Rheostat: Bahan, Pembinaan dan Aplikasi
Rheostat adalah jenis penahan tahanan yang boleh diubah yang boleh menyesuaikan arus atau voltan dalam satu litar elektrik. Rheostat sering digunakan sebagai peranti kawalan kuasa, seperti mengawal kelajuan motor elektrik, kecerahan cahaya, atau suhu ketuhar elektrik. Rheostat juga digunakan untuk mengukur voltan tidak diketahui atau beza potensial dengan menyeimbangkannya dengan yang diketahui.
Apakah Rheostat?
Rheostat didefinisikan sebagai peranti yang boleh mengubah tahanan dalam litar elektrik dengan mengubah kedudukan titik kontak sepanjang elemen tahanan.
Elemen tahanan boleh berupa wayar logam, rod karbon, atau larutan cecair. Titik kontak boleh berupa terminal meluncur, kenop putaran, atau lengan wiper.
Tahanan rheostat bergantung pada panjang dan luas keratan rentas elemen tahanan, serta bahan yang digunakan. Tahanan boleh dihitung menggunakan formula:
di mana R adalah tahanan, ρ adalah tahanan spesifik bahan, l adalah panjang elemen tahanan, dan A adalah luas keratan rentas.
Arus melalui rheostat boleh dikawal dengan memindahkan titik kontak lebih dekat atau jauh dari salah satu hujung elemen tahanan. Semakin dekat titik kontak ke salah satu hujung, semakin rendah tahanan dan semakin tinggi arus. Semakin jauh titik kontak dari salah satu hujung, semakin tinggi tahanan dan semakin rendah arus.
Bagaimana Rheostat Dibina?
Rheostat boleh dibina dengan cara yang berbeza bergantung pada aplikasi dan spesifikasi mereka. Beberapa jenis rheostat yang biasa adalah:
Rheostat berwayar: Ini dibuat dengan melilitkan wayar panjang bahan tahanan tinggi di sekitar inti isolasi, seperti seramik atau plastik.
Wayar boleh dililit dalam bentuk spiral atau helikal. Terminal meluncur atau kenop putaran boleh bergerak sepanjang wayar untuk mengubah tahanan. Rheostat berwayar sesuai untuk arus tinggi dan voltan rendah.
Rheostat karbon: Ini dibuat dengan menggunakan batang atau plat karbon sebagai elemen tahanan. Lengan wiper boleh bergerak sepanjang permukaan karbon untuk mengubah tahanan. Rheostat karbon sesuai untuk arus rendah dan voltan tinggi.
Rheostat cecair: Ini dibuat dengan menggunakan larutan konduktor cecair, seperti air garam atau asid, sebagai elemen tahanan. Dua elektrod dicelupkan ke dalam cecair dan disambungkan ke sumber kuasa dan beban. Jarak antara elektrod boleh diubah untuk mengubah tahanan. Rheostat cecair sesuai untuk arus sangat tinggi dan voltan rendah.
Bahan Apa yang Digunakan untuk Rheostat?
Bahan yang digunakan untuk rheostat harus mempunyai tahanan spesifik tinggi, suhu kerja tinggi, ketahanan terhadap korosi, kekuatan mekanikal yang sesuai, kelembutan yang sesuai, dan kos rendah. Beberapa bahan umum yang digunakan untuk rheostat adalah:
Platinum: Platinum adalah logam mulia yang mempunyai tahanan spesifik sangat tinggi dan titik lebur. Ia juga mempunyai ketahanan tinggi terhadap oksidasi, kelembutan tinggi, kebolehan dibentuk tinggi, kekuatan mekanikal yang baik, dan kestabilan dengan suhu dan tekanan mekanikal. Namun, platinum sangat mahal dan jarang, jadi penggunaannya dalam kejuruteraan elektrik terbatas pada tungku laboratorium, termometer tahanan, dan beberapa rheostat.
Constantan: Constantan adalah aloi tembaga-nikel yang mempunyai pekali tahanan suhu rendah, bermaksud tahanan spesifiknya tetap konstan dalam julat suhu yang luas. Ia juga mempunyai ketahanan tinggi terhadap oksidasi, kekuatan mekanikal yang baik, dan kestabilan dengan suhu dan tekanan mekanikal. Constantan secara meluas digunakan untuk sambungan elektrik dalam instrumen, seperti penahanan shunt, penahanan siri, penahanan swamp, penahanan standard, dan rheostat.
Nichrome: Nichrome adalah aloi nikel-kromium yang mempunyai tahanan spesifik dan titik lebur tinggi. Ia juga mempunyai ketahanan tinggi terhadap oksidasi dan korosi, kekuatan mekanikal yang baik, dan kelembutan yang baik. Nichrome secara meluas digunakan untuk elemen pemanasan dan rheostat berwayar.
Apa Saja Aplikasi Rheostat?
Rheostat mempunyai banyak aplikasi dalam pelbagai bidang kejuruteraan dan sains. Beberapa contoh adalah:
Kawalan kuasa: Rheostat boleh digunakan untuk mengawal output kuasa peranti seperti motor elektrik, lampu, ketuhar, tungku, dll. Dengan mengubah tahanan rheostat dalam siri dengan peranti, voltan atau arus yang disediakan kepadanya boleh diatur.
Pembahagian voltan: Rheostat boleh digunakan untuk membahagikan sumber voltan menjadi pecahan yang lebih kecil dengan menyambungkannya dalam siri. Dengan mengubah tahanan satu atau lebih rheostat dalam litar pembahagian voltan, voltan output yang berbeza boleh diperoleh.
Potensiometer: Rheostat boleh digunakan untuk mengukur voltan tidak diketahui atau beza potensial dengan menyeimbangkannya dengan yang diketahui. Potensiometer adalah jenis rheostat yang mempunyai tiga terminal: satu disambungkan ke hujung tetap elemen tahanan, satu disambungkan ke titik kontak variabel sepanjang elemen tersebut, dan satu disambungkan ke litar luar. Dengan menyesuaikan kedudukan titik kontak sehingga tiada arus mengalir melaluinya (i.e., apabila kedua-dua voltan sama), voltan tidak diketahui boleh ditentukan.
Gauge tegangan: Rheostat boleh digunakan untuk mengukur tegangan (i.e., deformasi) dalam bahan dengan mengubah tahanannya apabila dikenakan stres (i.e., daya). Gauge tegangan adalah jenis rheostat yang mempunyai dua terminal yang disambungkan ke hujung-hujung foil logam tipis yang dilekatkan pada objek yang dikenakan stres. Seiring dengan objek yang berdeformasi akibat stres, begitu juga foil; ini mengubah panjang dan luas keratan rentas (dan oleh itu tahanannya). Dengan mengukur perubahan tahanan ini menggunakan litar elektrik (seperti Jambatan Wheatstone), tegangan boleh dihitung.
