Varistot: Materiaalit Rakenne ja Sovellukset
Rheostat on muuttuva vastus, joka voi säätää virtaa tai jännitettä sähköpiirissä. Rheostatit käytetään usein voiman säädösvälineinä, kuten sähkömoottorin nopeuden, valon kirkkauden tai sähköuunin lämpötilan säätämiseen. Rheostateja käytetään myös tuntemattomien jännitteiden tai potentiaalierojen mittaamiseen niiden tasapainottamalla tunnettuja.
Mitä on rheostatti?
Rheostatti määritellään laitteeksi, joka voi vaihtaa vastusta sähköpiirissä muuttamalla yhteyden pisteen sijaintia vastuselementin pituudessa.
Vastuselementti voi olla metalliviiva, hiilikyppis tai nestelauseke. Yhteyden piste voi olla liukuva terminaali, pyörivä nuppe tai wisperi-kieltä.
Rheostatin vastus riippuu vastuselementin pituudesta ja poikkileikkauksen pinta-alasta sekä materiaalista, josta se on tehty. Vastusta voidaan laskea kaavalla:
missä R on vastus, ρ on vastuskyky materiaalia, l on vastuselementin pituus ja A on poikkileikkauksen pinta-ala.
Rheostatin läpi kulkevaa virtaa voidaan ohjata siirtämällä yhteyden pistettä lähemmäksi tai kauemmaksi vastuselementin toista päästä. Mitä lähemmäs yhteyden piste on toista päästä, sitä pienempi on vastus ja suurempi virta. Mitä kauemmaksi yhteyden piste on toista päästä, sitä suurempi on vastus ja pienempi virta.
Miten rheostatit rakennetaan?
Rheostateja voidaan rakentaa eri tavoin sen mukaan, mitä sovelluksia ja spesifikaatioita ne tarvitsevat. Joitakin yleisiä rheostattityyppejä ovat:
Kierretty rheostatti: Nämä tehdään kiertämällä pitkä korkean-vastustavan materiaalin viiva eristävän ytimen ympärille, kuten keramiikan tai muovin.
Viiva voidaan kiertää spiraalissa tai helikoidessa. Liukuvan terminaalin tai pyörivän nupin avulla voidaan siirtää viivan pituudessa muuttaakseen vastusta. Kieretyt rheostatit sopivat hyvin suuriin virtoihin ja pieniin jännitteisiin.
Hiilirheostatti: Nämä tehdään käyttämällä hiilikyppistä tai -levyä vastuselementtinä. Wisperi-kieltä voidaan siirtää hiilipinnan yli muuttaakseen vastusta. Hiilirheostatit sopivat hyvin pieniin virtoihin ja suuriin jännitteisiin.
Nesteerheostatti: Nämä tehdään käyttämällä johtavaa nestelauseketta, kuten suolavettä tai happoa, vastuselementtinä. Kaksi elektrodeita upotetaan nesteen sisään ja yhdistetään voimansiirtolähdeeseen ja kuormaan. Elektrodit välillä oleva etäisyys voidaan muuttaa muuttaakseen vastusta. Nesteerheostatit sopivat hyvin suuriin virtoihin ja pieniin jännitteisiin.
Mitä materiaaleja käytetään rheostatteissa?
Rheostatteissa käytettävien materiaalien tulisi olla korkean vastuskykynsä, korkean työlämperönsä, korkean korroosioresistenssin, sopivan mekaanisen vahvuuden, sopivan venymiskyvyn ja alhaisen kustannuksen omaavia. Joitakin yleisiä rheostatteissa käytettyjä materiaaleja ovat:
Platina: Platina on pehmeämetalli, jolla on hyvin korkea vastuskyky ja sulamispiste. Sillä on myös korkea vastustusoksidointia vastaan, hyvä venymiskyky, hyvä mallikuva, hyvä mekaaninen vahvuus ja hyvä vakaus lämpötilan ja mekaanisen stressin suhteen. Kuitenkin platina on hyvin kallista ja harvinaista, joten sen käyttö sähkötekniikassa on rajattu laboratoriotuuleihin, vastuslämpömittariin ja joillekin rheostatteihin.
Constantan: Constantan on kuparin-nikkeliyhdiste, jolla on matala lämpötilakerroin, mikä tarkoittaa, että sen vastuskyky pysyy vakiona laajalla lämpötilavälillä. Sillä on myös korkea vastustusoksidointia vastaan, hyvä mekaaninen vahvuus ja hyvä vakaus lämpötilan ja mekaanisen stressin suhteen. Constantania käytetään laajasti elektroniikkayhteyksiin laitteissa, kuten shunt-vastuksiin, sarja-vastuksiin, swap-vastuksiin, standardivastuksiin ja rheostatteihin.
Nichrome: Nichrome on nikkelikromiyhdiste, jolla on korkea vastuskyky ja sulamispiste. Sillä on myös korkea vastustusoksidointia ja korroosia vastaan, hyvä mekaaninen vahvuus ja hyvä venymiskyky. Nichrometta käytetään laajasti lämmityselementteihin ja kierettyihin rheostatteihin.
Mitä ovat rheostattien sovellukset?
Rheostatilla on monia sovelluksia eri tekniikan ja tieteen aloilla. Joitakin esimerkkejä ovat:
Voiman hallinta: Rheostatteja voidaan käyttää laitteiden, kuten sähkömoottoreiden, valojen, uunien, tuuletuspolttoainelaitejen, jne. voiman ulospanoksen hallintaan. Rheostatin vastuksen vaihtamalla sarjassa laitteen kanssa, voidaan siihen syötetty jännite tai virta säädellä.
Jännitejakaja: Rheostatteja voidaan käyttää jännitelähteiden jakamiseen pienempiin osiin kytkemällä ne sarjassa toisiinsa. Vaihtamalla yhden tai useamman rheostatin vastusta jännitejakajasähköpiirissä, erilaisia jännitearvoja voidaan saada.
Potentiometri: Rheostatteja voidaan käyttää tuntemattoman jännitteen tai potentiaalieron mittaamiseen tasapainottamalla se tunnetun kanssa. Potentiometri on rheostatin tyyppi, jolla on kolme terminaalia: yksi yhdistetty kiinteän vastuselementin päähän, yksi yhdistetty muuttuvaan yhteyden pisteeseen sen pituudessa, ja yksi yhdistetty ulkoiseen sähköpiiriin. Tasapainottamalla yhteyden pisteen sijaintia kunnes siihen ei virtaa (eli kun molemmat jännitteet ovat yhtä suuret), tuntematon jännite voidaan määrittää.
