Memasang amperemeter dan voltmeter

Kurikulum: KS3, cycle 4, Sek I

Tujuan¶

Belajar memasang amperemeter secara seri dan voltmeter secara paralel dengan suatu bagian rangkaian.

Dasar teori¶

Amperemeter mengukur arus yang mengalir melalui dirinya sendiri, sehingga seluruh arus rangkaian harus melewati alat ukur: putuskan rangkaian dan pasang amperemeter di celah itu, secara seri. Arus dalam rangkaian seri sama di semua titik, dan amperemeter menunjukkan nilai yang sama sebelum resistor maupun sesudahnya. Amperemeter ideal tidak memiliki hambatan. Amperemeter nyata sedikit menambah hambatan rangkaian, dan makin sedikit tambahannya, makin kecil perubahan arus yang diukurnya.

Voltmeter mengukur tegangan antara dua titik yang disentuh soketnya. Hubungkan soket itu ke ujung-ujung bagian rangkaian, paralel dengannya, dan rangkaian tetap tertutup. Voltmeter ideal tidak menarik arus. Voltmeter nyata menarik sedikit arus memintas bagian itu, dan makin besar hambatannya, makin kecil perubahan tegangan yang diukurnya.

Soket “+” alat ukur berada di sisi “+” sumber. Jika kabelnya tertukar, alat ukur digital menunjukkan tanda minus, dan jarum alat ukur analog menyimpang ke arah yang salah, di bawah nol.

Menukar kedua alat ukur menimbulkan dua kesalahan yang khas:

amperemeter yang dipasang paralel dengan suatu bagian membuat hubungan pendek pada bagian itu: hanya hambatan dalam sumber dan amperemeter itu sendiri yang membatasi arus, dan sekering alat ukur nyata putus;
voltmeter yang dipasang seri hampir menghentikan arus sepenuhnya: alat ini tidak merusak apa pun, tetapi menunjukkan hampir seluruh tegangan sumber, bukan tegangan pada bagian itu.

Alat ukur dengan lebih dari satu terminal memiliki batas ukur sendiri di setiap terminal. Hubungkan kabel ke batas ukur terbesar terlebih dahulu dan pindah ke batas yang lebih kecil hanya jika pembacaannya masuk dalam batas itu: alat ukur tetap aman, dan jarum memakai bagian skala yang lebih besar. Alat ukur pada rangkaian kami masing-masing memiliki dua soket dan tidak ada batas ukur yang perlu dipilih.

Rangkaian¶

Sumber 6 V, amperemeter, resistor 100 Ω; voltmeter dihubungkan paralel dengan resistor. Alat ukur berada dalam mode DC.

Langkah kerja¶

Catat pembacaan amperemeter dan voltmeter.
Hubungkan amperemeter kedua dengan kabel secara paralel dengan resistor.
Lepaskan amperemeter tambahan dan nyalakan sumber dengan tombol daya.
Hubungkan voltmeter ke dalam rangkaian secara seri: lepaskan kabel antara amperemeter dan resistor, lalu pindahkan kabel voltmeter — kabel dari “+” ke keluaran amperemeter, kabel dari “−” ke soket kiri resistor. Catat pembacaan kedua alat ukur.

Hasil yang diharapkan

Amperemeter menunjukkan sekitar 59,6 mA, voltmeter sekitar 5,96 V. Amperemeter kedua memasang hambatannya yang 0,1 Ω paralel dengan resistor 100 Ω, dan hampir seluruh arus mengambil jalan melalui alat ukur itu. Dalam rangkaian hanya tersisa sekitar 0,8 Ω: hambatan dalam sumber, kedua amperemeter, dan kabel. Untuk 6 V pada 0,8 Ω, hukum Ohm memberikan lebih dari 7 A, jauh melebihi yang diizinkan sumber: proteksi beban lebih mematikannya, dan indikator daya berkedip merah. Setelah amperemeter tambahan dilepas dan sumber dinyalakan, pembacaannya kembali seperti semula.

Voltmeter yang dihubungkan seri menunjukkan sekitar 6,00 V, dan amperemeter praktis nol (kurang dari satu mikroampere). Pada hubungan seri, voltmeter dan bagian rangkaian lainnya berbagi tegangan sumber sebanding dengan hambatan masing-masing: \(U_V = U \cdot R_V / (R_V + R)\). Dengan 10 MΩ dibandingkan sekitar 100 Ω, voltmeter mendapat seluruh 6 V kecuali seperseratus ribunya, arusnya hanya sekitar 0,6 µA, dan tegangan pada resistor sekitar 60 µV.

Pertanyaan¶

Seberapa besar amperemeter menurunkan arus dalam rangkaian, dan berapa bagian arus resistor yang ditarik voltmeter?
Mengapa voltmeter yang dihubungkan seri menunjukkan hampir sebesar tegangan sumber, sedangkan arus dalam rangkaian hilang?

Jawaban

Tanpa amperemeter, rangkaian berisi resistor 100 Ω, hambatan sumber 0,5 Ω, dan kabel, dan \(I = U / R\) memberikan sekitar 59,7 mA. Amperemeter menambahkan hambatannya yang 0,1 Ω dan menurunkan arus menjadi 59,6 mA yang tampil di layarnya, turun sekitar 0,1%. Voltmeter, yang paralel dengan resistor, menarik sekitar 5,96 V / 10 MΩ ≈ 0,6 µA, seperseratus ribu dari 59,6 mA yang melalui resistor.
Pada hubungan seri, hambatan voltmeter 10 MΩ ditambahkan pada sekitar 100 Ω bagian rangkaian lainnya, sehingga arusnya hanya \(I = U / R\) ≈ 6 V / 10 MΩ = 0,6 µA. Pada arus ini tegangan pada resistor hanya sekitar 60 µV, pada amperemeter dan sumber lebih kecil lagi, dan hampir seluruh 6 V tersisa pada voltmeter: tegangan terbagi sebanding dengan hambatan.