可変抵抗器：材料、構造および応用
可変抵抗器の一種である可変抵抗器であるレジスタットは、電流または電圧を調整することができます。電気回路で使用されます。レジスタットは、電動機の速度制御、照明器具の明るさ調整、電気オーブンの温度調整などの電力制御装置としてよく使用されます。また、未知の電圧や電位差を既知のものとバランスを取りながら測定するためにも使用されます。
レジスタットとは何か？
レジスタットは、接触点の位置を変えることで電気回路の抵抗を変化させる装置と定義されます。
抵抗要素は金属線、炭素棒、または液体溶液で構成されることがあります。接触点はスライド端子、回転ノブ、またはワイパー・アームで構成されることがあります。
レジスタットの抵抗は、抵抗要素の長さと断面積、およびその材料によって決まります。抵抗は以下の式を使用して計算できます：
ここで、Rは抵抗、ρは材料の比抵抗、lは抵抗要素の長さ、Aは断面積です。
レジスタットを通る電流は、接触点を抵抗要素の一端に近づけたり遠ざけたりすることで制御できます。接触点が一端に近いほど抵抗が低くなり、電流が高くなります。接触点が一端から遠いほど抵抗が高くなり、電流が低くなります。
レジスタットの構造
レジスタットは、用途や仕様によって異なる方法で構築されます。一般的なレジスタットの種類には以下があります：
ワイヤーウインドレジスタット：これらのレジスタットは、セラミックやプラスチックなどの絶縁コアに高抵抗率の長い線を巻きつけて作られます。
線は螺旋状またはらせん状に巻かれます。スライド端子または回転ノブを線に沿って動かすことで抵抗を変更します。ワイヤーウインドレジスタットは高電流と低電圧に適しています。
カーボンレジスタット：これらのレジスタットは、炭素棒または板を抵抗要素として使用して作られます。ワイパー・アームを炭素表面に沿って動かすことで抵抗を変更します。カーボンレジスタットは低電流と高電圧に適しています。
液体レジスタット：これらのレジスタットは、導電性液体溶液（塩水や酸など）を抵抗要素として使用して作られます。2つの電極が液体に浸され、電源と負荷に接続されます。電極間の距離を変えることで抵抗を変更します。液体レジスタットは非常に高電流と低電圧に適しています。
レジスタットに使用される材料
レジスタットに使用される材料は、高い比抵抗、高い動作温度、高い腐食耐性、適切な機械強度、適切な延性、および低コストを持つ必要があります。一般的にレジスタットに使用される材料には以下があります：
白金：白金は非常に高い比抵抗と融点を持つ貴金属です。また、酸化への高い耐性、高い延性、高い鍛造性、良い機械的強度、および温度と機械的ストレスに対する安定性を持ちます。しかし、白金は非常に高価かつ希少であり、電気工学での使用は主に実験室用炉、抵抗温度計、およびいくつかのレジスタットに限定されています。
コンスタンタン：コンスタンタンは銅ニッケル合金で、広い温度範囲で比抵抗が一定に保たれる低い温度係数を持つ特性があります。また、酸化への高い耐性、良い機械的強度、および温度と機械的ストレスに対する安定性を持ちます。コンスタンタンは、シャント抵抗器、シリーズ抵抗器、標準抵抗器、およびレジスタットなどの電気機器の接続に広く使用されています。
ニクロム：ニクロムはニッケルクロム合金で、高い比抵抗と融点を持ちます。また、酸化と腐食への高い耐性、良い機械的強度、および良い延性を持ちます。ニクロムは加熱要素やワイヤーウインドレジスタットに広く使用されています。
レジスタットの応用例
レジスタットは、エンジニアリングや科学のさまざまな分野で多くの応用例があります。以下にいくつかの例を示します：
電力制御：レジスタットは、電動機、照明器具、オーブン、炉などの装置の出力を制御するために使用できます。レジスタットの抵抗を装置と直列に配置し、抵抗を変えることで供給される電圧または電流を調整できます。
電圧分割：レジスタットを直列に接続することで、電源を小さな部分に分割することができます。電圧分割回路内の1つまたは複数のレジスタットの抵抗を変えることで、異なる出力電圧を得ることができます。
- ポテンショメータ：レジスタットは、未知の電圧または電位差を既知のものとバランスを取ることで測定するために使用できます。ポテンショメータは、抵抗要素の一端に接続された1つの端子、抵抗要素上にある可変接触点に接続された1つの端子、および外部回路に接続された1つの端子を持つレジスタットの一種です。接触点の位置を調整し、電流が流れなくなるまで（つまり両方の電圧が等しくなるまで）未知の電圧を決定することができます。
- ひずみゲージ：レジスタットは、応力（力）を受けたときに抵抗を変化させることで、材料のひずみ（変形）を測定するために使用できます。ひずみゲージは、応力を受けている物体に取り付けられた薄い金属箔の反対側に2つの端子が接続されているレジスタットの一種です。物体が応力により変形すると、金属箔も同様に変形し、その長さと断面積（そして抵抗）が変わります。この抵抗の変化をホイートストン橋のような電気回路を使用して測定することで、ひずみを計算することができます。
