Bài 10. BIẾN TRỞ - ĐIỆN TRỞ DÙNG TRONG KĨ THUẬT

A. KIẾN THỨC TRỌNG TÂM

1. Biến trở là điện trở có thể thay đổi trị số.

2. Sử dụng biến trở để điều chỉnh cường độ dòng điện trong mạch điện.

3. Trong thực tế, người ta còn sử dụng biến trở làm biến thế kế để thay đổi hiệu điện thế đặt vào hai đầu một đoạn mạch điện.

Lưu ý : Với những mạch điện có biến trở mắc song song với điện trở không đổi, đặc biệt khi điện trở của biến trở bằng không thì không có dòng điện chạy qua điện trở đó.

B. HƯỚNG DẪN TRẢ LỜI CÂU HỎI TRONG SGK VÀ BÀI TẬP TRONG SBT

C2. Khi dịch chuyển con chạy C của biến trở thì dòng diện 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. Vì vậy biến trở không có tác dụng thay đổi điện trở.

C3. Phần cuộn dây có dòng điện chạy qua là AC. Nếu dịch chuyển con chạy hoặc tay quay C sẽ làm thay đổi chiều dài phần AC của cuộn dây, do đó làm thay đổi điện trở của biến trở và của mạch điện.

C4. 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.

C5. Sơ đồ mạch điện được vẽ như hình 10.1.

Trong đó, điểm M, N trên hình vẽ được coi là trùng với con chạy C của biến trở.

C6. + Đẩy con chạy C về sát điểm N thì biến trở có điện trở lớn nhất. Đóng công tắc K thì độ sáng của đèn yếu nhất.

+ Dịch chuyển con chạy C thì phần biến trở có dòng điện chạy qua sẽ giảm, điện trở của biến trở giảm, điện trở của đoạn mạch giảm nên cường độ dòng điện trong mạch tăng, đèn sáng hơn.

+ Để đèn sáng mạnh nhất thì điện trở của biến trở phải bằng không. Phải dịch chuyển con chạy của biến trở tới vị trí M.

C7. Vì tiết diện của lớp than hay lớp kim loại mỏng nhỏ, mặt khác điện trở tỉ lệ nghịch với tiết diện nên chúng có điện trở lớn.

C10. Tính chiều dài của dây dẫn :

Số vòng dây của biến trở:

10.1. Chiều dài của dây dẫn là :

10.2. a) 50$\Omega$ là điện trở lớn nhất của biến trở ; 2,5 A là cường độ dòng điện lớn nhất mà biến trở chịu được.

b) Hiệu điện thế lớn nhất được phép đặt lên hai đầu cuộn dây của biến trở là :

$U_{max}$ = $I_{max}$$R_{max}$ = 2,5.50 = 125 V

c) Tiết diện của dây dẫn là :

10.3. a) Chiều dài của dây dẫn là :

l = N$\pi$D = 500.3,14.0,04 = 62,8 m.

Điện trở lớn nhất của biến trở là :

b) Biến trở chịu được dòng điện có cường độ lớn nhất là :

10.4. A. Cần lưu ý, khi điện trở của biến trở bằng không, con chạy ở vị trí M thì đèn sáng bình thường. Như vậy, nếu con chạy của biến trở đang ở vị trí như hình vẽ thì khi đẩy con chạy về đầu M, đèn sáng mạnh lên.

10.5. a) Vì hiệu điện thế định mức của đèn nhỏ hơn hiệu điện thế của nguồn nên để đèn có thể sáng bình thường thì đèn và biến trở phải mắc nối tiếp với nhau (Hình 10.2).

b) Khi đèn sáng bình thường thì hiệu điện thế giữa hai đầu của đèn là $U_{D}$ = 2,5 V ; cường độ dòng điện qua đèn là $I_{D}$ = 0,4 A. Vì đèn và biến trở mắc nối tiếp nên ta có:

I = $I_{D}$ = $I_{BT}$; $U_{BT}$ = U – $U_{D}$ = 12 – 2,5 = 9,5 V

Điện trở của biến trở khi đó có giá trị là :

Số phần trăm (%) vòng dây của biến trở có dòng điện chạy qua là :

10.6. a) Vì vôn kế đo hiệu điện thế giữa hai đầu R nên $U_{R}$ = 6 V.

Vì BT nt R ⇒ $U_{BT}$ = U – $U_{R}$ = 12 – 6 = 6 V.

Khi đó biến trở có điện trở là :

b) Từ số liệu câu a ⇒

Hiệu điện thế giữa hai đầu biến trở là :

$U'_{BT}$ = U – $U'_{R}$ = 12 – 4,5 = 7,5 V.

Ta có :

Khi đó biến trở có điện trở 20$\Omega$.

10.7. A. Khi dịch chuyển con chạy tiến dần về đầu N thì điện trở của biến trở tăng dần. Với hiệu điện thế không đổi thì số chỉ của ampe kế sẽ giảm dần đi.

10.8. B.

10.9. D.

10.10. D. Trước khi mắc biến trở vào mạch điện, luôn luôn cần phải điều chỉnh biến trở có giá trị lớn nhất.

10.11. C.

10.12. Khi đèn sáng bình thường thì hiệu điện thế giữa hai đầu của biến trở là :

$U_{BT}$ = U - $U_{D}$ = 12 - 3 = 9 V

Giá trị lớn nhất tối thiểu của biến trở là:

10.13.

a) Tiết diện của dây dẫn là :

Chiều dài của dây dẫn

b) Số vòng dây được tính theo công thức :

Chiều dài tối thiểu của lõi sứ là :

10.14. Khi điều chỉnh biến trở để $R_{bmin}$ = 0 thì điện trở $R_{2}$ bị nối tắt không có dòng điện chạy qua, mạch điện chỉ còn $R_{1}$. Khi đó mạch điện có điện trở nhỏ nhất nên cường độ dòng điện chạy qua $R_{1}$ có giá trị lớn nhất :

Khi điều chỉnh biến trở để $R_{bmax}$ = 30$\Omega$ thì điện trở của mạch đạt giá trị :

Cường độ dòng điện chạy qua $R_{1}$ đạt giá trị nhỏ nhất :

C. BÀI TẬP BỔ SUNG

10a. Người ta dự định làm một biến trở con chạy có điện trở lớn nhất là 50 $\Omega$ bằng cách dùng dây dẫn hợp kim tiết diện 0,2 $mm^{2}$ quấn trên một lõi sứ hình trụ gồm 125 vòng dây, chiều dài mỗi vòng dây là 16 cm. Chất làm dây dẫn phải là

A. nikelin có điện trở suất 0,4.$10^{-6}$$\Omega$.m.

B. manganin có điện trở suất 0,43.$10^{-6}$$\Omega$.m.

C. constantan có điện trở suất 0,5.$10^{-6}$$\Omega$.m.

D. nicrom có điện trở suất 1,1.$10^{-6}$$\Omega$.m.

10b. Cho hai bóng đèn Đ$_{1}$, Đ$_{2}$ có cùng hiệu điện thế định mức $U_{1}$ = $U_{2}$ = 6 V, có cường độ dòng điện định mức tương ứng là $I_{1}$ = 0,4 A và $I_{2}$ = 0,6 A được mắc với một biến trở vào một đoạn mạch điện có hiệu điện thế không đổi U = 12 V.

a) Hãy vẽ các sơ đồ mạch điện để cả hai đèn có thể cùng sáng bình thường.

b) Tính điện trở $R_{b}$ của biến trở trong mỗi sơ đồ để cả hai đèn cùng sáng bình thường.

HƯỚNG DẪN GIẢI

10a. C. Muốn xác định chất làm dây dẫn cần phải tính điện trở suất của chất làm dây. Trước hết cần tính chiều dài của dây dẫn l = 125.0,16 = 20 m.

- Điện trở suất :

Như vậy chất làm dây dẫn là constantan.

10b. a) Các sơ đồ mạch điện như hình 10.1G.

b) Sơ đồ a):

Sơ đồ b):