Biến trở – Điện trở dùng trong kĩ thuật chi tiết Vật Lý 9

Mời các em học sinh và quý thầy cô, phụ huynh tham khảo bài viết giới thiệu về chuyên đề Biến trở – Điện trở dùng trong kĩ thuật do HOCMAI sưu tầm và biên soạn. Bài viết bao gồm phần tổng hợp lý thuyết và phần hướng dẫn giải chi tiết bài tập trong SGK Vật Lý 9.

 

Bài viết tham khảo thêm:

• Sự phụ thuộc của điện trở vào chiều dài dây dẫn
• Sự phụ thuộc của điện trở vào tiết diện dây dẫn
• Sự phụ thuộc của điện trở vào vật liệu làm dây dẫn

 

I. Lý thuyết Biến trở – Điện trở dùng trong kĩ thuật

1. Biến trở

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

– Cấu tạo gồm hai bộ phận chính:

• Tay quay hoặc con chạy
• Cuộn dây bằng chất liệu hợp kim có điện trở suất lớn

– Kí hiệu:

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

2. Các loại biến trở thường dùng

Có nhiều cách để phân loại biến trở:

– Theo chất liệu cấu tạo:

• Biến trở dây quấn (B, C)
• Biến trở than (A)

– Theo bộ phận điều chỉnh:

• Biến trở con chạy (B)
• Biến trở tay quay (A, C)

3. Các điện trở thường dùng trong kĩ thuật

a) Cấu tạo

Các điện trở được chế tạo bằng một lớp kim loại hay than loại mỏng phủ bên ngoài một lõi cách điện (thường làm bằng sứ).

b) Nhận dạng cách ghi trị số của điện trở

• Cách 1: Trị số được ghi ở trên điện trở
• Cách 2: Trị số được thể hiện qua các vòng màu sơn trên điện trở

Cách để tính toán giá trị điện trở:

– Điện trở 4 vạch màu:

• Vạch màu đầu tiên → Chỉ giá trị hàng chục ở trong giá trị điện trở
• Vạch màu thứ hai → Chỉ giá trị hàng đơn vị ở trong giá trị điện trở
• Vạch màu thứ ba → Chỉ hệ số nhân với giá trị số mũ của 10 sử dụng nhân với giá trị điện trở
• Vạch màu thứ 4 → Chỉ giá trị sai số của điện trở

– Điện trở 5 vạch màu:

• Vạch màu đầu tiên → Chỉ giá trị hàng trăm ở trong giá trị điện trở
• Vạch màu thứ hai → Chỉ giá trị hàng chục ở trong giá trị điện trở
• Vạch màu thứ ba → Chỉ giá trị hàng đơn vị ở trong giá trị điện trở
• Vạch màu thứ 4 → Chỉ hệ số nhân với giá trị số mũ của 10 sử dụng nhân với giá trị điện trở
• Vạch màu thứ 5 → Chỉ giá trị sai số của điện trở

Ví dụ:

– Điện trở tại vị trí bên trái có giá trị sẽ được tính như sau: R = 45 × 102Ω = 4,5 KΩ bởi vì màu vàng tương ứng với 4, màu xanh lục tương ứng với 5, và màu đỏ tương ứng với giá trị số mũ 2. Vòng màu cuối sẽ cho biết sai số của điện trở có thể ở trong phạm vi là 5% ứng với màu kim loại vàng.

– Điện trở tại vị trí giữa có giá trị sẽ được tính như sau: R = 380 × 103 Ω = 380 KΩ bởi vì màu cam tương ứng với 3, màu xám tương ứng với 8, màu đen tương ứng với 0, và màu cam tương ứng với giá trị số mũ bằng 3. Vòng màu cuối cho biết giá trị sai số phạm vi là 2% tương ứng với màu đỏ.

– Điện trở tại vị trí bên phải có giá trị sẽ được tính như sau: R = 527 × 104 Ω = 5270 KΩ bởi vì màu xanh lục tương ứng với 5, màu đỏ tương ứng với 2, và màu tím tương ứng với 7, màu vàng tương ứng với số mũ 4, và màu nâu tương ứng với sai số là 1%. Vòng màu cuối cho biết sự thay đổi giá trị theo nhiệt độ là 10 PPM/°của điện trở.

 

II. Giải bài tập Biến trở – Điện trở dùng trong kĩ thuật SGK Vật Lý 9 

Bài C2 | Trang 29 SGK Vật Lý 9

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

Gợi ý đáp án

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

Bài C3 | Trang 29 SGK Vật Lý 9

Biến trở được mắc nối tiếp vào mạch điện, chẳng hạn như với hai điểm A và N của các biến trở ở hình 10.1 a, b. Khi đó nếu dịch chuyển tay quay hoặc con chạy C thì điện trở của mạch điện có thay đổi hay không? Vì sao?

Gợi ý đáp án

Ở trường hợp trên, nếu dịch chuyển tay quay hoặc con chạy C thì chiều dài của phần cuộn dây có dòng điện chạy qua sẽ bị thay đổi và điện trở của biến trở cũng sẽ thay đổi theo. Vậy nên điện trở của mạch điện cũng sẽ thay đổi.

Bài C4 | Trang 29 SGK Vật Lý 9

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

Gợi ý đáp án

Khi dịch chuyển con chạy, chiều dài của phần cuộn dây có dòng điện chạy qua sẽ bị thay đổi. Qua đó cũng làm thay đổi điện trở của biến trở.

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

Bài C5 | Trang 29 SGK Vật Lý 9

Vẽ sơ đồ mạch điện như hình 10.3 trong SGK.

Gợi ý đáp án

Các em học sinh sẽ vẽ sơ đồ của mạch điện tương tự như hình 10.1.

Bài C6 | Trang 29 SGK Vật Lý 9

Tìm hiểu về trị số điện trở lớn nhất của biến trở được dùng và cường độ lớn nhất của dòng điện được cho phép chạy qua biến trở đó.

• Mắc mạch điện theo hình 10.3 trong SGK. Đẩy con chạy C trở về sát điểm N để biến trở có điện trở lớn nhất.
• Đóng công tắc sau đó dịch chuyển con chạy C để cho đèn sáng hơn. Tại sao?
• Để đèn sáng mạnh nhất thì cần phải dịch con chạy của biến trở đến vị trí nào? Vì sao?

Gợi ý đáp án

– Để con chạy C tại điểm N thì biến trở sẽ có giá trị điện trở lớn nhất, bởi vì khi đó dòng điện sẽ chạy qua tất cả cuộn dây của biến trở.

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

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

Bài C7 | Trang 30 SGK Vật Lý 9

Trong kĩ thuật, chẳng hạn như trong các mạch điện của tivi, radio,… người ta cần sử dụng các điện trở kích thước nhỏ với các trị số khác nhau, có thể là tới vài trăm megavon (1MΩ = 10^6Ω). Các điện trở này được làm bằng một lớp kim loại mỏng hay lớp than phủ ngoài một lõi cách điện (thường làm bằng sứ). Hãy giải thích vì sao lớp kim loại mỏng hay lớp than đó lại có điện trở lớn.

Gợi ý đáp án

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

Mặt khác R = ρ . 1/S nên khi S rất nhỏ → R rất lớn, có thể lên tới 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 ở hình 10.4a SGK

Cách 2: Trị số được thể hiện qua các vòng màu sơn điện trở ở hình 10.4b và hình 2 ở bài 3 SGK.

Gợi ý đáp án

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

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

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

– Cách đọc trị số điện trở có 4 vòng màu:

• Vòng cuối là vòng số 4 luôn luôn có màu nhũ vàng hoặc nhũ bạc, đây là vòng dùng để chỉ sai số của điện trở, ta sẽ bỏ qua vòng này khi đọc trị số.
• Đối diện với vòng cuối (vòng số 4) là vòng số 1, tiếp theo là vòng số 2 và số 3
• Vòng số 1 và vòng số 2 là hàng chục và hàng đơn vị trong giá trị điện trở
• Vòng số 3 chỉ bội số của cơ số 10.
• Trị số: (vòng 1)(vòng 2) x 10^ (mũ vòng 3)
• Vòng số 3 có thể tính là số con số “0” được thêm vào
• Màu nhũ chỉ có tại vòng sai số hoặc ở vòng số 3, nếu vòng số 3 là màu nhũ thì số mũ của cơ số 10 sẽ là số âm.

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

• Vòng cuối cùng là vòng số 5, là vòng ghi sai số. Trong trở 5 vòng màu thì màu sai số có nhiều màu, do đó gây cho ta khó khăn khi xác định đâu mới là vòng cuối cùng, tuy nhiên vòng cuối cùng luôn có khoảng cách xa hơn một chút.
• Đối diện với vòng cuối cùng là vòng số 1
• Tương tự như cách đọc trị số của trở 4 vòng màu nhưng tại đây vòng số 4 là bội số của cơ số 10, vòng số 1, số 2 và số 3 lần lượt sẽ là hàng trăm, hàng chục và hàng đơn vị trong giá trị điện trở.
• Trị số: (vòng 1)(vòng 2)(vòng 3) x 10^ (mũ vòng 4)
• Vòng số 4 có thể tính là số con số “0” thêm vào

Bài C9 | Trang 30 SGK Vật Lý 9

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

Gợi ý đáp án

Ví dụ: Đọc trị số điện trở như ở hình vẽ sau:

R = 45 × 10² Ω = 4,5 KΩ

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

Bài C10 | Trang 30 SGK Vật Lý 9

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

Gợi ý đáp án 

Ta có: 

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

Tra bảng 1 trang 26 SGK, ta tìm được điện trở suất của dây nicrom: ρ = 1,10.10^-6 Ω.m

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

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

Số vòng dây của biến trở là: N = l/(πd) = 9,09 . (π0,02) = 145

 

Vậy là các em học sinh và quý thầy cô, phụ huynh đã tham khảo xong bài giới tài liệu về chuyên đề Biến trở – Điện trở dùng trong kĩ thuật do HOCMAI sưu tầm và biên soạn. Hy vọng bài viết sẽ mang tới những kiến thức bổ ích và giúp các em học tốt môn Vật Lý 9.