Disipasi Daya

BAGIAN DAN BAHAN

• Kalkulator (atau pensil dan kertas untuk berhitung)
• Baterai 6 volt
• Dua resistor 1/4 watt:10 dan 330 .
• Termometer kecil

Nilai resistor tidak perlu tepat, tetapi dalam lima persen dari angka yang ditentukan (+/- 0,5 untuk resistor 10; +/- 16,5 untuk resistor 330 ).

Kode warna untuk toleransi 5% resistor 10 dan 330 adalah sebagai berikut:Coklat, Hitam, Hitam, Emas (10, +/- 5%), dan Oranye, Oranye, Coklat, Emas (330, +/- 5%) .

Jangan gunakan baterai dengan ukuran selain 6 volt untuk eksperimen ini.

Termometer harus sekecil mungkin, untuk memfasilitasi deteksi cepat panas yang dihasilkan oleh resistor.

Saya merekomendasikan termometer medis, jenis yang digunakan untuk mengukur suhu tubuh.

REFERENSI SILANG

Pelajaran Dalam Rangkaian Listrik , Volume 1, bab 2:“Hukum Ohm”

TUJUAN PEMBELAJARAN

• Penggunaan voltmeter
• Penggunaan amperemeter
• Penggunaan ohmmeter
• Penggunaan Hukum Joule
• Pentingnya peringkat daya komponen
• Signifikansi titik-titik umum secara kelistrikan

DIAGRAM SKEMATIK

ILUSTRASI

INSTRUKSI

Ukur hambatan masing-masing resistor dengan ohmmeter Anda, catat nilai pastinya pada selembar kertas untuk referensi nanti.

Hubungkan resistor 330 ke baterai 6 volt menggunakan sepasang kabel jumper seperti yang ditunjukkan pada ilustrasi.

Hubungkan kabel jumper ke terminal resistor sebelum menghubungkan ujung lainnya ke baterai.

Ini akan memastikan jari Anda tidak menyentuh resistor saat daya baterai digunakan.

Anda mungkin bertanya-tanya mengapa saya menyarankan tidak ada kontak fisik dengan resistor bertenaga. Ini karena akan menjadi panas saat ditenagai oleh baterai.

Anda akan menggunakan termometer untuk mengukur suhu setiap resistor saat diberi daya.

Dengan resistor 330 terhubung ke baterai, ukur tegangan dengan voltmeter.

Dalam mengukur tegangan, ada lebih dari satu cara untuk mendapatkan pembacaan yang tepat.

Tegangan dapat diukur langsung melalui baterai, atau langsung melintasi resistor.

Tegangan baterai sama dengan tegangan resistor pada rangkaian ini, karena kedua komponen tersebut memiliki rangkaian titik listrik yang sama:satu sisi resistor terhubung langsung ke satu sisi baterai, dan sisi lain resistor terhubung langsung ke sisi lain baterai.

Semua titik kontak di sepanjang kabel atas dalam ilustrasi (berwarna merah) secara elektrik sama satu sama lain.

Semua titik kontak di sepanjang kabel bawah (berwarna hitam) juga sama secara elektrik satu sama lain.

Tegangan yang diukur antara titik mana pun pada kabel atas dan titik mana pun pada kabel bawah harus sama.

Tegangan diukur antara dua titik yang sama , bagaimanapun, harus nol.

Dengan menggunakan amperemeter, ukur arus yang melalui rangkaian. Sekali lagi, tidak ada satu cara yang "benar" untuk mengukur arus, selama ammeter ditempatkan di dalam jalur aliran elektron melalui resistor dan tidak melalui sumber tegangan.

Untuk melakukan ini, putuskan sirkuit, dan tempatkan ammeter dalam putus itu:sambungkan kedua probe uji ke dua kabel atau ujung terminal yang dibiarkan terbuka dari pemutusan. Salah satu opsi yang layak ditunjukkan dalam ilustrasi berikut:

Sekarang setelah Anda mengukur dan mencatat resistansi resistor, tegangan rangkaian, dan arus rangkaian, Anda siap menghitung daya disipasi.

Sedangkan tegangan adalah ukuran "dorongan" listrik yang memotivasi elektron untuk bergerak melalui sirkuit, dan arus adalah ukuran laju aliran elektron, daya adalah ukuran laju kerja :seberapa cepat kerja yang dilakukan di sirkuit.

Dibutuhkan sejumlah pekerjaan untuk mendorong elektron melalui hambatan, dan daya adalah deskripsi tentang seberapa cepat pekerjaan itu sedang berlangsung.

Dalam persamaan matematika, daya dilambangkan dengan huruf “P” dan diukur dalam satuan Watt (W).

Daya dapat dihitung dengan salah satu dari tiga persamaan—secara kolektif disebut sebagai Hukum Joule—diberikan dua dari tiga besaran tegangan, arus, dan hambatan:

Coba hitung daya di sirkuit ini, menggunakan tiga nilai terukur yaitu tegangan, arus, dan hambatan.

Bagaimanapun cara Anda menghitungnya, angka disipasi daya harusnya kira-kira sama.

Dengan asumsi baterai dengan 6.000 volt dan resistor tepat 330 , disipasi daya akan menjadi 0,1090909 watt, atau 109,0909 mili-watt (mW), untuk menggunakan awalan metrik.

Karena resistor memiliki peringkat daya 1/4 watt (0,25 watt, atau 250 mW), resistor ini lebih dari mampu untuk mempertahankan tingkat disipasi daya ini.

Karena tingkat daya sebenarnya hampir setengah dari daya pengenal, resistor harus menjadi terasa hangat tetapi tidak boleh over panas.

Sentuh ujung termometer ke bagian tengah resistor dan lihat seberapa hangat suhunya.

Peringkat daya komponen listrik apa pun tidak memberi tahu kami berapa banyak daya yang akan menghilang, tetapi seberapa besar kekuatannya mungkin menghilang tanpa mengalami kerusakan.

Jika jumlah daya yang hilang sebenarnya melebihi peringkat daya komponen, komponen tersebut akan meningkatkan suhu hingga titik kerusakan.

Sebagai ilustrasi, lepaskan resistor 330 dan ganti dengan resistor 10 . Sekali lagi, hindari menyentuh resistor setelah rangkaian selesai, karena akan memanas dengan cepat.

Cara paling aman untuk melakukannya adalah dengan melepaskan satu kabel jumper dari terminal baterai, kemudian lepaskan resistor 330 dari dua klip buaya, kemudian sambungkan resistor 10 di antara kedua klip, dan terakhir sambungkan kembali kabel jumper ke baterai. terminal.

Perhatian:jauhkan resistor 10 dari bahan yang mudah terbakar saat ditenagai oleh baterai!

Anda mungkin tidak memiliki cukup waktu untuk melakukan pengukuran tegangan dan arus sebelum resistor mulai mengeluarkan asap.

Pada tanda pertama marabahaya, lepaskan salah satu kabel jumper dari terminal baterai untuk memutus arus rangkaian, dan biarkan resistor beberapa saat menjadi dingin.

Dengan daya masih terputus, ukur resistansi resistor dengan ohmmeter dan catat setiap penyimpangan substansial dari nilai aslinya.

Jika resistor masih berukuran +/- 5% dari nilai yang diiklankan (antara 9,5 dan 10,5 ), sambungkan kembali kabel jumper dan biarkan sedikit lebih berasap.

Tren apa yang Anda perhatikan dengan nilai resistor karena semakin rusak karena terlalu kuat?

Biasanya resistor gagal dengan resistansi yang lebih besar dari biasanya saat terlalu panas.

Ini sering merupakan mode kegagalan pelindung diri, karena resistansi yang meningkat menghasilkan arus yang lebih sedikit dan (umumnya) disipasi daya yang lebih sedikit, mendinginkannya lagi. Namun, nilai resistansi normal resistor tidak akan kembali jika cukup rusak.

Melakukan beberapa perhitungan Hukum Joule untuk daya resistor lagi, kami menemukan bahwa resistor 10 yang terhubung ke baterai 6 volt menghilangkan daya sekitar 3,6 watt, sekitar 14,4 kali disipasi daya pengenalnya. Tidak heran jika asapnya cepat sekali setelah tersambung ke baterai!

LEMBAR KERJA TERKAIT:

• Lembar Kerja Energi, Kerja, dan Daya