Transformator dan arus searah

Kurikulum: GCSE, Sek I/II

Buka versi lengkap ↗

Tujuan

Memeriksa apakah transformator bekerja dengan arus searah, dan melihat bahwa tegangan muncul pada kumparan sekunder hanya ketika arus di kumparan primer berubah.

Rangkaian

Sumber tegangan searah 6 V terhubung melalui sakelar dan amperemeter ke kumparan primer transformator (2000 lilitan, hambatan 40 Ω). Lampu 3,5 V / 0,5 W dan voltmeter DC terhubung ke kumparan sekunder (1400 lilitan). Sakelar terbuka.

Langkah kerja

1. Tutup sakelar. Amati lampu dan amperemeter.
2. Tunggu beberapa detik. Catat pembacaan amperemeter dan voltmeter.
3. Buka sakelar. Amati lampu.
4. Ulangi percobaan dengan kecepatan simulasi yang lebih rendah agar kilatannya lebih jelas terlihat.

Hasil yang diharapkan

Ketika sakelar ditutup, arus di kumparan primer naik secara bertahap, dalam sepersekian detik, dan menetap di sekitar 0,15 A: arus dibatasi oleh hambatan kumparan. Fluks berubah perlahan, tegangan induksinya kecil, dan lampu hampir tidak menyala — filamen baru mulai memerah, yang hanya terlihat dalam gelap. Selama arus konstan, voltmeter pada kumparan sekunder menunjukkan 0 dan lampu padam. Ketika sakelar dibuka, arus terputus secara tiba-tiba dan lampu berkilat terang — dua kali lebih terang daripada pada nilai nominalnya — dan padam dalam seperempat detik: arus induksinya sekitar 0,2 A, 1,4 kali arus nominalnya. Tegangan pada kumparan sekunder hanya diinduksi oleh fluks magnetik yang berubah, sehingga transformator tidak bekerja dengan arus searah.

Bukan kebetulan arus di kumparan primer dibatasi. Inti transformator nyata dapat jenuh pada arus searah, dan arus yang kuat saat sakelar dibuka akan diteruskan ke rangkaian sekunder dengan perbandingan yang sama seperti perbandingan lilitannya dan membuat lampu putus.

Pertanyaan

1. Mengapa lampu berkilat lebih terang saat sakelar dibuka daripada saat sakelar ditutup?
2. Mengapa arus di kumparan primer tidak langsung naik setelah sakelar ditutup?
3. Mengapa transformator hanya digunakan pada rangkaian arus bolak-balik?

Jawaban

1. Saat sakelar ditutup, arus dan fluks magnetik bertambah secara bertahap, dan perubahan fluks yang lambat hanya menginduksi tegangan kecil. Saat sakelar dibuka, arus primer 0,15 A berhenti hampir seketika, dan energi yang tersimpan dalam medan magnet inti masuk ke rangkaian sekunder: fluks mempertahankan arus sekitar 0,15 A · 2000 / 1400 ≈ 0,2 A yang mengalir melalui lampu, 1,4 kali arus nominalnya.
2. Kumparan ini memiliki 2000 lilitan pada inti baja dan karena itu induktansinya besar. Arus yang bertambah membangun fluks magnetik yang bertambah, dan fluks ini menginduksi pada kumparan tegangan yang melawan pertambahan arus (induksi diri), sehingga arus mendekati 6 V / 40 Ω ≈ 0,15 A secara bertahap.
3. Transformator memindahkan energi hanya melalui fluks magnetik yang berubah; arus searah menghasilkan fluks yang konstan, dan kumparan sekunder tidak menghasilkan tegangan. Pada arus searah arus primer juga hanya dibatasi oleh hambatan kumparan: dengan kumparan primer bawaan 500 lilitan (2,5 Ω) sumber 6 V akan mengalirkan sekitar 1,9 A melaluinya, dan kumparan nyata akan menjadi terlalu panas.