Induksi diri saat rangkaian diputus

Kurikulum: APC, Sek II

Buka versi lengkap ↗

Tujuan

Mengamati GGL induksi diri saat rangkaian yang berisi induktor diputus.

Rangkaian

Sumber 6 V, sakelar (tertutup), dan induktor 20 H dengan hambatan kumparan 50 Ω; paralel dengan induktor — lampu 6 V / 0,5 W. Dalam beberapa detik setelah praktikum dibuka, induktor membangun arusnya hingga sekitar 0,12 A, 1,4 kali arus lampu (0,083 A).

Langkah kerja

1. Tunggu beberapa detik sampai arus induktor stabil.
2. Atur kecepatan jam simulasi di bilah alat ke ×0.1 agar kilatan lebih mudah dilihat, buka sakelar, dan amati lampu.
3. Kembalikan kecepatan ke ×1, tutup sakelar, tunggu lagi beberapa detik, lalu buka sakelar.

Hasil yang diharapkan

Setelah sakelar dibuka, lampu berkilat tiga kali lebih terang daripada biasanya dan padam dalam beberapa persepuluh detik (pada ×0.1, dalam beberapa detik). Induktor mempertahankan arusnya, dan arus itu mengalir melalui lampu — sekitar 0,12 A, 1,4 kali arus nominalnya; tegangan pada lampu sesaat naik hingga sekitar 9,3 V — lebih tinggi daripada tegangan sumber. Induktor dipilih sedemikian rupa sehingga arusnya hanya sedikit lebih besar daripada arus lampu: dengan induktor yang membangun arus tiga kali lipat, lampu akan putus saat sakelar dibuka pertama kali.

Pertanyaan

1. Dari mana energi kilatan itu berasal?
2. Mengapa dioda dipasang paralel dengan kumparan relai?

Jawaban

1. Dari medan magnet induktor. Pada 0,12 A induktor menyimpan \(W = L \cdot I^2 / 2\) = 20 · 0,12² / 2 ≈ 0,14 J; setelah sakelar dibuka, energi ini mempertahankan arus yang mengalir melalui lampu dan berubah menjadi kalor dan cahaya di filamen serta kalor di kumparan 50 Ω.
2. Saat relai dimatikan, kumparannya mempertahankan arusnya tetap mengalir, seperti induktor pada rangkaian ini. Tanpa jalur bagi arus itu, tegangan induksi diri naik cukup tinggi untuk menimbulkan percikan api di kontak sakelar atau menyebabkan tembus pada transistor yang mengendalikan kumparan. Dioda, yang dalam operasi normal dibias mundur, memberi arus itu lintasan tertutup mengelilingi kumparan, tugas yang dilakukan lampu pada rangkaian ini, sehingga sakelar hanya mendapat tegangan sedikit di atas tegangan catu.