Nilai efektif

Kurikulum: A-level, GCSE (ac and dc), Sek I/II

Buka versi lengkap ↗

Tujuan

Membandingkan efek arus bolak-balik dan arus searah serta memahami makna nilai efektif.

Rangkaian

Di atas — sumber tegangan searah 7,07 V dan lampu 12 V / 5 W. Di bawah — sumber tegangan sinusoidal dengan amplitudo 10 V, 50 Hz, dan lampu yang identik, dengan voltmeter dalam mode AC di atasnya. Di kanan — osiloskop yang terhubung ke sumber tegangan bolak-balik (CH1, 5 V/div, 5 ms/div).

Langkah kerja

1. Bandingkan kecerahan kedua lampu.
2. Catat pembacaan voltmeter dan hasil pengukuran otomatis osiloskop (Vpp, Vrms).
3. Alihkan voltmeter ke mode DC.
4. Pada sumber tegangan bolak-balik, pilih gelombang kotak dan bandingkan lagi kecerahannya.

Hasil yang diharapkan

Kedua lampu menyala sama terang: gelombang sinus dengan amplitudo 10 V memanaskan filamen sama seperti tegangan searah 7,07 V. Voltmeter AC menunjukkan sekitar 6,9 V: sebagian tegangan jatuh pada hambatan dalam sumber 0,5 Ω. Nilai puncak ke puncak pada osiloskop sekitar 19,5 V. Pada mode DC voltmeter menunjukkan sekitar 0. Untuk gelombang kotak dengan amplitudo 10 V nilai efektifnya 10 V, dan lampu bawah menyala lebih terang.

Pertanyaan

1. Mengapa nilai efektif gelombang sinus \(\sqrt{2}\) kali lebih kecil daripada amplitudonya?
2. Tegangan searah berapa yang diperlukan agar kedua lampu sama terang setelah beralih ke gelombang kotak?

Jawaban

1. Daya pemanasan pada suatu hambatan adalah \(u^2 / R\). Untuk gelombang sinus \(u^2 = U_m^2 \cdot \sin^2(\omega t)\), dan rata-rata \(\sin^2\) selama satu periode adalah setengah, sehingga tegangan searah yang memanaskan sama besar memenuhi \(U^2 = U_m^2 / 2\), yaitu \(U = U_m / \sqrt{2}\): 10 V / √2 ≈ 7,07 V pada rangkaian ini.
2. 10 V. Gelombang kotak dengan amplitudo 10 V setiap saat bernilai +10 V atau −10 V, dan filamen memanas sama untuk kedua polaritas, sehingga nilai efektif gelombang kotak sama dengan amplitudonya.