Rangkaian RL: Induktor Menolak Perubahan Arus Mendadak
1 · Memprediksi
Sebuah induktor dan resistor dihubungkan ke baterai 10 V. Apakah arus langsung melonjak ke nilai akhirnya, atau meningkat secara bertahap seperti tegangan kapasitor pengisi daya?
- Arus meningkat secara bertahap, mengikuti pendekatan eksponensial yang sama seperti tegangan rangkaian RC.
- Arus melonjak seketika ke E/R.
- Arus berosilasi sebelum menetap.
2 · Pengaturan
- Buka preset rl-circuit dan tekan Reset. R = 10 Ω, L = 1 H, memberikan konstanta waktu τ = L/R = 0.1 s; baterai memasok 10 V.
- Aktifkan pembacaan arus induktor.
- Tekan Putar dan catat arus induktor pada setiap waktu yang tercantum.
3 · Kumpulkan Data
| Waktu t (s) | Konstanta waktu τ (s) | Arus induktor I (A) |
|---|---|---|
| 0.10 | ||
| 0.20 | ||
| 0.50 |
Plot arus induktor I (sumbu y) terhadap waktu t (sumbu x) untuk tiga pembacaan Anda. Apakah kurvanya mendatar ketika mendekati 1 A?
4 · Analisis
- Untuk satu percobaan, hitung I = (E/R)(1 − e^(−t/τ)) menggunakan E = 10 V, R = 10 Ω, τ = 0.1 s. Bandingkan dengan tabel.
- Jelaskan mengapa peningkatan arus induktor (rangkaian RL) mengikuti bentuk matematis yang sama dengan peningkatan tegangan kapasitor (rangkaian RC), meskipun kedua komponen menyimpan energi dengan cara yang sangat berbeda.
5 · Perluas
- Perilaku penentu induktor adalah menentang PERUBAHAN arus apa pun (bukan menentang arus itu sendiri, seperti yang dilakukan resistor). Jelaskan alasannya, tepat pada t = 0, arus harus dimulai tepat pada 0 A meskipun baterai terhubung penuh.
- Ketika rangkaian induktor pembawa arus tiba-tiba putus (saklar terbuka), induktor berusaha mempertahankan arusnya, yang dapat menimbulkan lonjakan tegangan yang besar (begitulah cara kerja kumparan pengapian busi). Jelaskan mengapa memutus jalur arus induktor lebih dramatis daripada memutus jalur resistor.
Fisika di Balik Eksperimen Ini
Konstanta Waktu RL
Konstanta waktu τ = L/R menetapkan skala waktu kenaikan (atau peluruhan) arus eksponensial rangkaian RL. Induktansi yang lebih besar atau hambatan yang lebih kecil berarti τ yang lebih panjang — induktor lebih kuat menolak perubahan arus.