Vật lí 9 BÀI 10: BIẾN TRỞ - ĐIỆN TRỞ DÙNG TRONG KĨ THUẬT

[Tên để làm gì]

[TẶNG BẠN] TRỌN BỘ Bí kíp học tốt 08 môn
Chắc suất Đại học top - Giữ chỗ ngay!!

ĐĂNG BÀI NGAY để cùng trao đổi với các thành viên siêu nhiệt tình & dễ thương trên diễn đàn.

Bài 10: Biến trở - Điện trở dùng trong kĩ thuật ​

I. TÓM TẮT LÍ THUYẾT​

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.

C2:

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

Lời giải:
Trong trường hợp trên, đầu ra của con chạy [imath]C[/imath] không sẽ không còn được kết nối với nguồn điện nên nếu dịch chuyển con chạy [imath]C[/imath] 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.

- Cấu tạo gồm hai bộ phận chính:

+ Con chạy hoặc tay quay
+ Cuộn dây bằng hợp kim có điện trở suất lớn


- Kí hiệu

C3:
Biến trở được mắc nối tiếp vào mạch điện, chẳng hạn với hai điểm [imath]A[/imath] và [imath]N[/imath] của các biến trở ở hình 10.la và b. Khi đó nếu dịch chuyển con chạy hoặc tay quay [imath]C[/imath] 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 [imath]C[/imath] 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.


C4:

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.

- 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 [imath]\Rightarrow[/imath] 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 ([imath]B, C[/imath])
+ Biến trở than ([imath]A[/imath])

- Phân loại biến trở theo bộ phận điều chỉnh:
+ Biến trở con chạy ([imath]B[/imath])
+ Biến trở tay quay ([imath]A, C[/imath])

3. Điều chỉnh biến trở để điều chỉnh cường độ dòng điện

C5:

Vẽ sơ đồ mạch điện như hình 10.3 (SGK).

​

Lời giải:

C6: Tìm hiểu trị số điện trở lớn nhất của biến trở được sử dụng và cường độ lớn nhất của dòng điện cho phép chạy qua biến trở đó.
+ Mắc mạch điện theo hình 10.3. Đẩy con chạy [imath]C[/imath] về sát điểm [imath]N[/imath] để biến trở có điện trở lớn nhất.
+ Đóng công tắc rồi dịch chuyển con chạy [imath]C[/imath] 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 [imath]C[/imath] ở điểm [imath]N[/imath] thì biến trở có giá trị điện 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 [imath]M[/imath].
Khi con chạy đặt ở điểm [imath]M[/imath] thì dòng điện hầu như không chạy qua cuộn dây của biến trở, điện trở của biến trở khi ấy là nhỏ nhất.

Kết luận: Biến trở có thể được dùng để điều chỉnh cường độ dòng điện trong mạch khi thay đổi trị số điện trở của nó

4. Các điện trở thường dùng trong kĩ thuật​

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

C7: 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 ([imath]1M\Omega[/imath] = 10^6 \Omega$ ). Các điện trở này được chế tạo bằng một lớp than hay lớp kim loại mỏng phủ ngoài một lõi 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 lõi cách điện (thường bằng sứ), nên khi áp điện vào hai đầu thì điện trở tham gia vào mạch sẽ có tiết diện [imath]S[/imath] rất nhỏ (không được nhầm lẫn với tiết diện của lõi sứ)
Mặt khác [imath]R = \rho.\dfrac{l}{S}[/imath] nên khi [imath]S[/imath] rất nhỏ thì [imath]R[/imath] rất lớn, có thể lên đến cỡ [imath]M\Omega[/imath]

b) Nhận dạng cách ghi trị số điện trở
- Cách 1: Trị số được ghi trên điện trở

- Cách 2: Trị số được thể hiện bằng các vòng màu sơn trên điện trở

Cách tính toán giá trị điện trở:

+ Đối với điện trở 4 vạch màu:
• Vạch màu thứ nhất: Chỉ giá trị hàng chục trong giá trị điện trở
• Vạch màu thứ hai: Chỉ giá trị hàng đơn vị trong giá trị điện trở
• Vạch màu thứ ba: Chỉ hệ số nhân với giá trị số mũ của 10 dùng nhân với giá trị điện trở
• Vạch màu thứ 4: Chỉ giá trị sai số của điện trở

+ Đối với điện trở 5 vạch màu:
• Vạch màu thứ nhất: Chỉ giá trị hàng trăm trong giá trị điện trở
• Vạch màu thứ hai: Chỉ giá trị hàng chục trong giá trị điện trở
• Vạch màu thứ ba: Chỉ giá trị hàng đơn vị trong giá trị điện trở
• Vạch màu thứ 4: Chỉ hệ số nhân với giá trị số mũ của 10 dùng nhân với giá trị điện trở
• Vạch màu thứ 5: Chỉ giá trị sai số của điện trở

C8: 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 suất, 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


II/ VẬN DỤNG
C9: 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: [imath]R = 45 × 10^2 \Omega[/imath] = 4,5 K \Omega$ 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 [imath]5%[/imath] ứng với màu kim loại vàng.

C10: Một biến trở con chạy có điện trở lớn nhất là [imath]20 \Omega[/imath]. Dây điện trở của biến trở là dây hợp kim nicrom có tiết diện [imath]0,5mm^2[/imath] và được quấn đều chung quanh một lõi sứ tròn đường kính [imath]2cm[/imath]. Tính số vòng dây của biến trở này.
Lời giải:
Ta có: Tiết diện của dây dẫn: [imath]S = 0,5 mm^2[/imath] = 0,5.10^{-6} m^2$
Tra bảng 1, SGK, trang 26 ta tìm được dây nicrom có điện trở suất: [imath]\rho = 1,10.10^{-6} \Omega.m[/imath]
Chiều dài của dây hợp kim là: [imath]l = \dfrac{R.S}{\rho} = \dfrac{20.0,5.10^{-6}}{(1,1.10^{-6})} = 9,09m[/imath]
Vì dây được quấn đều chung quanh một lõi sứ tròn đường kính [imath]d = 2cm = 0,02m[/imath] nên một vòng quấn sẽ chiếm một chiều dài bằng chu vi của lỏi: [imath]C = \pi.d[/imath] (lấy [imath]\pi = 3,14[/imath])
Số vòng dây của biến trở là: [imath]N = \dfrac{l}{\pi.d} = \dfrac{9,09}{\pi.0,02} = 145[/imath] vòng.

Phần này lý thuyết cũng nhiều và bài tập dễ nhầm, các em lưu ý nhé!

 

[Nguyễn Đình Trường]

BÀI 10: BIẾN TRỞ - ĐIỆN TRỞ DÙNG TRONG KĨ THUẬT​

​

Bài 10.3.​

Cuộn dây của một biến trở con chạy được làm bằng hợp kim nikelin có điện trở suất [imath]0,40.10^{-6}\Omega.m[/imath], có tiết diện đều là [imath]0,60mm^{2}[/imath] và gồm [imath]500[/imath] vòng quấn thành một lớp quanh lõi sứ trụ tròn đường kính [imath]4cm[/imath].
a) Tính điện trở lớn nhất của biến trở này.
b) Hiệu điện thế lớn nhất được phép đặt lên hai đầu cuộn dây của biến trở là [imath]67V[/imath]. Hỏi biến trở này có thể chịu được dòng điện có cường độ lớn nhất bằng bao nhiêu?

Lời giải:

+) Đổi: [imath]S=0,60mm^{2}=6.10^{-7}m^{2}[/imath]
+) [imath]d=4cm=0,04m[/imath]
a) +) Chu vi lõi sứ: [imath]C=d.\pi=0,04\pi[/imath]
+) Độ dài cuộn dây: [imath]l=C.500=500.0,04\pi=20\pi(m)[/imath]

+) Điện trở lớn nhất của biến trở: [imath]R_{max}=\rho \dfrac{l}{S}=0,40.10^{-6}.\dfrac{20\pi}{6.10^{-7}}=\dfrac{40}{3}\pi\approx 41,9\Omega[/imath]

b) +) Cường độ dòng điện lớn nhất mà biến trở chịu được: [imath]I_{max}=\dfrac{U_{max}}{R_{max}}=\dfrac{67}{41,9}\approx1,6A[/imath]

Bài 10.4.​

Cho mạch điện có sơ đồ như hình [imath]10.1[/imath], trong đó hiệu điện thế giữa hai điểm [imath]A[/imath] và [imath]B[/imath] được dữ không đổi và đèn sáng bình thường khi biến trở có điện trở bằng [imath]0[/imath]. Câu phát biểu nào sau đầy là đúng? A. Đèn sáng mạnh lên khi di chuyển con chạy của biến trở về đầu [imath]M[/imath]. B. Đèn sáng yếu đi khi di chuyển con chạy của biến trở về đầu [imath]M[/imath]. C. Đèn sáng mạnh lên khi di chuyển con chạy của biến trở về đầu [imath]N[/imath]. D. Cả ba câu trên đều không đúng.

Lời giải:

Chọn: A. Đèn sáng mạnh lên khi di chuyển con chạy của biến trở về đầu [imath]M[/imath].

Giải thích:

+) Khi dịch chuyển con chay về phía [imath]M[/imath] thì điện trở của biến trở sẽ giảm mà biến trở mắc nối tiếp với đèn nên là khi điện trở của biến trở giảm suy ra điện trở tương đương của mạch giảm mà hiệu điện thế không đổi nên đèn sẽ sáng mạnh lên.

Bài 10.5.​

Một bóng đèn có hiệu điện thế định mức [imath]2,5V[/imath] và cường độ dòng điện định mức [imath]0,4A[/imath] được mắc với một biến trở con chạy để sử dụng với nguồn điện có hiệu điện thế không đổi [imath]12V[/imath].
a) Đèn và biến trở phải mắc với nahu như thế nào để đèn có thể sáng bình thường? Vẽ sơ đồ mạch điện này.
b) Để đèn sáng bình thường thì phải điều chình biến trở có điện trở là bao nhiêu.
c) Nếu biến trở có điện trở lớn nhất là [imath]40\Omega[/imath] thì khi đèn sáng bình thường dòng điện chạy qua bao nhiêu phần trăm (%) tổng số vòng của biến trở?

Lời giải:
a)

+) Ta thấy: [imath]U_{dm}<U (2,5V<12V)[/imath] nên không thể mắc đèn và điện trở song song được vì khi mắc song song [imath]U_{đ}=U=12V>2,5V[/imath] [imath]\Rightarrow[/imath] đèn sẽ bị cháy. +) Vậy cần mắc Đèn và điện trở nối tiếp nhau. +) Ta có sơ đồ như hình bên.

b) +) Điện trở của đèn: [imath]R_{đ}=\dfrac{U_{đm}}{I_{đm}}=\dfrac{2,5}{0,4}=6,25\Omega[/imath]

+) Do đèn sáng bình thường nên: [imath]I=I_{đm}=0,4A[/imath]

+) Điện trở tương đương của mạch: [imath]R_{tđ}=\dfrac{U}{I}=\dfrac{12}{0,4}=30\Omega[/imath]

+) Mà [imath]R_{tđ}=R_{đ}+R[/imath]
[imath]\Rightarrow R=R_{tđ}-R_{đ}=30-6,25=23,75\Omega[/imath]

c) +) Dòng điện chạy qua số % tổng số vòng của biến trở: [imath]x=\dfrac{R}{R_{0}}.100[/imath] % [imath]=\dfrac{23,75}{40}.100[/imath] % [imath]=59,375[/imath] %.

Bài 10.6.​

Trong mạch điện có sơ đồ như hình [imath]10.2[/imath], nguồn điện có hiệu điện thế không đổi [imath]12V[/imath]. a) Điều chỉnh con chạy của biến trở đẻ vôn kế chỉ [imath]6V[/imath] thì ampe kế chỉ [imath]0,5A[/imath]. Hỏi khi dó biến trở có điện trở là bao nhiêu? b) Phải điều chỉnh biến trở là bao nhiêu để vôn kế chỉ [imath]4,5V[/imath].

Lời giải:

a) +) Gọi điện trở của biến trở là [imath]R_{b}[/imath].
+) Ta có: [imath]U_{v}=U_{R}=6V[/imath]
và [imath]I_{A}=I=I_{R}=I_{b}=0,5A[/imath]

+) [imath]R=\dfrac{U_{R}}{I_{R}}=\dfrac{6}{0,5}=12\Omega[/imath]

+) [imath]U_{b}=U-U_{v}=12-6=6V[/imath]

+) Điện trở của biến trở: [imath]R_{b}=\dfrac{U_{b}}{I_{b}}=\dfrac{6}{0,5}=12\Omega[/imath]

b) +) Khi [imath]U_{v}'=4,5V[/imath]

[imath]\Rightarrow I_{R}'=I'=I_{b}'\dfrac{U_{v}'}{R}=\dfrac{4,5}{12}=0,375A[/imath]

+) [imath]U_{b}'=U-U_{v}'=12-4,5=7,5V[/imath]

+) Điện trở biến trở lúc này: [imath]R_{b}'=\dfrac{U_{b}'}{I_{b}'}=\dfrac{7,5}{0,375}=20\Omega[/imath].

Bài 10.14.​

Một điện trở [imath]R_{b}[/imath] có điện trở lớn nhất là [imath]30\Omega[/imath] đước mắc với hai điện trở [imath]R_{1}=15\Omega[/imath] và [imath]R_{2}=10\Omega[/imath] thành đoạn mạch có sơ đồ như hình [imath]10.5[/imath], trong đó hiệu điện thế không đổi [imath]4,5V[/imath]. Hỏi khi điều chỉnh biến trở thì cường độ dòng điện chạy qua điện trở [imath]R_{1}[/imath] có giá trị lớn nhất [imath]I_{max}[/imath] và nhỏ nhất [imath]I_{min}[/imath] bằng bằng bao nhiêu?

Lời giải:

+) Ta có mạch điện: $[(R_{2}//R_{b})ntR_{1}].

+) [imath]R_{2b}=\dfrac{R_{2}.R_{b}}{R_{2}+R_{b}}=\dfrac{10R_{b}}{10+R_{b}}[/imath]

+) Điện trở tương đương: [imath]R_{tđ}=R_{1}+R{2b}=15+\dfrac{10R_{b}}{10+R_{b}}=\dfrac{150+25R_{b}}{10+R_{b}}[/imath]

+) Để [imath]I_{max}[/imath] thì [imath]R_{tđ}[/imath] nhỏ nhất mà [imath]R_{tđ}[/imath] nhỏ nhất khi [imath]R_{b}=0[/imath].
[imath]R_{tđ}=15\Omega[/imath]

[imath]\Rightarrow I_{max}=\dfrac{U}{R_{tđ}}=\dfrac{4,5}{15}=0,3A[/imath].

+) Để [imath]I_{min}[/imath] thì [imath]R_{tđ}[/imath] lớn nhất mà [imath]R_{tđ}[/imath] lớn nhất khi [imath]R_{b}=30\Omega[/imath].
[imath]R_{tđ}'=22,5\Omega[/imath]

[imath]\Rightarrow I_{min}=\dfrac{U}{R_{tđ}'}=\dfrac{4,5}{22,5}=0,2A[/imath].