Đây là bản xem thử. Phiên bản đầy đủ trong ứng dụng có bài tập, AI chấm ngay và theo dõi tiến độ học.

Bài học

Biến trở — cấu tạo và nguyên lí hoạt động

Mục tiêu bài học

Sau bài này, em mô tả được cấu tạo của biến trở con chạy, giải thích được vì sao di chuyển con chạy làm thay đổi điện trở tham gia mạch, và đọc đúng các thông số ghi trên biến trở.

Kiến thức nền cần nhớ

Bài trước đã chỉ ra điện trở tỉ lệ thuận với chiều dài dây (cùng vật liệu, cùng tiết diện). Bài này áp dụng đúng quan hệ đó vào một thiết bị thực tế mà em gặp hằng ngày.

Khởi động

Núm xoay điều chỉnh độ sáng đèn bàn học, hay chiết áp điều chỉnh âm lượng loa — bên trong các thiết bị này đều có một bộ phận thay đổi được điện trở. Bộ phận đó hoạt động dựa trên nguyên lý vật lý nào mà em vừa học ở bài trước?

Kiến thức trọng tâm

**Biến trở con chạy** gồm một dây dẫn hợp kim có điện trở suất lớn (thường là nicrom hoặc constantan), quấn đều thành nhiều vòng quanh một lõi sứ cách điện hình trụ. Hai đầu dây quấn nối với hai chốt cố định của biến trở; một **con chạy** có thể trượt dọc theo các vòng dây, tiếp xúc điện với dây quấn tại đúng điểm nó đang chạm vào. Khi mạch điện chỉ sử dụng một chốt cố định và con chạy, phần dây dẫn thực sự tham gia vào mạch là đoạn từ chốt đó đến điểm tiếp xúc của con chạy — KHÔNG phải toàn bộ chiều dài dây quấn. Theo quan hệ đã học ở bài trước, điện trở tỉ lệ thuận với chiều dài đoạn dây tham gia mạch, nên: khi con chạy trượt lại gần chốt, đoạn dây tham gia ngắn lại, điện trở giảm; khi con chạy trượt xa chốt, đoạn dây tham gia dài ra, điện trở tăng. Đó chính là cách một chuyển động cơ học đơn giản — trượt con chạy — làm thay đổi được điện trở của mạch mà không cần thay dây khác hay ngắt mạch. Trên thân biến trở thường ghi hai giá trị, ví dụ "20Ω – 2A": số đầu là điện trở lớn nhất của biến trở ($R_{max}$, ứng với lúc con chạy ở vị trí xa nhất, dùng toàn bộ chiều dài dây quấn); số sau là cường độ dòng điện lớn nhất được phép chạy qua biến trở mà không làm dây quấn nóng quá mức và hỏng. Biến trở khác với một dây dẫn cố định ở đúng điểm này: dây dẫn cố định có $R$ không đổi trong khi hoạt động, còn biến trở được thiết kế để người dùng chủ động thay đổi $R$ bất cứ lúc nào bằng một thao tác cơ học đơn giản — xoay núm hoặc trượt cần gạt. Ngoài loại biến trở con chạy dùng dây quấn dài, còn có loại biến trở than (chiết áp) dùng một lớp bột than dẫn điện phủ theo hình cung, con chạy trượt trên lớp than đó thay vì trên dây kim loại — nguyên lý vẫn giống hệt: thay đổi chiều dài đoạn vật liệu dẫn điện tham gia mạch để thay đổi điện trở.
Ba giai đoạn con chạy trượt dọc dây quấn của biến trở, làm thay đổi độ dài đoạn dây tham gia mạch và do đó thay đổi điện trở1Con chạy sát chốtAĐoạn dây tham giamạch rất ngắn, điệntrở gần bằng 0Ω2Con chạy ở giữadây quấnĐoạn dây tham giabằng một nửa chiềudài, điện trở bằngmột nửa Rmax3Con chạy trượttới sát chốt BĐoạn dây tham gia dàinhất, điện trở đạtđúng giá trị Rmax ghitrên biến trở
Ví dụ
Tính điện trở tham gia mạch khi con chạy ở một vị trí cho trước
  1. 1
    Một biến trở con chạy dùng dây nicrom quấn đều, dài tổng cộng 20m quanh lõi sứ, có điện trở toàn phần $R_{max}=40\Omega$. Khi con chạy ở đúng vị trí giữa dây quấn, tính điện trở đang tham gia mạch.
  2. 2

    Dây quấn đều nên điện trở tỉ lệ thuận với chiều dài đoạn dây tham gia. Con chạy ở giữa nghĩa là đoạn dây tham gia bằng một nửa tổng chiều dài (10m trong 20m).

  3. 3
    Vì điện trở tỉ lệ thuận với chiều dài đoạn dây tham gia, điện trở tham gia bằng một nửa $R_{max}$: $R = R_{max}/2 = 40/2 = 20\Omega$.
  4. 4
    Vậy khi con chạy ở giữa dây quấn, điện trở tham gia mạch là $20\Omega$.
Ví dụ
Đọc và vận dụng thông số ghi trên biến trở
  1. 1

    Trên một biến trở có ghi "20Ω – 2A". a) Nêu ý nghĩa của hai số ghi trên biến trở. b) Tính hiệu điện thế lớn nhất được phép đặt vào hai đầu biến trở mà không làm hỏng nó.

  2. 2
    $20\Omega$ là điện trở lớn nhất $R_{max}$ của biến trở (khi dùng hết chiều dài dây quấn); $2$A là cường độ dòng điện lớn nhất $I_{max}$ được phép chạy qua biến trở.
  3. 3
    Hiệu điện thế lớn nhất cho phép ứng với lúc điện trở và dòng điện đều đạt giới hạn ghi trên biến trở. Áp dụng định luật Ohm: $U_{max} = I_{max} \times R_{max} = 2 \times 20 = 40$V.
  4. 4
    Vậy hiệu điện thế lớn nhất được phép đặt vào hai đầu biến trở là $40$V; vượt quá giá trị này, dòng điện qua biến trở sẽ vượt $2$A và có nguy cơ làm nóng cháy dây quấn.
Sai lầm thường gặp
Nhầm lẫn phổ biến nhất: coi $R_{max}$ ghi trên biến trở là điện trở ĐANG có mặt trong mạch tại một thời điểm bất kỳ. Thực ra đó chỉ là giá trị LỚN NHẤT có thể đạt được; giá trị thực tế tại một thời điểm phụ thuộc hoàn toàn vào vị trí con chạy lúc đó, có thể nhỏ hơn $R_{max}$ rất nhiều.

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Kiểm tra nhanh

Ghi nhớ
Biến trở thay đổi điện trở bằng cách thay đổi CHIỀU DÀI đoạn dây tham gia mạch — đúng nguyên lý $R$ tỉ lệ thuận với $l$. Hai số ghi trên biến trở là $R_{max}$ (điện trở lớn nhất) và $I_{max}$ (dòng điện lớn nhất cho phép).

Bài sau đặt biến trở vào một mạch điện thật, cùng một điện trở khác mắc nối tiếp, để xem việc xoay con chạy làm thay đổi cường độ dòng điện toàn mạch ra sao — đúng như cách biến trở vẫn hoạt động trong các thiết bị hằng ngày.