Osilasi teredam pada rangkaian LC

Kurikulum: APC, Sek II

Buka versi lengkap ↗

Tujuan

Mengamati osilasi bebas teredam pada rangkaian LC dan mengukur periodenya.

Rangkaian

Sumber 6 V mengisi kapasitor 10 µF melalui resistor 10 kΩ. Sakelar (terbuka) menghubungkan induktor 1 H dengan hambatan kumparan 10 Ω ke kapasitor. Osiloskop pada kapasitor: CH1, 2 V/div, 20 ms/div.

Langkah kerja

1. Atur kecepatan jam simulasi di bilah alat ke ×0.1.
2. Tutup sakelar dan amati bentuk gelombangnya.
3. Bekukan tampilan dengan tombol MULAI/HENTI, ukur waktu lima periode, lalu bagi dengan 5.
4. Buka sakelar agar kapasitor terisi kembali, lalu ulangi dengan kapasitor 40 µF.

Hasil yang diharapkan

Setelah sakelar ditutup, tegangan pada kapasitor berosilasi secara sinusoidal dan teredam. Periodenya sekitar 20 ms — satu divisi, jadi lima periode sama dengan lima divisi; frekuensinya sekitar 50 Hz: \(T = 2\pi\sqrt{LC}\). Redaman ditentukan oleh hambatan kumparan dan resistor pengisi. Dengan 40 µF periodenya menjadi dua kali lipat — sekitar 40 ms.

Pertanyaan

1. Perubahan energi apa saja yang terjadi selama satu periode?
2. Mengapa osilasi teredam?

Jawaban

1. Dua kali dalam setiap periode energi berpindah dari medan listrik kapasitor, \(C \cdot U^2 / 2\), ke medan magnet induktor, \(L \cdot I^2 / 2\), dan kembali lagi. Saat tegangan kapasitor mencapai puncaknya arus bernilai nol, dan saat tegangan melewati nol arus mencapai puncaknya; pada awalnya kapasitor menyimpan sekitar 10 µF · (6 V)² / 2 = 0,18 mJ.
2. Pada setiap periode sebagian energi berubah menjadi kalor pada hambatan-hambatan rangkaian: kumparan 10 Ω, yang dilalui seluruh arus osilasi, dan resistor pengisi 10 kΩ, yang tetap terhubung ke kapasitor melalui sumber. Energi yang tersisa untuk osilasi berkurang, dan amplitudo ikut berkurang.