Induktor & Kalkulus: Bagaimana Perubahan Arus Menggerakkan Tegangan
Berbeda dengan resistor, induktor tidak menunjukkan hambatan konstan. Sebaliknya, hubungan tegangan-arusnya diatur oleh prinsip matematis yang jelas:
Ekspresi ini mencerminkan persamaan kapasitor, menghubungkan turunan tegangan seketika di seluruh induktor (v) dengan laju perubahan instan arusnya (di/dt). Variabel ditulis huruf kecil karena mereka mewakili nilai pada satu titik waktu tertentu.
Dalam praktik, kita menulis tegangan seketika sebagai v (meskipun e juga dapat diterima). Laju perubahan arus, di/dt, diukur dalam ampere per detik, dengan nilai positif menunjukkan arus yang meningkat dan nilai negatif menunjukkan arus yang menurun.
Sama seperti kapasitor, perilaku induktor secara mendasar bergantung pada waktu. Mengabaikan hambatan minimal dari gulungannya, tegangan di seluruh induktor sepenuhnya fungsi dari seberapa cepat arusnya berubah.
Pertimbangkan induktor sempurna (nol ohm hambatan kabel) secara seri dengan potentiometer yang dapat mengubah arus yang mengalir melaluinya:
Jika pauh potentiometer tetap diam, arus yang diukur oleh ammeter stabil dan voltmeter membaca nol volt. Dalam hal ini, di/dt sama dengan nol, mengonfirmasi bahwa tidak ada tegangan yang diinduksi di seluruh induktor karena fluks magnet konstan.
Memindahkan pauh perlahan ke atas menurunkan hambatan potentiometer, sehingga meningkatkan arus. Ammeter menunjukkan kenaikan bertahap dalam arus, berarti di/dt adalah angka positif kecil. Mengalikan di/dt tetap ini dengan induktansi induktor L menghasilkan tegangan tetap di seluruh gulungan:
Arus Induktor, Tegangan vs. Waktu
Dalam skenario ini, induktor bertindak sebagai beban. Tegangan yang diinduksi negatif di mana elektron masuk dan positif di mana mereka keluar.
Mengubah kecepatan gerakan pauh ke atas mengubah magnitudo tegangan yang diinduksi sambil mempertahankan polaritasnya konstan. Ini menunjukkan sifat turunan dari respons induktor:
Membalik gerakan pauh (bergerak ke bawah) meningkatkan hambatan, mengurangi arus. di/dt negatif yang dihasilkan menghasilkan tegangan yang diinduksi yang menahan penurunan ini, membalik polaritas turunan tegangan.
Dalam kedua kasus—apakah arus naik atau turun—magnitudo tegangan yang diinduksi hanya bergantung pada |di/dt| dan induktansi L. di/dt sebesar –2 A/detik menghasilkan magnitudo tegangan yang sama dengan +2 A/detik, hanya dengan polaritas berlawanan.
Ketika perubahan arus sangat cepat, tegangan yang diinduksi dapat menjadi sangat besar. Misalnya, dalam sirkuit di mana baterai 6 V, saklar, induktor, dan lampion neon dihubungkan seperti yang ditunjukkan:
Menutup singkatnya saklar menahan kenaikan arus, menghasilkan turunan tegangan kecil—tidak cukup untuk mengionkan gas neon (≈70 V diperlukan). Jadi lampion tetap mati.
Membuka saklar, malah, memperkenalkan hambatan besar hampir secara instan. Arus runtuh cepat, menghasilkan di/dt negatif besar. Tegangan induksi yang dihasilkan dapat dengan mudah melebihi 70 V, sementara menyala lampion neon sebelum arus meredap ke nol:
Untuk memaksimalkan efek ini, gunakan induktor dengan induktansi tinggi (≥ 1 H).
LEMBAR KERJA TERKAIT:
- Lembar Kerja Kalkulus untuk Sirkuit Listrik
- Lembar Kerja Induktor
- Lembar Kerja Induktansi
