Lewati ke isi

Pergeseran fase

Kurikulum: Sek II

Buka versi lengkap ↗

Tujuan

Melihat pergeseran fase antara arus dan tegangan pada kapasitor.

Rangkaian

Sumber: sinus, amplitudo 5 V, 100 Hz. Kapasitor 10 µF dan shunt 10 Ω disusun seri; tegangan pada shunt sebanding dengan arus. Osiloskop: CH1 — sumber (2 V/div), CH2 — shunt (0,1 V/div), mode DUAL, 2 ms/div.

Langkah kerja

  1. Bandingkan posisi maksimum kedua gelombang sinus.
  2. Ukur pergeseran waktunya dan ubah ke derajat: \(360^\circ \cdot \Delta t / T\).
  3. Di menu pada layar osiloskop, pilih mode X-Y.
Hasil yang diharapkan

Periodenya 10 ms — 5 divisi. Arus (CH2) mendahului tegangan hampir seperempat periode — sekitar 2,4 ms, hampir 90°: selain kapasitansi, rangkaian juga berisi shunt dan hambatan dalam sumber. Amplitudo pada shunt sekitar 0,31 V. Pada mode X-Y Anda mendapatkan elips yang sumbu-sumbunya hampir sejajar dengan kisi.

Pertanyaan

  1. Mengapa arus pada kapasitor mendahului tegangan?
  2. Seperti apa pola X-Y jika kapasitor diganti dengan resistor?
  3. Bagaimana pergeseran fase berubah jika induktor dipakai sebagai pengganti kapasitor?
Jawaban
  1. Arus adalah laju aliran muatan ke keping kapasitor, dan tegangan sebanding dengan muatan, \(U = Q / C\). Karena itu arus paling besar ketika tegangan berubah paling cepat, yaitu saat melewati nol, dan bernilai nol ketika tegangan berada di puncaknya dan sesaat berhenti berubah, sehingga arus mencapai puncaknya seperempat periode lebih awal: 2,5 ms pada 100 Hz. Pada rangkaian ini nilainya 2,4 ms karena \(X_C\) ≈ 159 Ω terhubung seri dengan shunt 10 Ω dan hambatan dalam sumber 0,5 Ω.
  2. Pada resistor arus dan tegangan sefase, sehingga elips menyempit menjadi garis lurus melalui pusat, naik ke kanan. Kemiringannya bergantung pada hambatan dan pada skala kanal.
  3. Arus akan tertinggal dari tegangan: maksimum CH2 akan muncul setelah maksimum CH1, sedikit kurang dari seperempat periode kemudian, hampir 90°. Pada induktor GGL induksi diri melawan perubahan arus, sehingga arus baru mencapai puncaknya setelah tegangan melewati puncaknya sendiri; hambatan kumparan, shunt, dan hambatan dalam membuat sudutnya tetap di bawah 90°.