Váltóellenállások: Anyagok szerkezet és alkalmazások
A rheostat egy olyan változó ellenállás, amely beállíthatja az áramot vagy a feszültséget egy elektromos áramkörben. A rheostatokat gyakran erőforrás-irányító eszközként használják, például elektromos motor sebességének, fényerősségének vagy sütőhőmérsékletének szabályozására. A rheostatokat is használják ismeretlen feszültségek vagy potenciális különbségek mérésére, egyenleggel állítva őket ismertekkel.
Mi a rheostat?
A rheostat egy olyan eszköz, amely beállíthatja az ellenállást egy elektromos áramkörben egy kapcsolópont pozíciójának megváltoztatásával egy ellenálló elem mentén.
Az ellenálló elem lehet fémvezeték, szénrud, vagy vegyület. A kapcsolópont lehet csúszó terminál, forgó gomb, vagy törölőkar.
A rheostat ellenállása függ az ellenálló elem hosszától és keretszeleteitől, valamint a felhasznált anyagtól. Az ellenállást a következő képlettel számolhatjuk ki:
ahol R az ellenállás, ρ az anyag ellenállóviszonya, l az ellenálló elem hossza, és A a keretszelet.
A rheostaton áthaladó áramot beállíthatjuk a kapcsolópont eltolásával az ellenálló elem végéhez közelebb vagy távolabb. Ha a kapcsolópont közelebb van az egyik véghez, akkor alacsonyabb az ellenállás, és magasabb az áram. Ha a kapcsolópont távolabb van az egyik véghez, akkor magasabb az ellenállás, és alacsonyabb az áram.
Hogyan épülnek a rheostatok?
A rheostatok különböző módon épülhetnek, attól függően, hogy milyen alkalmazásokhoz és specifikációkhoz tartoznak. Néhány gyakori rheostat típus:
Fémvezeték-alapú rheostatok: Ezeket hosszú, magas-ellenállós vezeték csavarásával készítik egy izoláló mag (pl. kerámia vagy műanyag) körül.
A vezetéket spirál vagy hélix formában tekinthetjük. Egy csúszó terminál vagy forgó gomb mozoghat a vezetéken, és így változtathatja az ellenállást. A fémvezeték-alapú rheostatok alkalmasak nagy áramokra és alacsony feszültségekre.
Szén-alapú rheostatok: Ezeket szénrud vagy lemez ellenálló elemmel készítik. Egy törölőkar mozoghat a szén felületén, és így változtathatja az ellenállást. A szén-alapú rheostatok alkalmasak alacsony áramokra és magas feszültségekre.
Folyadék-alapú rheostatok: Ezeket vezető folyadék vegyülettel (pl. sóvíz vagy sav) ellenálló elemmel készítik. Két elektroda merül a folyadékba, és összekötik a tápellátási forrást és a terhelést. Az elektrodák közötti távolság változtatható, hogy megváltoztassa az ellenállást. A folyadék-alapú rheostatok alkalmasak nagyon nagy áramokra és alacsony feszültségekre.
Milyen anyagokat használnak rheostatok készítésére?
A rheostatok készítésére használt anyagoknak magas ellenállóviszonyuk, magas működési hőmérséklete, magas rostálódásgátló képessége, megfelelő mechanikai ereje, megfelelő nyúlóképessége és alacsony költsége kell legyen. Néhány gyakori anyag, amit rheostatok készítésére használnak:
Platina: A platina egy nemesfémes anyag, aminek nagyon magas ellenállóviszonya és olvadtási pontja van. Magas rostálódásgátló képessége, nagy nyúlóképessége, nagy alakíthatósága, jó mechanikai ereje és stabilizálódása a hőmérséklet és mechanikai stressz hatására. Azonban a platina nagyon drága és ritka, így elektrotechnikai alkalmazásai korlátozottak laboratóriumi sütők, ellenállás-hőmérséklet-mérők, és néhány rheostat esetében.
Konstantan: A konstantan egy réz-nikkel ötvözet, aminek alacsony hőmérsékleti ellenállási együtthatója van, ami azt jelenti, hogy ellenállóviszonya állandó marad széles hőmérsékleti tartományban. Magas rostálódásgátló képessége, jó mechanikai ereje és stabilizálódása a hőmérséklet és mechanikai stressz hatására. A konstantant széleskörűen használják elektromos csatlakozások készítésére műszereszközökben, mint például párhuzamos ellenállások, soros ellenállások, szárny-ellenállások, standard ellenállások, és rheostatok.
Nichrome: A nichrome egy nikkel-krom ötvözet, aminek magas ellenállóviszonya és olvadtási pontja van. Magas rostálódásgátló és korroziónak ellenálló képessége, jó mechanikai ereje és nyúlóképessége. A nichrome széleskörűen használják melegítő elemek és fémvezeték-alapú rheostatok készítésére.
Milyen alkalmazásai vannak a rheostatoknak?
A rheostatok számos alkalmazásban használhatók különböző mérnöki és tudományos területeken. Néhány példa:
Erőforrás-irányítás: A rheostatokat használhatjuk erőforrás-irányító eszközként, például elektromos motorok, fények, sütők, sütők, stb. kimenetének szabályozására. Az ellenállás változtatásával a rheostaton sorosan kapcsolt eszközhez továbbított feszültség vagy áram beállítható.
Feszültségosztó: A rheostatokat használhatjuk feszültségforrás kisebb részekre osztására, egymás után kötve őket. A rheostatok ellenállásának változtatásával egy feszültségosztó áramkörben különböző kimeneti feszültségek érhetők el.
