Lab Pembagi Tegangan: Desain, Pengukuran, dan Verifikasi Hukum Tegangan Kirchhoff
BAHAN DAN MATERI
- Kalkulator (atau pensil dan kertas untuk perhitungan)
- Baterai 6 volt
- Resistor yang berkisar dari 1 kΩ hingga 100 kΩ
Untuk pembacaan yang akurat, kami membatasi nilai resistor ke band 1 kΩ–100 kΩ. Resistansi yang sangat rendah dapat menyebabkan resistansi internal ammeter merusak pengukuran arus, sementara resistansi yang sangat tinggi dapat membebani voltmeter dan mengubah resistansi efektif rangkaian.
REFERENSI SILANG
Lessons In Electric Circuits, Volume 1, chapter 6: “Divider Circuits and Kirchhoff’s Laws.”
TUJUAN PEMBELAJARAN
- Menggunakan voltmeter, ammeter, dan ohmmeter
- Menerapkan Hukum Ohm
- Menerapkan Hukum Tegangan Kirchhoff (KVL)
- Mendesain pembagi tegangan
DIAGRAM SKEMATIK
ILLUSTRATION
INSTRUCTIONS
Latihan ini menunjukkan tiga metode konstruksi umum: breadboard, terminal strip, dan bebas bentuk. Membangun rangkaian yang sama dengan setiap teknik akan membantu Anda menghargai kelebihan dan keterbatasan masing-masing. Pendekatan bebas bentuk, yang menggunakan kabel jumper gaya klips badak, cocok untuk demonstrasi sederhana; breadboard menyediakan keberagaman dan kepadatan komponen tinggi namun sementara; terminal strips menawarkan rangkaian yang lebih permanen dengan biaya ruang.
Pilih tiga resistor dari rangkaian Anda dan verifikasi setiap nilai dengan ohmmeter. Catat pengukuran. Sambungkan resistor secara seri dan pasang ke baterai 6 volt seperti yang ditunjukkan. Ukur tegangan baterai dengan voltmeter sementara rangkaian menyala, dan catat bacaan ini. Meskipun beban ringan, mengukur di bawah beban menghasilkan data yang mencerminkan kondisi operasi nyata.
Gunakan Hukum Ohm (I = E/R) untuk menghitung arus rangkaian yang diharapkan. Verifikasi nilai ini dengan mengukur arus dengan ammeter (lihat contoh terminal strip di bawah ini).
Dengan nilai resistor antara 1 kΩ dan 100 kΩ dan sumber 6 volt, arus akan dalam rentang miliamper atau mikroamper. Meter digital biasanya menunjukkan skala (m atau μ) pada tampilan; pastikan untuk membacanya dengan benar.
Selanjutnya, gunakan arus yang dihitung untuk memprediksi penurunan tegangan di setiap resistor (V = I R). Alihkan multimeter Anda ke mode tegangan dan ukur setiap penurunan. Nilai yang diukur harus cocok dengan prediksi dengan erat, memastikan prinsip pembagi tegangan: penurunan setiap resistor adalah pecahan tetap dari total tegangan, ditentukan oleh resistansinya relatif dengan total seri.
Bagian berikut memvalidasi Hukum Tegangan Kirchhoff (KVL). Berikan nomor unik untuk setiap node berbeda dalam rangkaian; node yang langsung terhubung berbagi nomor yang sama. Misalnya, gunakan nomor 0–3 seperti yang diilustrasikan di bawah ini. Tempelkan label kecil atau tape untuk menunjukkan nomor node pada rangkaian sebenarnya.
Menggunakan voltmeter digital, ukur selisih tegangan di sekitar lingkaran tertutup (misalnya, 0 → 1 → 2 → 3 → 0). Catat setiap bacaan dengan tanda seperti yang ditampilkan—jangan membalik sambungan probe untuk memaksa hasil “positif”. Jumlahkan tegangan yang ditandakan secara aljabar; totalnya harus nol, menunjukkan KVL. Anda dapat memilih lingkaran apa pun yang dimulai dan berakhir pada node yang sama; semua lingkaran semacam itu akan memenuhi hukum.
Di bawah ini adalah langkah-langkah ilustratif di sekitar lingkaran 0-1-2-3-0:
Pengukuran typikal menghasilkan tiga nilai positif dan satu negatif; secara aljabar menambahkannya harus menghasilkan nol.
Bebas bereksperimen dengan lingkaran lain, seperti 1 → 2 → 3 → 1, dan verifikasi bahwa jumlah aljabar tetap nol. Properti ini berlaku terlepas dari topologi rangkaian.
Hukum Tegangan Kirchhoff adalah alat analisis yang kuat yang memungkinkan prediksi magnitudo dan polaritas tegangan dalam jaringan apa pun dengan memastikan bahwa jumlah aljabar di sekitar setiap jalur tertutup adalah nol.
SIMULASI KOMPUTER
Netlist (buat file teks yang berisi berikut secara utuh):
Voltage divider v1 3 0 r1 3 2 5k r2 2 1 3k r3 1 0 2k .dc v1 6 6 1 * Voltages around 0-1-2-3-0 loop algebraically add to zero .print dc v(1,0) v(2,1) v(3,2) v(0,3) * Voltages around 1-2-3-1 loop algebraically add to zero .print dc v(2,1) v(3,2) v(1,3) .end
Simulasi menggunakan node 0–3, dengan nilai resistor yang dipilih untuk menyediakan 50%, 30%, dan 20% dari total tegangan di seluruh R1, R2, dan R3, masing-masing. Anda dapat mengubah tegangan sumber atau nilai resistor sesuai keinginan. Menjalankan simulasi akan mengeluarkan nilai tegangan; menjumlahkan setiap baris memastikan hukum.
RELATED WORKSHEETS:
Voltage Divider Circuits Worksheet
