Biến trở là gì ? | Tìm hiểu cấu tạo, hoạt động, ứng dụng

Ngay từ những ngày đầu làm quen với Vật lý, chúng ta đã được nghe rất nhiều về biến trở. Vậy điện trở là gì? Biến trở có chức năng gì? Nó được ứng dụng vào thực tế như thế nào? Có rất nhiều câu hỏi xung quanh thiết bị này. Để có thể trả lời những câu hỏi trên, timhieulichsuquancaugiay.edu.vn mời bạn đọc bài viết dưới đây nhé!

Điện trở thay đổi là gì?

Nói một cách đơn giản, biến trở là một dạng điện trở thuần có thể thay đổi giá trị theo ý muốn của người sử dụng.

Bạn đang xem: Biến trở là gì ? | Tìm hiểu cấu tạo, hoạt động, ứng dụng

Chúng thường được sử dụng với mục đích điều chỉnh hoạt động của mạch điện hoặc thay đổi mức điện trở để điều khiển các thiết bị hoặc hiện tượng.

Điện trở của thiết bị có thể thay đổi bằng cách thay đổi độ dài của dây hoặc do tác động của nhiệt độ, ánh sáng hoặc bức xạ điện từ,…

Điện trở thay đổi có đơn vị là ohm (Ω), đơn vị này được đặt theo tên của Georg Simon Ohm – nhà vật lý người Đức.

Trong sơ đồ mạch sẽ cần có các ký hiệu riêng biệt để quá trình xem và nghiên cứu được dễ dàng hơn. Và điều tương tự cũng xảy ra với biểu tượng điện trở thay đổi. Cụ thể, ký hiệu biến trở trong mạch điện bao gồm các dạng sau:

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của biến trở

Cấu tạo của biến trở

Nhìn từ bên ngoài chúng ta có thể dễ dàng nhận thấy cấu tạo điện trở khá đơn giản và có 3 phần chính như sau:

Cuộn dây được làm bằng hợp kim có điện trở suất cao.

Runner/runner: có khả năng chạy dọc theo cuộn dây để thay đổi giá trị trở kháng.

Trong mạch điện sẽ có ba chân (ba cực) nối với mạch điện. Sẽ có hai cực được cố định ở đầu điện trở và được làm bằng kim loại. Thiết bị đầu cuối còn lại sẽ di chuyển và thường được gọi là đòn bẩy có thể thay đổi điện trở trong phạm vi được ghi trên điện trở. Vị trí của đòn bẩy này trên dải điện trở xác định giá trị của chiết áp.

Ngoài ra, biến trở còn có dây quấn: Sử dụng chất liệu dây Nichrome có khả năng cách điện cao và thường được sử dụng trong các ứng dụng công suất lớn đòi hỏi độ chính xác tuyệt đối. Tuy nhiên hạn chế là độ phân giải của loại nhiên liệu này chưa thực sự tốt.

Vật liệu trở kháng là nguyên liệu chính thường được sử dụng để chế tạo điện trở, bao gồm:

Carbon (than biến trở): đây là loại vật liệu phổ biến được chế tạo từ các hạt carbon với chi phí thấp nên được sản xuất với số lượng lớn dẫn đến độ chính xác không cao lắm nên các nhà sản xuất đã chuyển sang các vật liệu thay thế khác.

Dây quấn: Loại dây cách điện này được quấn bằng dây Nichrome có độ cách điện cao, thích hợp cho các ứng dụng công suất cao đòi hỏi độ chính xác cũng như tuổi thọ cao. Tuy nhiên hạn chế của nó là độ phân giải vẫn chưa ở mức tốt.

Nhựa dẫn điện: dùng cho các ứng dụng âm thanh cao cấp với giá thành cao và chỉ dùng trong các ứng dụng tiêu thụ điện năng thấp.

Gốm kim loại: là loại vật liệu ổn định, có khả năng chịu nhiệt tốt nhưng tuổi thọ không cao và rất đắt tiền.

Ngoài ra sẽ có một núm điều chỉnh trên điện trở giúp chúng ta tùy chỉnh từng mức điện trở sao cho phù hợp với thiết bị và yêu cầu sử dụng.

Nguyên lý hoạt động của biến trở

Nguyên lý hoạt động chính của biến trở là các dây được tách ra và có độ dài khác nhau. Chúng có vi mạch hoặc nút điều khiển. Khi được điều khiển, các núm của mạch sẽ thay đổi chiều dài dây khiến điện trở trong mạch thay đổi.

Thiết kế mạch điện tử luôn có biên độ sai số nên khi điều chỉnh mạch điện tử người ta phải sử dụng điện trở. Lúc này điện trở đóng vai trò là bộ chia điện áp và bộ chia dòng trong mạch.

Ví dụ, trong các bộ khuếch đại, người ta thường sử dụng các điện trở thay đổi để thay đổi âm lượng.

Phân loại điện trở

Mỗi loại điện trở sẽ có giá trị điện trở khác nhau. Chúng phụ thuộc vào vị trí của người chạy trên phạm vi kháng cự. Đó là lý do tại sao chúng ta có thể điều chỉnh giá trị điện trở suất để điều khiển điện áp cũng như dòng điện.

Để làm như vậy, trong biến trở sẽ có một dải điện trở cố định giữa hai cực của biến trở và cực thứ ba sẽ di chuyển di chuyển qua dải điện trở đó.

Đặc biệt, chiều dài của vật liệu sẽ tỷ lệ thuận với trở kháng. Vì vậy, khi chúng ta thay đổi vị trí của cực thứ 3 trên dải điện trở cũng có nghĩa là chiều dài của vật liệu cũng sẽ thay đổi và từ đó làm thay đổi giá trị của điện trở.

Hiện nay điện trở được chia làm 4 loại chính

Loại biến trở này được gọi là biến trở trục khuỷu vì nó quay quanh cuộn dây. Loại biến trở này có các thành phần gần như giống với biến trở theo dõi. Thay vì trượt dọc theo cuộn dây như con chạy, loại biến trở này sẽ quay quanh cuộn dây nên cuộn dây cũng phải được thiết kế dạng hình tròn thay vì hình trụ.

Nó được gọi là điện trở biến thiên vì nó bao gồm một con chạy trượt dọc theo cuộn dây.

Cấu tạo của biến trở này gồm có một lõi hình trụ dài làm bằng gốm, quấn quanh một sợi dây kim loại (làm bằng niken hoặc nichrome) có điện trở suất cao và một dây dẫn. Khi con chạy trượt dọc theo cuộn dây sẽ làm thay đổi số vòng dây, từ đó làm cho giá trị của điện trở thay đổi.

Đây là loại điện trở chúng ta thấy thường xuyên nhất. Loại biến trở này có lõi làm bằng than. Vì thế nó còn được gọi là biến trở chiết áp (potentiometer biến điện trở). Về nguyên lý hoạt động, nó hoạt động giống như một điện trở quay có thể thay đổi được. Nghĩa là, nó cũng bao gồm một con lăn quay quanh một trục quấn dây.

Được thiết kế để hoạt động trong các mạch chứa dòng điện một chiều (DC) và dòng điện hai chiều (AC).

Ứng dụng biến trở trong cuộc sống

Trên thực tế, trong cuộc sống hằng ngày, biến trở có rất nhiều ứng dụng. Một số ứng dụng phổ biến bao gồm:

Bạn có thể tìm thấy biến số này ở các nút chỉnh âm lượng của loa, remote tivi,… Khi chúng ta điều chỉnh công tắc, âm thanh sẽ tăng giảm tùy theo yêu cầu sử dụng.

Cũng giống như các loại điện trở thông thường khác nhưng thay vì có đơn vị là điện trở Ohm thì đơn vị của loại điện trở này là W.

Ứng dụng của dòng điện trở này là để tăng hoặc giảm công suất của động cơ. (Ví dụ: nếu bạn muốn tăng hoặc giảm tốc độ của động cơ, hãy sử dụng biến trở này.)

Mục đích của việc sử dụng bộ biến trở này chỉ đơn giản là tăng hoặc giảm nhiệt độ. Ứng dụng mà bạn có thể thấy nhiều nhất đó là việc điều chỉnh nhiệt độ trên các máy nước nóng thường được sử dụng trong gia đình.

Cũng giống như các điện trở âm lượng khác, điện trở này dùng để tăng giảm độ sáng của bóng đèn.

Ngoài ra, trong công nghiệp, biến trở còn được dùng để nâng/hạ piston của các hệ thống uốn, cán thép hoặc có thể dùng trong các máy phát điện analog.

Xem thêm: Hoàn thiện bài tập lý thuyết và thực hành định luật Ohm

Giải một số bài tập vật lý biến trở 9

Để giúp củng cố những kiến ​​thức vừa học sau đây là các bài tập liên quan đến biến trở.

Bài 1: Cho mạch điện có sơ đồ như hình vẽ

Trong đó điện áp giữa A và B không đổi và đèn sáng bình thường khi biến trở có điện trở bằng 0. Phát biểu nào sau đây là đúng?

A. Đèn sáng mạnh khi di chuyển con trỏ biến về cực M

B. Ánh sáng trở nên yếu hơn khi con trỏ của biến được di chuyển trở lại đầu M

C. Đèn sáng mạnh khi di chuyển con trỏ biến về đầu N

D. Cả ba câu trên đều sai

Xem thêm : Bật mí cách luyện nghe tiếng Anh cho bé 6 tuổi được hàng triệu ba mẹ áp dụng thành công!

Hướng dẫn giải pháp:

Trả lời A. Đèn sáng mạnh khi con trỏ của biến được di chuyển trở lại đầu M.

Vì dòng điện chạy từ cực dương (+) qua dây dẫn và thiết bị rồi đến cực âm (-), tại cực M, khi con trỏ chưa di chuyển và chiều dài không thay đổi thì điện trở là nhỏ nhất, thế là đèn sáng. tốt nhất.

Người chạy sẽ chạy về phía điểm M làm cho chiều dài của biến trở giảm đi nên điện trở giảm đi. Nếu đèn mắc nối tiếp với biến trở thì R trong toàn mạch sẽ giảm nên cường độ dòng điện tăng lên dẫn đến đèn sáng mạnh hơn khi con trỏ biến thiên di chuyển về cực M.

Bài 2: Một bóng đèn có điện áp định mức 2,5 V, dòng điện định mức 0,4 A được nối với một biến trở để sử dụng với nguồn điện có điện áp không đổi 12V.

A. Đèn và điện trở phải mắc như thế nào để đèn sáng bình thường? Vẽ sơ đồ mạch điện này

B. Để đèn sáng bình thường thì phải điều chỉnh điện trở thay đổi bằng bao nhiêu?

C. Nếu biến trở có điện trở lớn nhất là 40 Ω thì khi đèn thường sáng thì dòng điện chạy qua bằng bao nhiêu phần trăm (%) trên tổng số vòng dây của biến trở?

Xem thêm : Bật mí cách luyện nghe tiếng Anh cho bé 6 tuổi được hàng triệu ba mẹ áp dụng thành công!

Hướng dẫn giải pháp:

A. Bình thường đèn sáng, UD = UDdm = 2,5 V

Vì vậy bóng đèn và chiết áp phải mắc nối tiếp với nhau. Sơ đồ mạch như hình dưới:

B. Ánh sáng bình thường I = ID = 0,4 A

Điện trở của đèn là: RD = UD : IĐ = 2,5 : 0,4 = 6,25 Ω

Tổng điện trở mạch là: Rtđ = U : I = 12 : 0,4 = 30 Ω

Khi đó biến trở có điện trở là: Rb = Rtđ – RD = 30 – 6,25 = 23,75 Ω

C. Vì điện trở của biến trở tỷ lệ thuận với số vòng của biến trở nên khi đèn thường sáng thì tỉ lệ phần trăm (%) số vòng của biến trở có dòng điện chạy qua nó là:

(23,75 : 40).100 % = 59,375 %

Bài 3: Một bóng đèn có hiệu điện thế định mức là 3V, khi đèn sáng bình thường thì cường độ dòng điện qua bóng đèn là 0,32A. Nối bóng đèn này nối tiếp với biến trở rồi nối nó với điện áp không đổi 12V. Điện trở này phải có giá trị lớn nhất là bao nhiêu để đèn sáng bình thường?

Xem thêm : Bật mí cách luyện nghe tiếng Anh cho bé 6 tuổi được hàng triệu ba mẹ áp dụng thành công!

Hướng dẫn giải pháp:

Vì bóng đèn mắc nối tiếp với biến trở nên để đèn sáng bình thường thì dòng điện qua mạch phải bằng:

I = ID = 0,32 A và UD = UD = 3 V

Điện trở tương đương của toàn mạch:

Rtđ = U : I = 12 : 0,32 = 37,5 Ω

Điện trở của bóng đèn: RD = UD : IĐ = 3 : 0,32 = 9,375 Ω

Điện trở tối đa của điện trở thay đổi:

Rb = Rtđ – RD = 37,5 – 9,375 = 28,125 Ω

Kết luận

Hy vọng với những kiến ​​thức và bài tập trên timhieulichsuquancaugiay.edu.vn đã giúp các bạn hình dung và nắm rõ được những kiến ​​thức liên quan đến biến trở. Hãy thường xuyên truy cập những kiến ​​thức cơ bản để cập nhật cho mình những bài học bổ ích nhé. timhieulichsuquancaugiay.edu.vn rất hân hạnh được đồng hành cùng các bạn trong chặng đường học tập phía trước.

Nguồn: https://timhieulichsuquancaugiay.edu.vn
Danh mục: Giáo dục