A. Lý thuyết
- Biến trở là điện trở có thể thay đổi được trị số và có thể được sử dụng để điều chỉnh cường độ dòng điện trong mạch.
- Biến trở có thể mắc nối tiếp, mắc song song hoặc mắc hỗn hợp với các thiết bị trong mạch điện.
B. Phương pháp
- Áp dụng các công thức về tính điện trở của biến trở:
+ \[R = \rho \dfrac{l}{S}\]
+ Mắc nối tiếp: \[{R_{t{\rm{d}}}} = {R_b} + R\]
+ Mắc song song: \[\dfrac{1}{{{R_{t{\rm{d}}}}}} = \dfrac{1}{{{R_b}}} + \dfrac{1}{R}\]
- Áp dụng định luật Ôm: \[I = \dfrac{U}{{{R_{t{\rm{d}}}}}}\]
Bài tập ví dụ:
Một biến trở có ghi \[\left[ {40\Omega - 0,5A} \right]\].
a] Nêu ý nghĩa con số ghi trên biến trở.
b] Hiệu điện thế lớn nhất mà biến trở chịu được?
c] Biết trở này làm từ dây constan có chiều dài 8m, điện trở suất của constan là \[\rho = 0,{5.10^{ - 6}}\Omega .m\]. Tìm tiết diện của dây
Hướng dẫn giải
a]
Trên biến trở có ghi \[\left[ {40\Omega - 0,5A} \right]\]tức là:
+ Điện trở lớn nhất của biến trở là \[40\Omega \]
+ Cường độ dòng điện lớn nhất đi qua biến trở mà biến trở không bị hỏng là 0,5A.
b]
Áp dụng định luật Ôm \[I = \dfrac{U}{R} \Rightarrow U = I.R\]
Hiệu điện thế lớn nhất mà biến trở chịu được là:
\[{U_{\max }} = I.{R_{\max }} = 0,5.40 = 20V\]
c]
Áp dụng công thức: \[R = \rho \dfrac{l}{S} \Rightarrow S = \rho \dfrac{l}{R}\]
Tiết diện của dây là:
\[S = \dfrac{{\rho l}}{R} = \dfrac{{0,{{5.10}^{ - 6}}.8}}{{40}} = {10^{ - 7}}{m^2} = 0,1m{m^2}\]
Loigiaihay.com
Biến trở là gì?
Biến trở [tiếng Anh là variable resistor] là một điện trở mà giá trị của nó có thể điều chỉnh được. Biến trở có bản chất là một bộ chuyển đổi điện cơ vì nó hoạt động bằng cách trượt một tiếp điểm trên một phần tử điện trở. Khi biến trở được sử dụng như một bộ chia bằng cách sử dụng 3 cực thì nó được gọi là một chiết áp. Khi chỉ có hai cực, nó hoạt động như một điện trở biến đổi và được gọi là biến trở. Điện trở biến đổi có thể được điều khiển bằng điện tử thay thế cho điều khiển bằng cơ học. Những điện trở này được gọi là chiết áp kỹ thuật số.
Ký hiệu biến trở
Biến trở có ký hiệu là một hình chữ nhật hoặc hình zic zac có mũi tên chỉ xuống như hình bên dưới.
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
Khi chúng ta sử dụng thuật ngữ biến trở, có nghĩa là chúng ta đang nói về điện trở tuyến tính [theo mặc định]. Điện trở tuyến tính, như chúng ta biết là những điện trở có giá trị điện trở không đổi, ngay cả khi điện áp và dòng điện qua nó thay đổi. Điện áp và dòng điện tuân theo định luật ohm và tỷ lệ thuận với nhau.
Một biến trở điển hình có 3 cực. Trong số ba cực này, hai cực cố định ở đầu của điện trở. Các cực được làm bằng kim loại. Cực còn lại là một cực di chuyển, thường được gọi là cần gạt. Vị trí của cực này trên dải điện trở quyết định giá trị của biến trở.
Những điện trở này có thể cho ra các giá trị điện trở khác nhau, bằng cách này chúng ta có thể điều chỉnh giá trị điện trở để kiểm soát dòng điện và điện áp.
Để làm như vậy, một dải điện trở được đặt ở giữa hai cực cố định của thiết bị, một cực thứ 3 là một cực di động, sẽ di chuyển trượt trên dải này.
Như ta đã biết: trở kháng của một vật liệu tỷ lệ thuận với chiều dài của vật liệu. Và đó chính là nguyên lý hoạt động của biến trở. Khi thay đổi vị trí của cực thứ 3 ta cũng đồng thời thay đổi chiều dài của vật liệu từ đó thay đổi giá trị điện trở.
Cấu tạo chính của một biến trở là vật liệu có trở kháng. Vật liệu này có thể là một trong các loại sau:
Carbon [còn gọi là biến trở than]: Một trong những loại phổ biến nhất, cấu tạo của nó từ vật liệu là hạt cacbon. Chi phí sản xuất thấp, độ nhiễu thấp nên loại này được sản xuất phổ biến. Tuy nhiên, độ chính xác của nó không cao nên các nhà sản xuất đã tìm kiếm các giải pháp thay thế khác.
Dây cuốn: Một vật cách điện được cuốn bằng dây nichrome. Loại này chủ yếu được sử dụng trong các ứng dụng công suất cao, cần tuổi thọ cao và chính xác. Hạn chế duy nhất của loại này là độ phân giải có hạn.
Nhựa dẫn điện: Do độ phân giải của nó, loại này thường được sử dụng trong các ứng dụng âm thanh cao cấp. Ứng dụng của loại này bị hạn chế vì chúng tốn kém và chỉ có thể sử dụng trong các ứng dụng công suất thấp.
Cermet: Một loại vật liệu rất ổn định, nó có hệ số nhiệt độ thấp và có khả năng chịu nhiệt độ cao. Tuy nhiên, loại này có tuổi thọ ngắn và rất đắt.
Các loại biến trở
Một số loại biến trở phổ biến là:
Chiết áp [Potentiometer]:
Là loại biến trở có 3 cực, tất cả 3 cực được sử dụng trong một mạch, điện áp đầu ra được lấy từ cực di chuyển, biến trở này được gọi là chiết áp. Nó trông giống như một mạch chia điện áp, như hình dưới đây.
Ở đây, hai cực cố định được nối vào nguồn điện áp. Điều này có nghĩa là điện áp giảm dọc theo đường điện trở, và bằng với điện áp nguồn. Mạch đầu ra được kết nối với cực di chuyể. Bằng cách thay đổi vị trí của cực di chuyển, chúng ta có thể thay đổi điện trở và điện áp trên tải.
Nguyên lý này được sử dụng trong các mạch cần điều khiển điện áp.
Đường điện trở có thể có hình dạng vòng cung hoặc có thể là đường thẳng. Đặc tính này quyết định dạng hình học của chiết áp.
Chiết áp trong sơ đồ mạch được ký hiệu như trong hình bên dưới.
Biến trở điều chỉnh dòng [rheostat]:
Biến trở [chính xác là biến trở điều chỉnh dòng điện]: Khi một biến trở được sử dụng trong một mạch để điều khiển dòng điện, nó được gọi là biến trở [điều chỉnh dòng]. Ở đây một cực sẽ cố định và một cực di động. Cực cố định thứ ba không được sử dụng. Kết nối theo cách này giúp giảm hoặc tăng dòng điện qua mạch bằng cách chỉ thay đổi vị trí của cần gạt. Khi điện trở thay đổi, dòng điện sẽ thay đổi theo hướng nghịch lại. Tức là khi tăng trở kháng, dòng điện qua mạch sẽ giảm.
Vì các điện trở này phải mang theo một lượng lớn dòng điện, nên nó phải đủ mạnh để chịu được dòng điện thay đổi đi qua. Do đó, vật liệu điện trở dây cuốn là lựa chọn phổ biến nhất khi biến trở được sử dụng như một bộ biến trở điều chỉnh dòng.
Chúng ta cũng có thể biến bất kỳ biến trở 3 cực [chiết áp] thành 1 biến trở điều chỉnh dòng. Thực hiện bằng cách đấu dây cực cố định [cực không sử dụng] với cực di động thành 1 cực duy nhất.
Biến trở điều chỉnh dòng được ký hiệu như hình bên dưới:
Biến trở tinh chỉnh:
Biến trở tinh chỉnh là phiên bản thu nhỏ của biến trở và có ba cực. Nó có thể được gắn trực tiếp trên mạch và thông thường giá trị của nó được điều chỉnh chỉ một lần duy nhất trong quá trình hiệu chỉnh mạch. Nó có một vít điều chỉnh gắn vào điện trở, được điều chỉnh bằng cách sử dụng tua vít để có được trở kháng mong muốn. Trở kháng biến thiên theo đường logarit.
Biến trở tinh chỉnh được ký hiệu như hình dưới đây:
10:24:4715/10/2019
Biến trở chính là một loại linh kiện được sử dụng để điều chỉnh cường độ dòng diện và được ứng dụng rất nhiều trong thực tế như: Điều chỉnh tiếng tivi, radio, độ sáng bóng đèn, tốc độ quay của cánh quạt,... Chúng ta cùng tìm hiểu chi tiết Biến trở là gì? Biến trở được cấu tạo ra sao và hoạt động như thế nào? Có ứng dụng gì trong kỹ thuật? qua bài viết này.
I. Biến trở, Cấu tạo và hoạt động của Biến trở
1. Biến trở là gì? các loại biến trở
• Biến trở là điện trở có thể thay đổi trị số và có thể được sử dụng để điều chỉnh cường độ dòng điện trong mạch.
• Các loại biến trở:
- Biến trở con chạy
- Biến trở tay quay
- Biến trở than [chiết áp]
* Câu 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, d.
° Lời giải Câu C4 trang 29 SGK Vật Lý 9:
- 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.
2. Công dụng của biến trở, sử dụng biến trở để điều chỉnh cường độ dòng điện
- Biến trở được sử dụng để điều chỉnh cường độ dòng điện trong mạch khi thay đổi trị số điện trở của nó.
- Biến trở được dùng trong kĩ thuật, chẳng hạn như các mạch điện của radio, tivi,...
II. Các Điện trở dùng trong kỹ thuật
• Thường trong các mạch điện tử, trên mỗi điện trở có ghi thông số kỹ thuật và giá trị của điện trở.
• Có hai cách ghi trị số các điện trở
- Trị số được ghi ngay trên điện trở
- Trên điện trở có sơn các vòng màu sắc biểu thị giá trị của điện trở
* Câu 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 Câu C7 trang 30 SGK Vật Lý 9:
- 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:
* Câu 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
- Cách 2: Trị số được thể hiện bằng các vòng màu sơn điện trở
° Lời giải Câu C8 trang 30 SGK Vật Lý 9:
- 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.
- Cách đọc: Điện trở thường được ký hiệu bằng 4 vòng màu, điện trở chính xác thì ký hiệu bằng 5 vòng màu
III. Vận dụng đọc thông số của Biến trở
* Câu C9 trang 30 SGK Vật Lý 9: Đọc trị số của các điện trở cùng loại như hình 10.4a có trong bộ dụng cụ thí nghiệm.
° Lời giải Câu C9 trang 30 SGK Vật Lý 9:
- Màu của vòng 1 và của vòng 2 cho hai số đầu của trị số điện trở, màu của vòng 3 cho luỹ thừa của 10 nhân với hai số đầu đã xác định trên đây. Vòng 4 cho trị số của sai số.
- Ví dụ: Vòng 1 màu đỏ tương ứng với số 2 cho trong bảng trên, vòng 2 màu lục tương ứng với số 5, vòng 3 màu tím tương ứng với x107 Ω. Như vậy, trị số điện trở với 3 vòng màu đỏ, lục, tím là: 25.107 Ω = 250.106 Ω = 250 MΩ.
* Câu 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 lõi sứ tròn đường kính 2cm. Tính số vòng dây của biến trở này.
° Lời giải Câu C10 trang 30 SGK Vật Lý 9:
- 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 dây nicrom có điện trở suất: ρ = 1,10.10-6 [Ωm]
- Chiều dài của dây hợp kim là: l = RS/ρ = 20.0,5.10-6/[1,1.10-6] = 9,09[m].
- Vì dây được quấn đều chung quanh một lõi sứ tròn với đường kính d = 2cm = 0,02m nên một vòng quấn 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/[3,14.0,02] = 145[vòng].
Hy vọng với bài viết hệ thống lại kiến thức về Biến trở, Cấu tạo và công dụng của Biến trở, Điện trở dùng trong kỹ thuật và Bài tập ở trên hữu ích cho các em. Mọi góp ý và thắc mắc các em vui lòng để lại bình luận dưới bài viết để HayHocHoi.Vn ghi nhận và hỗ trợ, chúc các em học tập tốt.
¤ Xem thêm các bài viết khác tại:
» Mục lục bài viết SGK Hóa 9 Lý thuyết và Bài tập
» Mục lục bài viết SGK Vật lý 9 Lý thuyết và Bài tập