Giải bài tập SGK Vật lý 9 Bài 10: Biến trở- Điện trở dùng trong kĩ thuật

Quan sát hình ảnh chụp, hình 10.1 (hoặc biến trở thật) để nhận dạng các loại biến trở.

Phương pháp giải

Để trả lời câu hỏi trên ta cần quan sát thực tế các loại biến trở.

Hướng dẫn giải

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

Phương pháp giải

Để trả lời câu hỏi trên cần biết điện trở của dây dẫn tỉ lệ thuận với chiều dài l của dây dẫn, tỉ lệ nghịch với tiết diện S của dây dẫn và phụ thuộc vào vật liệu làm dây dẫn: R=ρl/S

Hướng dẫn giải

• Nếu mắc hai đầu A, B của cuộn dây này nối tiếp vào mạch điện thì khi dịch chuyển con chạy C, biến trở không có tác dụng thay đổi điện trở.
• Vì khi đó, nếu dịch chuyển con chạy C thì dòng điện vẫn chạy qua toàn bộ cuộn dây của biến trở, con chạy không có tác dụng làm thay đổi chiều dài của phần cuộn dây có dòng điện chạy qua.

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

Phương pháp giải

Để biết khi dịch chuyển con chạy hoặc tay quay c thì điện trở của mạch có thay đổi không và vì sao thì ta cần nhớ: Điện trở của dây dẫn tỉ lệ thuận với chiều dài l của dây dẫn, tỉ lệ nghịch với tiết diện S của dây dẫn và phụ thuộc vào vật liệu làm dây dẫn: R=ρl/S

Hướng dẫn 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.

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.

Phương pháp giải

Để ô tả hoạt động của biến trở có kí hiệu sơ đồ a, b, c ta cần biết điện trở của dây dẫn tỉ lệ thuận với chiều dài l của dây dẫn, tỉ lệ nghịch với tiết diện S của dây dẫn và phụ thuộc vào vật liệu làm dây dẫn: R=ρl/S

Hướng dẫn giải

• Hoạt động của biến trở có kí hiệu sơ đồ a, b, c trên hình 10.2 SGK : Khi dịch chuyển con chạy thì sẽ làm thay đổi chiều dài của phần cuộn dây có dòng điện chạy qua, 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.

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

Phương pháp giải

Để vẽ sơ đồ mạch điện như hình 10.3 ta cần quan sát và nhận biết mạch điên gồm có các thiết bị được mắc nối tiếp là: nguồn điện, khóa k, bóng đèn, điện trở.

Hướng dẫn giải

Sơ đồ của mạch điện như hình 10.1 được vẽ như sau:

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?

Phương pháp giải

Để trả lời câu hỏi trên cần áp dụng:

• Hệ thức định luật Ôm I=U/R
• R càng lớn thì I càng nhỏ.

Hướng dẫn 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.

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 \((1M\Omega = 10^6\Omega )\). 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.

Phương pháp giải

Để trả lời câu hỏi trên cần biết Điện trở của dây dẫn tỉ lệ thuận với chiều dài l của dây dẫn, tỉ lệ nghịch với tiết diện S của dây dẫn và phụ thuộc vào vật liệu làm dây dẫn: R=ρl/S

Hướng dẫn 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.

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

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

Phương pháp giải

Để trả lời câu hỏi trên cần nắm rõ lý thuyết về cách ghi trị số các điện trở kĩ thuật.

Hướng dẫn 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).

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

Phương pháp giải

Để trả lời câu hỏi trên cần áp dụng biết : 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.

Bảng 1: Trị số của điện trở được quy định theo các vòng màu

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.

Hướng dẫn giải

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

Màu 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.

⇒ R = 45 × 10² Ω = 4,5 KΩ

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.

Phương pháp giải

Để trả lời câu hỏi trên cần:

• Áp dụng công thức tính điện trở của dây dẫn: R = ρl/S ⇒ l
• Tính chu vi đường tròn: C = 2πr = πd ⇒ số vòng dây của biến trở: N = l/C

Hướng dẫn giải

• Ta có: Tiết diện của dây dẫn: S = 0,5 mm² = 0,5.10^-6 m²
• Tra bảng 1, SGK Vật lí 9, trang 26 ta tìm được dây nicrom có điện trở suất: ρ = 1,10.10^-6 Ωm

⇒ Chiều dài của dây hợp kim là: \(l = \frac{{RS}}{\rho } = \frac{{20.0,{{5.10}^{ - 6}}}}{{1,{{1.10}^{ - 6}}}} = 9,09m\)

• 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 lõi: C = π.d (lấy π = 3,14)

⇒ Số vòng dây của biến trở là: \(N = \frac{l}{{\pi d}} = \frac{{9,09}}{{\pi .0,02}} = 145\:\:vòng\)

Vậy,

• Chiều dài của dây hợp ki là l = 9,09m.
• Số vòng dây của biến trở là N = 145 vòng.