Mengukur apa yang tidak bisa dilihat
Ada pipa air di depan Anda. Bagaimana Anda tahu ada air yang mengalir? Buka keran dan lihat apakah air keluar. Tetapi bagaimana jika Anda tidak bisa melakukan itu? Bagaimana Anda menghubungkan pipa itu dan mengukur air yang mengalir melaluinya tanpa mengganggu aliran air? Itu bisa dilakukan, tetapi secara tidak langsung menggunakan alat untuk mengukur tekanan di dalam pipa. Ini adalah analogi untuk mengukur arus listrik yang mengalir melalui rangkaian listrik. Bagaimana jika tidak ada (seperti bola lampu menyala) untuk menunjukkan aliran arus? Jika ada arus yang mengalir, bagaimana kita mengukur arus itu? Ilmuwan mengembangkan alat untuk mengukur arus yang disebut galvanometer.
Sebuah galvanometer menggunakan prinsip listrik dan magnet dan teori sirkuit untuk mendeteksi dan mengukur arus dalam konduktor (sesuatu yang menghantarkan listrik).
Cara kerja galvanometer
Seutas kawat dililitkan pada sepotong besi dan ditempatkan di antara dua magnet sehingga ujung magnet yang berlawanan saling berhadapan. Ujung kabel dihubungkan ke terminal tempat sirkuit dapat dihubungkan.
Galvanometer |
Ketika arus listrik dilewatkan melalui koil, torsi diterapkan ke inti yang dibungkus kawat dengan memutarnya. Jumlah torsi sebanding dengan arus melalui kawat. Jarum berhenti ketika torsi akibat gaya elektromagnetik sama dengan torsi yang diberikan oleh pegas. Saat arus dilepas, pegas mengembalikan jarum ke 0.
defleksi skala besar
Defleksi skala penuh adalah rentang dari 0 hingga nilai maksimum arus dalam kabel. Sirkuit dapat memiliki nilai ampere yang sangat kecil mulai dari nanoamps (nA = 10 -9 A) hingga ratusan ampere. Pegas di galvanometer memiliki batas seberapa besar gaya yang dapat diberikannya sebelum putus, sehingga galvanometer harus disesuaikan untuk menangani arus yang lebih tinggi.
pengukuran ampere |
Desain galvanometer membutuhkan penentuan kisaran arus yang dapat diukur. Ketika arus besar akan diukur, sakelar putar diputar untuk mengaktifkan shunt , yang merupakan resistor khusus dengan resistansi yang jauh lebih rendah daripada inti yang dibungkus kawat. Ada beberapa skala pada galvanometer yang memungkinkan pengukuran berbagai arus.
Resistansi shunt yang jauh lebih rendah dibandingkan dengan loop kabel memungkinkan sebagian besar arus melewati shunt. Arus terkecil melalui perangkat mencatat nilai yang akan terbaca pada skala arus listrik terkecil. Mari kita tentukan cara menghitung resistansi shunt untuk mengurangi defleksi.
resistensi shunt
Katakanlah kita sedang merancang sebuah galvanometer untuk memiliki kemampuan mengukur antara 0 dan 10 mA menggunakan dua skala. Dial berputar dari galvanometer akan memiliki dua pengaturan. Pengaturan 1 akan menjadi 0 hingga 1 mA dan pengaturan 2 akan menjadi 0 hingga 10 mA. Resistansi internal susunan loop kawat adalah 10 Ω dan hanya dapat menangani 1 mA karena pegas. Tujuan kita adalah untuk menentukan resistor shunt yang kita perlukan untuk rentang nilai arus kedua yang lebih besar. Mari kita mulai dengan diagram rangkaian yang menunjukkan resistansi internal galvanometer dan kabel shunt yang diparalelkan dengannya.
Diagram Sirkuit Shunt dan Galvanometer |
- IT adalah arus total
- IS adalah arus yang melalui shunt
- ID adalah arus melalui perangkat (galvanometer)
- RS adalah resistansi shunt
- RD adalah resistansi perangkat
Hukum sirkuit Kirchhoff untuk arus menyatakan bahwa ketika arus mencapai cabang dalam suatu rangkaian, arus itu terbagi, tetapi arus totalnya tetap sama. Menurut diagram sirkuit kami, kami dapatkan
Total arus pada keluaran arus total yang sama |
Karena shunt sejajar dengan resistansi internal galvanometer, voltase yang melintasinya sama, memberi kita
Tegangan pada gerendel sama dengan tegangan pada galvanometer. |
Arus maksimum yang dapat diukur oleh galvanometer pada defleksi skala penuh adalah I d . Arus listrik maksimum dalam rangkaian adalah I t . Kita sekarang dapat menghitung resistansi shunt yang diperlukan untuk arus maksimum dalam rangkaian.
- I d, fs adalah arus yang melalui galvanometer pada defleksi skala penuh.
Memecahkan persamaan untuk hambatan shunt, R s , kita dapatkan
Sekarang, kita dapat menghitung resistor shunt yang akan kita butuhkan.
Shunt harus memiliki resistansi 1,11 Ω untuk memungkinkan pengukuran arus antara 0 dan 10 mA.
Ringkasan Pelajaran
Galvanometer adalah alat pengukur arus listrik. Ini terdiri dari massa besi padat yang dibungkus dengan kawat tembaga dengan jarum yang melekat padanya dan ditempatkan di antara ujung dua magnet yang berlawanan. Pegas dipasang pada inti besi, dan ketika ada arus yang mengalir melalui kawat, torsi bekerja pada inti besi yang menggerakkan jarum. Ketika torsi di inti besi tidak dapat membuat pegas meregang lebih jauh, jarum berhenti bergerak dan yang ditunjukkan pada skala adalah arus.
Hanya arus kecil yang dapat melewati perangkat karena pegas memiliki batas seberapa banyak ia dapat meregang sebelum dihancurkan. Untuk memiliki kemampuan mengukur arus yang lebih besar, shunt dengan resistansi lebih rendah dari perangkat dihubungkan secara paralel dengan perangkat. Hal ini menyebabkan arus total yang melalui rangkaian terbagi di persimpangan antara shunt dan perangkat, dengan sebagian besar arus melalui shunt. Galvanometer memiliki sakelar putar yang memungkinkan sambungan shunt yang sesuai dengan skala di mana arus dibaca. Misalnya, untuk arus antara 0 dan 1 mA, pengaturannya adalah 1, dan untuk 0 hingga 10 mA, pengaturannya adalah 2.
Persamaan untuk menghitung tahanan shunt yang dibutuhkan adalah