og sjældent, så dets anvendelse i elektriske anlæg er begrænset til laboratoriefurnacer, modstandstemperaturdetektorer, og nogle rheostater.

• Constantan: Constantan er en kobber-nickel legering, der har en lav temperaturkoefficient for modstand, hvilket betyder, at dens modstandskraft forbliver konstant over et bredt temperaturinterval. Den har også høj bestandhed over for oxidation, god mekanisk styrke og god stabilitet ved temperatur og mekanisk spænding. Constantan bruges bredt til elektriske forbindelser i instrumenter, såsom shunt modstandere, serie modstandere, mosemodstandere, standardmodstandere og rheostater.

• Nichrom: Nichrom er en nickel-krom legering, der har høj modstandskraft og smeltepunkter. Den har også høj bestandhed over for oxidation og korrosion, god mekanisk styrke og god duktilitet. Nichrom bruges bredt til opvarmningselementer og trådindviklede rheostater.

Hvilke anvendelsesområder har Rheostater?

Rheostater har mange anvendelsesområder inden for forskellige felter af ingeniørvidenskab og naturvidenskab. Nogle eksempler er:

• Strømstyring: Rheostater kan bruges til at styre effekten af enheder som elektriske motorer, lys, ovner, forniser osv. Ved at variere modstanden hos en rheostat i serie med en enhed, kan spændingen eller strømmen, der leveres til den, justeres.

• Spændingsdivider: Rheostater kan bruges til at opdele en spændingskilde i mindre fraktioner ved at forbinde dem i serie med hinanden. Ved at variere modstanden hos en eller flere rheostater i en spændingsdivider kredsløb, kan forskellige udgangsspændinger opnås.

• Potentiometer: Rheostater kan bruges til at måle en ukendt spænding eller potentiaforskel ved at opveje den med en kendt. Et potentiometer er en type rheostat, der har tre terminaler: en forbundet til en fast ende af modstands elementet, en forbundet til et variabelt kontakt punkt langs det, og en forbundet til et eksternt kredsløb. Ved at justere positionen af kontakt punktet, indtil ingen strøm går gennem det (dvs. når begge spændinger er ens), kan den ukendte spænding bestemmes.

• Deformationsmåler: Rheostater kan bruges til at måle deformation (dvs. deformering) i materialer ved at ændre deres modstand, når de udsættes for spænding (dvs. kraft). En deformationsmåler er en type rheostat, der har to terminaler forbundet til modsatte ender af en tynd metalfolie, der er monteret på et objekt under spænding. Når objektet deformeres på grund af spænding, gør det også folien; dette ændrer dens længde og tværsnittets areal (og dermed dens modstand). Ved at måle denne ændring i modstand ved hjælp af et