Переменный резистор — это длинная труба, набитая песком. Чем длиннее путь воды через песок, тем труднее ей протекать. Подвижный отвод-ползунок забирает воду из любого места трубы. Подключите отвод одним способом — получится делитель давления (потенциометр), другим — регулятор тока (реостат). Двигайте ползунок и смотрите, как крутится мотор.
Мотор вращается
Сопротивление дорожки
Мощность переменного резистора
Напряжение на моторе
Ток мотора
Обороты (от номинала)
Ток батарейки
Нагрев переменного резистора
КПД (польза / всего)
Подключение
Ток, напряжение и мощность на каждом участке
Участок
R
Напряжение U
Ток I (расход воды)
Мощность P (тепло)
Состояние · какой подобрать
Потенциометр: делитель давления
Давление падает вдоль трубы
Верх дорожки — к плюсу батарейки, низ — к минусу. Вода продавливается через песок, и давление уменьшается равномерно от 9 В до 0. Ползунок — боковой отвод: он берёт давление ровно из своей точки.
Что получает мотор
Без нагрузки Uвых = U · x, где x — положение ползунка от 0 до 1. Мотор — параллельный путь для воды, он «просаживает» нижнюю часть: Uвых = U · Rпар / (Rверх + Rпар), где Rпар = Rниз ∥ Rмотора.
Почему не 10 кОм
Мотор — это 160 Ом. Если сопротивление дорожки намного больше, мотор «съедает» отвод и напряжение на нём почти нулевое до самого верха. Выберите 10 кОм и проверьте. Дорожка должна быть заметно меньше сопротивления нагрузки, но тогда через неё течёт большой ток и она греется.
Реостат: регулятор тока
Длинный узкий путь
Вода входит сверху и выходит через ползунок. Чем ниже ползунок — тем длиннее путь через песок и тем больше сопротивление: Rр = Rдорожки · (1 − x). Нижняя часть дорожки не используется: вода там стоит.
Ток в одной цепи
Реостат и мотор стоят друг за другом, ток один: I = U / (Rр + Rм). Реостат гасит часть давления: на моторе остаётся U − I · Rр. Вверху (0 Ом) мотор получает все 9 В и сгорит.
Куда уходит лишнее
Реостат — «тормоз»: давление, которое не нужно мотору, превращается в тепло на дорожке P = I² · Rр. Поэтому реостаты мощные и греются, а КПД такой схемы низкий.
Потенциометр или реостат
Три вывода или два
У потенциометра используют все три вывода: два края дорожки и ползунок. Реостат подключают двумя: один край и ползунок, третий вывод свободен. Один и тот же прибор может работать и так, и так.
Что регулируем
Потенциометр регулирует напряжение: выходом управляют датчики, громкость, входы микросхем. Реостат регулирует ток в нагрузке и пропускает через себя всю её мощность.
Что выбрать для мотора
Для маленьких токов — потенциометр как задатчик сигнала. Для мощности мотор лучше питать от транзистора, а потенциометр использовать только для управления им. Для разового эксперимента подойдёт и реостат.