Pengisian dan Pengosongan Kapasitor
Pengisian dan Pengosongan Kapasitor Bagian dan Bahan Eksperimen
Untuk melakukan eksperimen ini, Anda memerlukan yang berikut:
- Baterai 6 volt
- Dua kapasitor elektrolit besar, minimum 1000 F (Katalog Radio Shack # 272-1019, 272-1032, atau setara)
- Dua resistor 1 kΩ
- Satu sakelar pengalih, SPST (“Single-Pole, Single-Throw”)
Kapasitor bernilai besar diperlukan untuk eksperimen ini untuk menghasilkan konstanta waktu yang cukup lambat untuk dilacak dengan voltmeter dan stopwatch.
Berhati-hatilah bahwa sebagian besar kapasitor besar adalah jenis "elektrolitik", dan mereka sensitif terhadap polaritas ! Satu terminal dari setiap kapasitor harus ditandai dengan tanda polaritas tertentu.
Biasanya, kapasitor dengan ukuran yang ditentukan memiliki tanda negatif (-) atau rangkaian tanda negatif yang mengarah ke terminal negatif.
Kapasitor yang sangat besar sering kali diberi label polaritas dengan tanda positif (+) di sebelah salah satu terminal.
Kegagalan untuk memperhatikan polaritas yang tepat hampir pasti akan mengakibatkan kegagalan kapasitor, bahkan dengan tegangan sumber serendah 6 volt.
Ketika kapasitor elektrolitik gagal, mereka biasanya meledak , memuntahkan bahan kimia kaustik dan memancarkan bau busuk. Tolong, cobalah untuk menghindari ini!
Saya merekomendasikan sakelar lampu rumah tangga untuk “saklar sakelar SPST” yang ditentukan dalam daftar suku cadang.
REFERENSI SILANG
- Pelajaran Rangkaian Listrik , Volume 1, bab 13:“Kapasitor”
- Pelajaran Rangkaian Listrik , Volume 1, bab 16:“Konstanta Waktu RC dan Kiri/Kanan”
TUJUAN PEMBELAJARAN
Dalam eksperimen ini, kita akan mempelajari konsep-konsep berikut:
- Tindakan pengisian kapasitor
- Tindakan pengosongan kapasitor
- Perhitungan konstanta waktu
- Kapasitas seri dan paralel
Diagram Skema Sirkuit Pengisian dan Pengosongan
Ilustrasi Eksperimen
Petunjuk Eksperimen
Mengukur Tegangan Sirkuit Anda
Bangun sirkuit “pengisian” dan ukur tegangan melintasi kapasitor saat sakelar ditutup.
Perhatikan bagaimana ini meningkat perlahan dari waktu ke waktu, bukan tiba-tiba seperti yang terjadi pada resistor.
Anda dapat “mengatur ulang” kapasitor kembali ke tegangan nol dengan menghubungkan terminalnya dengan seutas kabel.
"Konstanta waktu" (τ) dari rangkaian resistor-kapasitor dihitung dengan mengambil resistansi rangkaian dan mengalikannya dengan kapasitansi rangkaian.
Untuk resistor 1 kΩ dan kapasitor 1000 F, konstanta waktu harus 1 detik. Ini adalah jumlah waktu yang diperlukan agar tegangan kapasitor meningkat sekitar 63,2% dari nilai sekarang ke nilai akhirnya:tegangan baterai.
Adalah mendidik untuk memplot tegangan kapasitor pengisian dari waktu ke waktu pada selembar kertas grafik, untuk melihat bagaimana kurva eksponensial terbalik berkembang.
Namun, untuk merencanakan aksi sirkuit ini, kita harus menemukan cara untuk memperlambatnya. Konstanta waktu satu detik tidak memberikan banyak waktu untuk melakukan pembacaan voltmeter!
Mengubah Konstanta Waktu Sirkuit
Kita dapat meningkatkan konstanta waktu sirkuit ini dengan dua cara berbeda:
- Mengubah resistansi rangkaian total, dan/atau
- Mengubah kapasitansi rangkaian total.
Diberikan sepasang resistor identik dan sepasang kapasitor identik, bereksperimenlah dengan berbagai kombinasi seri dan paralel untuk mendapatkan aksi pengisian paling lambat.
Anda seharusnya sudah tahu sekarang bagaimana beberapa resistor perlu dihubungkan untuk membentuk resistansi total yang lebih besar, tetapi bagaimana dengan kapasitor?
Sirkuit ini akan menunjukkan kepada Anda bagaimana kapasitansi berubah dengan koneksi kapasitor seri dan paralel.
Pastikan Anda memasukkan kapasitor ke arah yang benar:dengan ujung berlabel negatif (-) secara elektrik "paling dekat" dengan terminal negatif baterai!
Sirkuit pengosongan memberikan jenis perubahan tegangan kapasitor yang sama, kecuali kali ini tegangan melompat ke tegangan baterai penuh ketika sakelar ditutup dan perlahan-lahan turun ketika sakelar dibuka.
Percobaan sekali lagi dengan kombinasi resistor dan kapasitor yang berbeda, pastikan seperti biasa polaritas kapasitor benar.
Simulasi Komputer
Skematis dengan nomor node SPICE:
Netlist (buat file teks yang berisi teks berikut, kata demi kata):
Sirkuit pengisian kapasitor v1 1 0 dc 6 r1 1 2 1k c1 2 0 1000u ic=0 .tran 0.1 5 uic .plot tran v(2,0) .end
LEMBAR KERJA TERKAIT:
- Lembar Kerja Perhitungan Konstanta Waktu
- Lembar Kerja Kapasitor
