Biến trở – Điện trở dùng trong kĩ thuật

Bài viết hôm nay nhằm ôn lại cho các em kiến thức về Biến trở – Điện trở dùng trong kĩ thuật. Bài viết bao gồm lý thuyết và lời giải chi tiết cho các bài tập trong sách giáo khoa.

Lý thuyết về Biến trở – Điện trở dùng trong kĩ thuật

1. Biến trở

– Biến trở là điện trở có thể thay đổi được trị số và có thể sử dụng để điều chỉnh cường độ dòng điện trong mạch.

– Cấu tạo: gồm 2 bộ phận chính:

+ Con chạy hoặc tay quay

+ Cuộn dây bằng hợp kim có điện trở suất lớn

– Kí hiệu:

– Hoạt động: Khi di chuyển con chạy (hoặc tay quay) thì sẽ làm thay đổi chiều dài của cuộn dây có dòng điện chạy qua ⇒ làm thay đổi điện trở của biến trở.

2. Các loại biến trở thường dùng

Có nhiều cách phân loại biến trở:

– Phân loại biến trở theo chất liệu cấu tạo:

+ Biến trở dây quấn

+ Biến trở than

– Phân loại biến trở theo bộ phận điều chỉnh:

+ Biến trở con chạy

+ Biến trở tay quay

3. Điện trở dùng trong kĩ thuật

– Điện trở dùng trong kỹ thuật thường có trị số rất lớn.

– Được chế tạo bằng lớp than hoặc lớp kim loại mỏng phủ ngoài một lớp cách điện

– Có hai cách ghi trị số điện trở dùng trong kỹ thuật là:

+ Trị số được ghi trên điện trở.

+ Trị số được thể hiện bằng các vòng màu sơn trên điện trở (4 vòng màu)

Bài tập vận dụng

Bài C2 (trang 29 SGK Vật Lý 9):

Bộ phận chính của các biến trở trên các hình 10.1a,b gồm con chạy (hoặc tay quay) C và cuộn dây dẫn bằng hợp kim có điện trở suất lớn (nikêlin hay nicrom), được quấn đều đặn dọc theo một lỏi bằng sứ. Nếu mắc hai đầu A, B của cuộn dây này nối tiếp vào mạch điện thì khi dịch chuyển con chạy C, biến trở có tác dụng thay đổi điện trở không? Vì sao?

Lời giải:

Trong trường hợp trên, đầu ra của con chạy C không sẽ không còn được kết nối với nguồn điện nên nếu dịch chuyển con chạy C thì dòng điện vẫn chạy qua toàn bộ cuộn dây của biến trở. Khi đó con chạy sẽ không có tác dụng làm thay đổi chiều dài của phần cuộn dây có dòng điện chạy qua, vì vậy biến trở không có tác dụng thay đổi điện trở tham gia vào mạch điện nữa.

Bài C2 (trang 29 SGK Vật Lý 9):

Bộ phận chính của các biến trở trên các hình 10.1a,b gồm con chạy (hoặc tay quay) C và cuộn dây dẫn bằng hợp kim có điện trở suất lớn (nikêlin hay nicrom), được quấn đều đặn dọc theo một lỏi bằng sứ. Nếu mắc hai đầu A, B của cuộn dây này nối tiếp vào mạch điện thì khi dịch chuyển con chạy C, biến trở có tác dụng thay đổi điện trở không? Vì sao?

Lời giải:

Trong trường hợp trên, đầu ra của con chạy C không sẽ không còn được kết nối với nguồn điện nên nếu dịch chuyển con chạy C thì dòng điện vẫn chạy qua toàn bộ cuộn dây của biến trở. Khi đó con chạy sẽ không có tác dụng làm thay đổi chiều dài của phần cuộn dây có dòng điện chạy qua, vì vậy biến trở không có tác dụng thay đổi điện trở tham gia vào mạch điện nữa.

Bài C3 (trang 29 SGK Vật Lý 9):

Biến trở được mắc nốì tiếp vào mạch điện, chẳng hạn với hai điểm A và N của các biến trở ở hình 10.la và b. Khi đó nếu dịch chuyển con chạy hoặc tay quay c thì điện trở của mạch có thay đổi không? Vì sao?

Lời giải:

Trong trường hợp trên, nếu dịch chuyển con chạy hoăc tay quay C thì chiều dài của phần cuộn dây có dòng điện chạy qua sẽ thay đổi và điện trở của biến trở cũng thay đổi theo. Vì vậy điện trở của mạch điện cũng thay đổi.

Bài C4 (trang 29 SGK Vật Lý 9):

Trên hình 10.2 (SGK) vẽ các kí hiệu sơ đồ của biến trở. Hãy mô tả hoạt động của biến trở có kí hiệu sơ đồ a, b, c.

Lời giải:

Khi dịch chuyển con chạy thì sẽ làm thay đổi chiều dài của phần cuộn dây có dòng điện chạy qua và do đó làm thay đổi điện trở của biến trở.

Cụ thể nếu đầu con chạy dịch chuyển sang bên trái thì chiều dài phần điện trở tham gia vào mạch điện sẽ giảm dẫn đến điện trở của biến trở lúc này giảm theo. Nếu dịch con chạy sang bên phải thì điện trở của phần biến trở tham gia mạch điện sẽ tăng.

Bài C6 (trang 29 SGK Vật Lý 9):

Tìm hiểu trị số điện trở lớn nhất của biến trở được sử dụng và cường độ lớn nhất của dòng điệncho phép chạy qua biến trở đó.

+ Mắc mạch điện theo hình 10.3. Đẩy con chạy C về sát điểm N để biến trở có điện trở lớn nhất.

+ Đóng công tắc rồi dịch chuyển con chạy C để đèn sáng hơn. Tại sao?

+ Để đèn sáng mạnh nhất thì phải dịch con chạy của biến trở tới vị trí nào? Vì sao?

Lời giải:

+ Để con chạy C ở điểm N thì biến trở có giá trị điên trở lớn nhất, vì khi đó dòng điện chạy qua tất cả cuộn dây của biến trở.

+ Để đèn sáng mạnh nhất thì phải dịch con trở của biến trở đến vị trí sao cho điện trở của biến trở là nhỏ nhất ( vì biến trở mắc nối tiếp với đèn trong mạch), đó là điểm M.

Khi con chạy đặt ở điểm M thì dòng điện hầu như không chạy qua cuộn dây của biến trở, điện trở của biến trở khi ấy là nhỏ nhất.

Bài C7 (trang 30 SGK Vật Lý 9):

Trong kĩ thuật, chẳng hạn trong các mạch điện của Radio, tivi… người ta cần sử dụng các điện trở có kích thước nhỏ với các trị số khác nhau, có thể tới vài trăm megavon (1MΩ = 10⁶Ω ). Các điện trở này được chế tạo bằng một lớp than hay lớp kim loại mỏng phủ ngoài một lỏi cách điện (thường bằng sứ). Hãy giải thích vì sao lớp than hay lớp kim loại mỏng đó lại có điện trở lớn.

Lời giải:

Các điện trở này được chế tạo bằng một lớp than hay lớp kim loại mỏng phủ ngoài một lỏi cách điện (thường bằng sứ), nên khi áp điện vào hai đầu thì điện trở tham gia vào mạch sẽ có tiết diện S rất nhỏ (không được nhầm lẫn với tiết diện của lõi sứ)

Mặt khác  nên khi S rất nhỏ thì R rất lớn, có thể lên đến cỡ MΩ

Bài C8 (trang 30 SGK Vật Lý 9):

Hãy nhận dạng hai cách ghi trị số các điện trở kĩ thuật nêu dưới đây.

Cách 1: Trị số được ghi trên điện trở (hình 10.4a)

Cách 2: Trị số được thể hiện bằng các vòng màu sơn điện trở (hình 10.4b và hình 2 ở bìa 3).

Lời giải:

Cách 1: Các điện trở có kích thước lớn thường được ghi trị số trực tiếp trên thân. Ví dụ như các điện trở công xuất, điện trở sứ.

Cách 2: Các điện trở có kích thước nhỏ được ghi trị số bằng các vạch màu theo một quy ước chung của thế giới (xem bảng 1 SGK. Trang 31).

Cách đọc: Điện trở thường được ký hiệu bằng 4 vòng màu, điện trở chính xác thì ký hiệu bằng 5 vòng màu

* Cách đọc trị số điện trở 4 vòng màu:

Vòng số 4 là vòng ở cuối luôn luôn có màu nhũ vàng hay nhũ bạc, đây là vòng chỉ sai số của điện trở, khi đọc trị số ta bỏ qua vòng này.

– Đối diện với vòng cuối là vòng số 1, tiếp theo đến vòng số 2, số 3

– Vòng số 1 và vòng số 2 là hàng chục và hàng đơn vị

– Vòng số 3 là bội số của cơ số 10.

– Trị số = (vòng 1)(vòng 2) x 10 (mũ vòng 3)

– Có thể tính vòng số 3 là số con số không “0” thêm vào

– Màu nhũ chỉ có ở vòng sai số hoặc vòng số 3, nếu vòng số 3 là nhũ thì số mũ của cơ số 10 là số âm.

* Cách đọc trị số điện trở 5 vòng màu: (điện trở chính xác)

– Vòng số 5 là vòng cuối cùng, là vòng ghi sai số, trở 5 vòng màu thì màu sai số có nhiều màu, do đó gây khó khăn cho ta khi xác định đâu là vòng cuối cùng, tuy nhiên vòng cuối luôn có khoảng cách xa hơn một chút.

– Đối diện vòng cuối là vòng số 1

– Tương tự cách đọc trị số của trở 4 vòng màu nhưng ở đây vòng số 4 là bội số của cơ số 10, vòng số 1, số 2, số 3 lần lượt là hàng trăm, hàng chục và hàng đơn vị

– Trị số = (vòng 1)(vòng 2)(vòng 3) x 10 (mũ vòng 4)

– Có thể tính vòng số 4 là số con số không “0” thêm vào

Bài C9 (trang 30 SGK Vật Lý 9):

Đọc trị số của các điện trở kĩ thuật cùng loại như hình 10.4a có trong bộ dụng cụ thí nghiệm

Lời giải:

Ví dụ đọc trị số điện trở như hình vẽ sau:

R = 45 × 10² Ω = 4,5 KΩ

Bởi vì vàng tương ứng với 4, xanh lục tương ứng với 5, và đỏ tương ứng với giá trị số mũ 2. Vòng màu cuối cho biết sai số của điện trở có thể trong phạm vi 5% ứng với màu kim loại vàng.

Bài C10 (trang 30 SGK Vật Lý 9):

Một biến trở con chạy có điện trở lớn nhất là 20Ω. Dây điện trở của biến trở là dây hợp kim nicrom có tiết diện 0,5mm² và được quấn đều chung quanh một lỏi sứ tròn đường kính 2cm. Tính số vòng dây của biến trở này.

Lời giải:

Ta có: Tiết diện của dây dẫn: S = 0,5 mm² = 0,5.10^-6 m²

Tra bảng 1, SGK, tr26 ta tìm được dây nicrom có điện trở suất: ρ = 1,10.10^-6 Ωm

Chiều dài của dây hợp kim là: l =  = 20.0,5.10^-6/(1,1.10^-6) = 9,09m

Vì dây được quấn đều chung quanh một lỏi sứ tròn đường kính d = 2cm = 0,02m nên một vòng quấn sẽ chiếm một chiều dài bằng chu vi của lỏi: C = π.d (lấy π = 3,14)

Số vòng dây của biến trở là: N =  = 145 vòng.