Ngay từ những ngày đầu biết đến Vật lý thì chúng ta đã được nghe rất nhiều về biến trở. Vậy biến trở là gì? Biến trở có chức năng gì? Nó được ứng dụng vào thực tế như thế nào? Có rất nhiều câu hỏi xoay quanh thiết bị này. Để có thể giải đáp được những thắc mắc trên, Wikihoc mời các bạn cùng tìm hiểu bài viết dưới đây nhé!
Biến trở là gì?
Hiểu đơn giản biến trở là một dạng điện trở thuần có thể thay đổi được giá trị theo ý muốn của người sử dụng.
Chúng thường được sử dụng với mục đích điều chỉnh các hoạt động của mạch điện hay trong việc thay đổi mức điện trở điều khiển thiết bị, hiện tượng.
Điện trở của thiết bị có thể được thay đổi bằng các cách thay đổi chiều dài của dây dẫn hoặc có thể bằng các tác động vào nhiệt độ, ánh sáng hoặc bức xạ điện từ,…
Biến trở có đơn vị là ohm (Ω), đơn vị này được đặt theo tên Georg Simon Ohm – nhà vật lý học người Đức.
Trong các sơ đồ mạch điện sẽ cần có các ký hiệu riêng biệt từ đó có thể giúp cho quá trình xem cũng như nghiên cứu trở nên dễ dàng hơn. Và ký hiệu biến trở cũng vậy, cụ thể ký hiệu của biến trở trong mạch điện bao gồm các dạng như sau:
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của biến trở
Cấu tạo của biến trở
Nhìn từ bên ngoài, ta có thể dễ dàng nhìn thấy cấu tạo biến trở khá đơn giản và có 3 bộ phận chính như sau:
Cuộn dây được làm bằng hợp kim có điện trở suất lớn.
Con chạy/chân chạy: có khả năng chạy dọc cuộn dây làm thay đổi giá trị trở kháng.
Trong mạch sẽ có ba chân (ba cực) kết nối với mạch điện. Trong đó sẽ có hai cực được cố định ở đầu của điện trở và được làm bằng kim loại. Cực còn lại sẽ di chuyển và thường được gọi là cần gạt có thể thay đổi được điện trở trong một khoảng được ghi trên điện trở. Vị trí của cần gạt này trên dải điện trở sẽ quyết định giá trị của biến trở.
Ngoài ra, biến trở còn có dây cuốn: Sử dụng bằng chất liệu dây Nichrome với độ cách điện cao và thường được sử dụng trong các ứng dụng có công suất cao nên cần độ chính xác tuyệt đối. Tuy nhiên điểm hạn chế là độ phân giải của nhiên liệu này chưa thực sự tốt.
Các vật liệu có trở kháng là nguyên liệu chính thường được sử dụng để tạo ra những chiếc biến trở phải kể đến như:
Carbon (biến trở than): đây là một nguyên vật liệu phổ biến được làm từ những hạt carbon với chi phí rẻ nên được sản xuất với số lượng lớn dẫn đến độ chính xác không được cao nên các nhà sản xuất đã tìm tới những nguyên liệu thay thế khác.
Dây cuốn: Loại dây cách điện này được cuốn bằng dây Nichrome với độ cách điện cao phù hợp cho các ứng dụng công suất cao cần độ chính xác cũng như có tuổi thọ lâu dài. Tuy nhiên hạn chế của nó là độ phân giải vẫn chưa ở mức tốt.
Nhựa dẫn điện: được dùng cho các ứng dụng âm thanh cao cấp với giá thành cao và chỉ sử dụng trong các ứng dụng có công suất thấp.
Cermet: là loại vật liệu ổn định, có khả năng chịu nhiệt lớn nhưng tuổi thọ không cao và giá rất đắt.
Trên biến trở cũng sẽ có núm vặn có thể điều chỉnh giúp chúng ta tùy chỉnh từng mức điện trở phù hợp với thiết bị và yêu cầu sử dụng.
Nguyên lý hoạt động của biến trở
Nguyên lý hoạt động chủ yếu của biến trở là các dây dẫn được tách rời và có độ dài ngắn khác nhau. Chúng có các vi mạch hoặc các núm vặn điều khiển. Khi được điều khiển các núm vặn của các mạch sẽ thay đổi chiều dài dây dẫn dẫn đến điện trở trong mạch thay đổi.
Việc thiết kế mạch điện tử vẫn luôn có một khoảng sai số nên khi điều chỉnh các vi mạch điện người ta phải dùng biến trở. Lúc này biến trở có vai trò phân áp, phân dòng trong mạch.
Ví dụ: máy tăng âm người ta thường sử dụng biến trở để thay đổi âm lượng.
Phân loại biến trở
Mỗi loại biến trở sẽ có một giá trị điện trở khác nhau. Chúng phụ thuộc vào vị trí của cực chạy trên dải điện trở. Chính vì thế chúng ta mới có thể điều chỉnh giá trị điện trở suất để kiểm soát điện áp cũng như dòng điện.
Để làm được như vậy thì trong biến trở sẽ có một dải điện trở nằm cố định ở giữa hai cực của biến trở và cực thứ ba sẽ di chuyển di động trên dải điện trở đó.
Trong đó, chiều dài của vật liệu sẽ tỷ lệ thuận với trở kháng. Do đó, khi chúng ta thay đổi vị trí của cực thứ ba trên dải điện trở cũng đồng nghĩa với việc chiều dài vật liệu cũng sẽ thay đổi và từ đó làm thay đổi luôn giá trị của điện trở.
Hiện nay biến trở được chia làm 4 loại chính
-
Biến trở tay quay
Loại biến trở này được gọi là biến trở tay quay vì nó xoay quanh cuộn dây. Loại biến trở này có các thành phần gần giống như biến trở con chạy. Thay vì trượt dọc theo cuộn dây như con chạy thì ở loại biến trở này sẽ quay xung quanh cuộn dây nên cuộn dây cũng phải được thiết kế hình tròn thay vì là hình trụ.
-
Biến trở con chạy
Nó có tên là biến trở con chạy vì nó có cấu tạo gồm một con chạy trượt dọc trên cuộn dây.
Cấu tạo của biến trở này gồm một lõi hình trụ dài làm bằng sứ, được quấn quanh bởi một sợi dây kim loại (làm bằng niken hoặc nicrom) có điện trở suất lớn và một con chạy. Khi con chạy trượt dọc theo cuộn dây sẽ làm thay đổi số vòng dây của dây dẫn, từ đó dẫn tới việc giá trị của biến trở cũng thay đổi.
-
Biến trở than (chiết áp)
Đây là loại biến trở chúng ta hay thấy nhất. Loại biến trở này có phần lõi được làm bằng than. Nên nó được gọi là biến trở than (biến trở chiết áp). Về nguyên lý hoạt động, nó hoạt động giống như loại biến trở tay quay. Nghĩa là cũng bao gồm một con chạy xoay quanh một trục than được quấn dây dẫn.
-
Biến trở dây cuốn
Được thiết kế để hoạt động trong mạch có chứa dòng điện một chiều (DC) và dòng điện hai chiều (AC).
Ứng dụng của biến trở trong đời sống
Thực tế trong trong đời sống hàng ngày, có rất nhiều những ứng dụng của biến trở. Một vài những ứng dụng phổ biến có thể kể đến như:
-
Biến trở Volume
Bạn có thể bắt gặp biến trở này trong các nút vặn volume (âm lượng) của các loại loa, điều khiển tivi,… Khi chúng ta điều chỉnh phần công tắc, âm thanh sẽ tăng hoặc giảm theo yêu cầu sử dụng.
-
Biến trở công suất
Cũng giống như những loại biến trở thông thường khác nhưng thay vì có đơn vị là điện trở Ohm thì đơn vị của loại biến trở này là W.
Ứng dụng của dòng biến trở công suất này là dùng để tăng hoặc giảm công suất của động cơ. (Ví dụ: bạn muốn tăng hay giảm tốc độ của động cơ thì sử dụng biến trở này.)
-
Biến trở nhiệt
Mục đích sử dụng biến trở này là để tăng hoặc giảm nhiệt độ một cách đơn giản. Ứng dụng mà bạn có thể dễ thấy nhất là phần điều chỉnh nhiệt độ trong các bình nước nóng thường sử dụng trong gia đình.
-
Biến trở làm điều chỉnh độ sáng của đèn
Cũng giống như biến trở khác volume, biến trở này dùng để tăng hoặc giảm độ sáng của bóng đèn.
Ngoài ra trong công nghiệp, biến trở dùng để nâng/hạ các pít-tông của hệ thống uốn hay cán thép hoặc có thể sử dụng trong các bộ phát dòng analog.
Xem thêm: Toàn bộ lý thuyết định luật ôm (ohm) và bài tập thực hành
Giải một số bài tập biến trở vật lý 9
Để giúp củng cố lại những kiến thức vừa học, sau đây là những bài tập liên quan đến biến trở.
Bài 1: Cho mạch điện có sơ đồ như hình
Trong đó hiệu điện thế giữa A và B không đổi và đèn sáng bình thường khi biến trở có điện trở bằng 0. Câu nào dưới đây phát biểu đúng?
A. Đèn sáng mạnh lên khi di chuyển con chạy của biến trở về đầu M
B. Đèn sáng yếu đi khi chuyển con chạy của biến trở về đầu M
C. Đèn sáng mạnh lên khi di chuyển con chạy của biến trở về đầu N
D. Cả ba câu trên đều không đúng
Hướng dẫn giải:
Đáp án A. Đèn sáng mạnh lên khi chuyển con chạy của biến trở về đầu M.
Vì dòng điện có chiều đi từ cực dương (+) qua dây dẫn và các thiết bị rồi về cực âm (-) nên ở đầu M khi con chạy chưa dịch chuyển chiều dài chưa thay đổi thì điện trở là nhỏ nhất nên đèn sáng nhất.
Con chạy sẽ chạy về phía điểm M làm cho chiều dài biến trở giảm đi nên điện trở giảm. Mà đèn ghép nối tiếp với biến trở nên R toàn mạch sẽ giảm do đó cường độ dòng điện tăng dẫn tới đèn sáng mạnh lên khi di chuyển con chạy của biến trở về đầu M.
Bài 2: Một bóng đèn có hiệu điện thế định mức 2,5 V và cường độ dòng điện định mức 0,4 A được mắc với một biến trở con chạy để sử dụng với nguồn điện có hiệu điện thế không đổi 12V
A.Đèn và biến trở phải mắc với nhau 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 chỉnh biến trở có điện trở là bao nhiêu?
C. Nếu biến trở có điện trở lớn nhất là 40 Ω thì khi đèn sáng bình thường dòng điện chạy qua bao nhiêu phần trăm (%) tổng số vòng dây biến trở?
Hướng dẫn giải:
A. Đèn sáng bình thường thì UĐ = UĐđm = 2,5 V < U = 12 V
Do đó phải mắc nối tiếp bóng đèn và biến trở với nhau. Sơ đồ mạch điện như hình vẽ bên dưới:
B. Đèn sáng bình thường thì I =IĐ đm = 0,4 A
Điện trở của đèn là: RĐ = UĐ : IĐ = 2,5 : 0,4 = 6,25 Ω
Điện trở toàn mạch là: Rtđ = U : I = 12 : 0,4 = 30 Ω
Khi đó biến trở có điện trở là: Rb = Rtđ – RĐ = 30 – 6,25 = 23,75 Ω
C. Vì điện trở của biến trở tỉ lệ với số vòng dây quấn biến trở nên khi đèn sáng bình thường thì phần trăm (%) vòng dây của biến trở có dòng điện chạy qua là:
(23,75 : 40).100 % = 59,375 %
Bài 3: Một bóng đèn có hiệu điện thế định mức là 3V và khi ra sáng bình thường thì dòng điện qua đèn có cường độ là 0,32A. Mắc bóng đèn này nối tiếp với biến trở rồi mắc vào hiệu điện thế không đổi 12V. Hỏi biến trở này phải có giá trị lớn nhất tối thiểu là bao nhiêu để đèn có thể sáng bình thường?
Hướng dẫn giải:
Vì bóng đèn nối tiếp với biến trở nên để đèn sáng bình thường thì cường độ dòng điện qua mạch phải bằng:
I = IĐ đm = 0,32 A và UĐ = UĐ đm = 3 V
Điện trở tương đương toàn mạch:
Rtđ = U : I = 12 : 0,32 = 37,5 Ω
Điện trở của bóng đèn: RĐ = UĐ : IĐ = 3 : 0,32 = 9,375 Ω
Điện trở lớn nhất của biến trở:
Rb = Rtđ – RĐ = 37,5 – 9,375 = 28,125 Ω
Kết luận
Hy vọng rằng với những kiến thức cũng như bài tập ở trên Wikihoc đã giúp bạn hình dung cũng như nắm rõ kiến thức liên quan đến biến trở. Hãy thường xuyên truy cập vào kiến thức cơ bản để có thể cập nhập cho mình những bài học hữu ích nhé. Wikihoc rất hân hạnh là người đồng hành cùng các bạn trong chặng đường học tập phía trước.
