Resonansi pada rangkaian RLC seri

Kurikulum: Sek II, APC (extension)

Buka versi lengkap ↗

Tujuan

Mengukur kurva resonansi rangkaian RLC seri.

Rangkaian

Sumber: sinus, amplitudo 5 V (nilai efektif 3,54 V), 159,15 Hz — frekuensi resonansi rangkaian. Amperemeter dalam mode AC, resistor 10 Ω, induktor 0,1 H (kumparan 1 Ω), dan kapasitor 10 µF disusun seri. Voltmeter dalam mode AC — pada induktor dan pada kapasitor.

Langkah kerja

1. Catat arus serta tegangan pada induktor dan pada kapasitor.
2. Ubah frekuensi dari 50 hingga 500 Hz dan catat arusnya.
3. Buat grafik \(I(f)\).
4. Bandingkan tegangan pada \(L\) dan \(C\) dengan tegangan sumber saat resonansi.

Hasil yang diharapkan

Saat resonansi arusnya sekitar 299 mA, dan tegangan pada induktor dan pada kapasitor masing-masing sekitar 29,9 V, 8–9 kali tegangan efektif sumber (3,54 V); tegangan pada \(L\) dan \(C\) berlawanan fase dan saling meniadakan. Jauh dari resonansi arusnya kecil: pada 100 Hz, sekitar 36 mA. Frekuensi resonansi \(f_0 = 1 / (2\pi\sqrt{LC})\) ≈ 159 Hz.

Pertanyaan

1. Bagaimana kurva resonansi berubah jika resistor diganti dengan resistor 100 Ω?
2. Mengapa tegangan pada kapasitor dapat lebih besar daripada tegangan sumber?

Jawaban

1. Frekuensi resonansi tetap sekitar 159 Hz, karena hanya bergantung pada \(L\) dan \(C\). Arus puncak turun menjadi sekitar 3,54 V / 102 Ω ≈ 35 mA (kumparan, sumber, dan amperemeter menambah sekitar 2 Ω), dan kurvanya menjadi rendah dan lebar: pada 100 Hz arusnya masih sekitar 25 mA, 70% dari puncak.
2. Saat resonansi reaktansi induktor dan kapasitor sama besar, masing-masing sekitar 100 Ω, dan tegangan keduanya berlawanan fase dan saling meniadakan, sehingga sumber mengalirkan arus hanya melalui hambatan sekitar 12 Ω. Arus 0,299 A melalui reaktansi kapasitor 100 Ω menghasilkan 0,299 A · 100 Ω ≈ 29,9 V pada kapasitor, 8,5 kali tegangan sumber 3,54 V. Energi berayun bolak-balik antara induktor dan kapasitor, dan sumber hanya mengganti energi yang hilang pada hambatan.