Đèn biến trở: Vật liệu, Cấu tạo và Ứng dụng
Rheostat là một loại điện trở biến thiên có thể điều chỉnh dòng điện hoặc điện áp trong một mạch điện. Rheostat thường được sử dụng như thiết bị điều khiển công suất, chẳng hạn như điều khiển tốc độ của động cơ điện, độ sáng của đèn, hoặc nhiệt độ của lò điện. Rheostat cũng được sử dụng để đo điện áp hoặc chênh lệch điện thế không xác định bằng cách cân bằng chúng với những giá trị đã biết.
Điều gì là Rheostat?
Rheostat được định nghĩa là thiết bị có thể thay đổi điện trở trong mạch điện bằng cách thay đổi vị trí của điểm tiếp xúc dọc theo phần tử điện trở.
Phần tử điện trở có thể là dây kim loại, thanh carbon, hoặc dung dịch lỏng. Điểm tiếp xúc có thể là đầu trượt, núm xoay, hoặc cánh quét.
Điện trở của rheostat phụ thuộc vào chiều dài và diện tích tiết diện của phần tử điện trở, cũng như vật liệu mà nó được làm. Điện trở có thể được tính bằng công thức:
trong đó R là điện trở, ρ là độ dẫn điện của vật liệu, l là chiều dài của phần tử điện trở, và A là diện tích tiết diện.
Dòng điện qua rheostat có thể được kiểm soát bằng cách di chuyển điểm tiếp xúc gần hơn hoặc xa hơn một đầu của phần tử điện trở. Điểm tiếp xúc càng gần một đầu, điện trở càng thấp và dòng điện càng cao. Điểm tiếp xúc càng xa một đầu, điện trở càng cao và dòng điện càng thấp.
Rheostat được xây dựng như thế nào?
Rheostat có thể được xây dựng theo nhiều cách khác nhau tùy thuộc vào ứng dụng và thông số kỹ thuật. Một số loại rheostat phổ biến là:
Rheostat cuộn dây: Chúng được làm bằng cách cuộn một sợi dây dài có vật liệu có độ dẫn điện cao xung quanh lõi cách điện, như gốm hoặc nhựa.
Sợi dây có thể được cuộn thành hình xoắn ốc hoặc hình xoắn ốc. Đầu trượt hoặc núm xoay có thể di chuyển dọc theo sợi dây để thay đổi điện trở. Rheostat cuộn dây phù hợp cho dòng điện lớn và điện áp thấp.
Rheostat carbon: Chúng được làm bằng cách sử dụng thanh hoặc tấm carbon làm phần tử điện trở. Cánh quét có thể di chuyển dọc theo bề mặt carbon để thay đổi điện trở. Rheostat carbon phù hợp cho dòng điện nhỏ và điện áp cao.
Rheostat lỏng: Chúng được làm bằng cách sử dụng dung dịch dẫn điện, như nước muối hoặc axit, làm phần tử điện trở. Hai điện cực được nhúng vào dung dịch và kết nối với nguồn điện và tải. Khoảng cách giữa các điện cực có thể được thay đổi để thay đổi điện trở. Rheostat lỏng phù hợp cho dòng điện rất lớn và điện áp thấp.
Vật liệu nào được sử dụng cho Rheostat?
Vật liệu được sử dụng cho rheostat nên có độ dẫn điện cao, nhiệt độ làm việc cao, khả năng chống ăn mòn cao, cường độ cơ học phù hợp, độ dẻo dai phù hợp, và chi phí thấp. Một số vật liệu phổ biến được sử dụng cho rheostat là:
Platin: Platin là kim loại quý có độ dẫn điện rất cao và điểm nóng chảy. Nó cũng có khả năng chống oxi hóa cao, độ dẻo dai cao, độ uốn dẻo tốt, cường độ cơ học tốt, và ổn định với nhiệt độ và ứng suất cơ học. Tuy nhiên, platin rất đắt và hiếm, vì vậy việc sử dụng nó trong kỹ thuật điện chỉ giới hạn ở lò nung phòng thí nghiệm, đồng hồ nhiệt điện trở, và một số rheostat.
Constantan: Constantan là hợp kim đồng-niken có hệ số nhiệt độ thấp, nghĩa là độ dẫn điện của nó vẫn giữ nguyên trong phạm vi nhiệt độ rộng. Nó cũng có khả năng chống oxi hóa cao, cường độ cơ học tốt, và ổn định với nhiệt độ và ứng suất cơ học. Constantan được sử dụng rộng rãi cho các kết nối điện trong các thiết bị, như điện trở shunt, điện trở series, điện trở đầm, điện trở chuẩn, và rheostat.
Nichrome: Nichrome là hợp kim niken-chromium có độ dẫn điện và điểm nóng chảy cao. Nó cũng có khả năng chống oxi hóa và ăn mòn cao, cường độ cơ học tốt, và độ dẻo dai tốt. Nichrome được sử dụng rộng rãi cho các phần tử sưởi ấm và rheostat cuộn dây.
Ứng dụng của Rheostat là gì?
Rheostat có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực kỹ thuật và khoa học khác nhau. Một số ví dụ là:
Điều khiển công suất: Rheostat có thể được sử dụng để điều khiển công suất đầu ra của các thiết bị như động cơ điện, đèn, lò, lò nung, v.v. Bằng cách thay đổi điện trở của rheostat trong chuỗi với một thiết bị, điện áp hoặc dòng điện cung cấp cho nó có thể được điều chỉnh.
Chia điện áp: Rheostat có thể được sử dụng để chia nguồn điện áp thành các phần nhỏ hơn bằng cách kết nối chúng trong chuỗi với nhau. Bằng cách thay đổi điện trở của một hoặc nhiều rheostat trong mạch chia điện áp, các điện áp đầu ra khác nhau có thể được thu được.
Potentiometer: Rheostat có thể được sử dụng để đo điện áp hoặc chênh lệch điện thế không xác định bằng cách cân bằng nó với một giá trị đã biết. Potentiometer là một loại rheostat có ba đầu nối: một đầu nối với một đầu cố định của phần tử điện trở, một đầu nối với một điểm tiếp xúc biến đổi dọc theo nó, và một đầu nối với mạch ngoại vi. Bằng cách điều chỉnh vị trí của điểm tiếp xúc cho đến khi không có dòng điện chạy qua nó (tức là khi cả hai điện áp đều bằng nhau), điện áp không xác định có thể được xác định.
Cảm biến ứng suất: Rheostat có thể được sử dụng để đo ứng suất (tức là biến dạng) trong các vật liệu bằng cách thay đổi điện trở của chúng khi chịu lực (tức là lực). Cảm biến ứng suất là một loại rheostat có hai đầu nối kết nối với hai đầu đối diện của một tấm kim loại mỏng được gắn vào một vật chịu lực. Khi vật biến dạng do lực, tấm kim loại cũng biến dạng; điều này thay đổi chiều dài và diện tích tiết diện (và do đó điện trở) của nó. Bằng cách đo sự thay đổi này trong điện trở bằng một mạch điện (như cầu Wheatstone), ứng suất có thể được tính toán.
