ALTERNATING CURRENT, DIRECT CURRENT, SERI, PARALEL,KOMBINASI SERI - PARALE (Laporan Tetap Praktikum...
-
Upload
febri-irawan-putra-zenir -
Category
Documents
-
view
566 -
download
9
Transcript of ALTERNATING CURRENT, DIRECT CURRENT, SERI, PARALEL,KOMBINASI SERI - PARALE (Laporan Tetap Praktikum...
LAPORAN TETAP
PRAKTIKUM ELEKTRONIKA
“ ALTERNATING CURRENT, DIRECT CURRENT, SERI, PARALEL,
KOMBINASI SERI - PARALEL “
OLEH :
FEBRI IRAWAN
05091002006
PROGRAM STUDI TEKNIK PERTANIAN
JURUSAN TEKNOLOGI PERTANIAN
FAKULTAS PERTANIAN
UNIVERSITAS SRIWIJAYA
INDERALAYA
2010
1. TUJUAN
Tujuan dari praktikum ini adalah
Untuk mengetahui prinsip kerja dari AC
Untuk mengetahui prinsip kerja dari DC
Untuk mengetahui prinsip kerja dari rangakian seri pada resistror
Untuk mengetahui prinsip kerja dari rangakian paralel pada resistor
Untuk mengetahui prinsip kerja dari rangakian kombinasi seri-paralel pada resistror
2. ALAT dan BAHAN
Multimeter Digital
Multimeter Analog
Arus AC
Baterai ( Arus DC )
Reistor
3. CARA KERJA dan PEMBAHASAN
Apakah alternating current (AC)
Kebanyakan siswa listrik memulai studi mereka dengan apa yang dikenal sebagai arus searah
(DC), yang listrik mengalir dalam arah yang konstan, dan / atau yang memiliki tegangan dengan
polaritas konstan. DC adalah jenis listrik yang dibuat oleh baterai (dengan terminal positif dan
negatif pasti), atau jenis muatan yang dihasilkan dengan menggosokkan beberapa jenis bahan
terhadap satu sama lain.
Sebagai berguna dan sebagai mudah dipahami sebagai DC, itu bukan "hanya" jenis listrik yang
digunakan. Beberapa sumber listrik (terutama, generator elektro-mekanis rotary) alami
menghasilkan tegangan bolak-balik dalam polaritas, membalikkan positif dan negatif dari waktu
ke waktu. Baik sebagai polaritas tegangan switching atau sebagai arah switching arus bolak-
balik, ini "" semacam listrik dikenal sebagai Alternating Current (AC): Gambar di bawah ini
Langsung & arus bolak
Sedangkan simbol baterai akrab digunakan sebagai simbol generik untuk setiap sumber tegangan
DC, lingkaran dengan garis bergelombang di dalam adalah simbol umum untuk setiap sumber
tegangan AC.
Orang mungkin bertanya-tanya mengapa ada orang yang repot-repot dengan yang namanya AC.
Memang benar bahwa dalam beberapa kasus AC tidak memiliki keunggulan praktis atas DC.
Dalam aplikasi di mana listrik digunakan untuk menghilangkan energi dalam bentuk panas,
polaritas atau arah arus tidak relevan, asalkan ada cukup tegangan dan arus dengan beban untuk
menghasilkan panas yang diinginkan (disipasi daya). Namun, dengan AC adalah mungkin untuk
membangun pembangkit listrik, motor dan sistem distribusi tenaga listrik yang jauh lebih efisien
daripada DC, dan begitu kita menemukan AC digunakan sebagian besar penduduknya di seluruh
dunia dalam aplikasi daya tinggi. Untuk menjelaskan rincian mengapa hal ini begitu, sedikit latar
belakang pengetahuan tentang AC diperlukan.
Jika mesin akan dibangun untuk memutar medan magnet untuk serangkaian kumparan kawat
stasioner dengan berpaling dari poros, tegangan AC akan diproduksi di kumparan kawat sebagai
poros yang diputar, sesuai dengan Hukum Faraday tentang induksi elektromagnetik. Ini adalah
prinsip operasi dasar dari sebuah generator AC, juga dikenal sebagai sebuah alternator: Gambar
di bawah ini
Alternator operasi
Perhatikan bagaimana polaritas tegangan kumparan kawat membalikkan sebagai kutub
berlawanan dari magnet berputar lewat. Terhubung ke beban, tegangan membalik polaritas ini
akan membuat arah arus membalik di sirkuit. Semakin cepat alternator adalah berpaling, magnet
yang lebih cepat akan berputar, mengakibatkan tegangan dan arus bolak switch arah yang lebih
sering dalam jumlah waktu tertentu.
Sedangkan generator DC bekerja berdasarkan prinsip umum yang sama induksi elektromagnetik,
konstruksi mereka tidak sesederhana AC rekan-rekan mereka. Dengan generator DC, kumparan
kawat dipasang di poros mana magnet adalah pada alternator AC, dan sambungan listrik dibuat
untuk ini kumparan berputar melalui "sikat stasioner karbon" menghubungi strip tembaga pada
poros berputar. Semua ini diperlukan untuk beralih merubah output polaritas's gulungan untuk
rangkaian eksternal sehingga sirkuit eksternal melihat polaritas konstan: Gambar di bawah ini
Operasi generator DC
Generator yang ditunjukkan di atas akan menghasilkan dua pulsa tegangan tiap putaran poros,
baik pulsa dalam arah yang sama (polaritas). Agar generator DC untuk menghasilkan tegangan
konstan, daripada pulsa singkat tegangan sekali setiap / 2 revolusi 1, ada beberapa set koil
melakukan kontak intermiten dengan kuas. Diagram ditunjukkan di atas adalah sedikit lebih
sederhana dari apa yang akan Anda lihat dalam kehidupan nyata.
Masalah yang terlibat dengan pembuatan dan melanggar kontak listrik dengan koil bergerak
harus jelas (pencetus dan panas), terutama jika poros generator ini berputar dengan kecepatan
tinggi. Jika suasana di sekitar mesin mengandung uap mudah terbakar atau mudah meledak,
masalah praktis kontak sikat memproduksi motor bahkan lebih besar. Sebuah generator AC
(alternator) tidak memerlukan sikat dan komutator untuk bekerja, dan begitu juga kebal terhadap
masalah ini dialami oleh generator DC.
Manfaat AC lebih DC berkaitan dengan desain generator juga tercermin dalam motor listrik.
Sementara DC motor memerlukan penggunaan kuas untuk melakukan kontak listrik dengan
kumparan bergerak dari kawat, motor AC tidak. Bahkan, AC dan desain motor DC yang sangat
mirip dengan rekan-rekan generator mereka (identik demi tutorial ini), motor AC yang
tergantung pada medan magnet membalikkan dihasilkan oleh arus bolak-balik melalui gulungan
stasioner dalam kawat untuk memutar magnet berputar di sekitar poros nya, dan motor DC yang
tergantung pada kontak sikat dan melanggar koneksi untuk membalikkan arus melalui kumparan
berputar setiap rotasi 1 / 2 (180 derajat).
Jadi kita tahu bahwa AC generator dan motor AC cenderung lebih sederhana dari generator DC
dan motor DC. Hal ini berarti relatif sederhana menjadi keandalan yang lebih besar dan biaya
yang lebih rendah dari manufaktur. Tapi apa lagi yang AC baik bagi? Tentunya harus ada yang
lebih dari detil desain generator dan motor. Memang ada. Ada pengaruh elektromagnetik yang
dikenal sebagai saling induksi, dimana dua atau lebih gulungan kawat ditempatkan sehingga
medan magnet yang berubah diciptakan oleh satu menginduksi tegangan pada yang lain. Jika kita
memiliki dua kumparan induktif dan kami saling memberi energi satu kumparan dengan AC,
kami akan membuat tegangan AC di koil lainnya. Ketika digunakan sebagai demikian, perangkat
ini dikenal sebagai trafo: Gambar di bawah ini
Transformer “transforms” AC voltage and current. Transformer "mengubah" tegangan AC dan
arus.
Makna mendasar dari sebuah transformator adalah kemampuannya untuk langkah tegangan naik
atau turun dari kumparan powered ke koil unpowered. Tegangan AC induksi dalam unpowered
("sekunder") kumparan adalah sama dengan tegangan AC di powered ("primer") kumparan
dikalikan dengan rasio kumparan sekunder berubah menjadi kumparan primer bergantian. Jika
kumparan sekunder adalah menyalakan beban, arus melalui kumparan sekunder hanya
kebalikan: koil primer saat ini dikalikan dengan rasio utama untuk berubah sekunder. Hubungan
ini memiliki analogi mekanis yang sangat dekat, menggunakan torsi dan kecepatan untuk
mewakili tegangan dan arus, masing-masing: Gambar di bawah ini
Kecepatan multiplikasi gear kereta langkah torsi bawah dan mempercepat. Down transformator
tegangan langkah-Langkah ke bawah dan arus atas.
Jika rasio berliku dibalik sehingga kumparan primer ternyata kurang dari kumparan sekunder
transformator "tangga" tegangan dari tingkat sumber ke tingkat yang lebih tinggi pada beban:
Gambar di bawah ini
Pengurangan kecepatan kereta langkah gear torsi dan kecepatan turun. Step-up transformer steps
voltage up and current down. Langkah-up transformator tegangan langkah dan arus bawah.
Transformator kemampuan untuk langkah tegangan AC naik atau turun dengan mudah
memberikan AC keuntungan yang tak tertandingi oleh DC dalam bidang distribusi daya dalam
gambar di bawah ini . Ketika transmisi tenaga listrik jarak jauh, itu jauh lebih efisien untuk
melakukannya dengan tegangan melangkah-up dan arus melangkah-down (kawat kecil-diameter
dengan dikurangi kerugian daya resistif), maka langkah tegangan kembali turun dan arus
kembali Facebook industri, bisnis, atau menggunakan konsumen.
Transformers jarak jauh memungkinkan transmisi tegangan tinggi efisien energi listrik.
Teknologi transformer telah membuat distribusi tenaga listrik jangka panjang praktis. Tanpa
kemampuan untuk secara efisien langkah tegangan naik dan turun, itu akan menjadi biaya terlalu
tinggi untuk membangun sistem tenaga listrik untuk apa pun kecuali jarak dekat (dalam beberapa
mil paling banyak) digunakan.
Seperti yang berguna sebagai transformator, mereka hanya bekerja dengan AC, bukan DC.
Karena fenomena induktansi bersama bergantung pada perubahan medan magnet, dan arus
searah (DC) hanya dapat menghasilkan medan magnet yang stabil, transformer hanya tidak akan
bekerja dengan arus searah. Tentu saja, langsung saat ini dapat terganggu (berdenyut) melalui
gulungan primer transformator untuk menciptakan medan magnet yang berubah (seperti yang
dilakukan dalam sistem pengapian otomotif untuk menghasilkan tegangan tinggi spark plug daya
dari baterai DC bertegangan rendah), tetapi berdenyut DC yang tidak berbeda dari AC. Mungkin
lebih dari alasan lain, inilah sebabnya AC menemukan aplikasi luas seperti dalam sistem
kekuasaan.
Bentuk gelombang AC
Ketika sebuah alternator menghasilkan tegangan AC, tegangan switch polaritas dari waktu ke
waktu, tapi tidak begitu dengan cara yang sangat khusus. Ketika digambarkan dari waktu ke
waktu, "gelombang" ditelusuri oleh tegangan bolak polaritas dari alternator yang mengambil
bentuk yang berbeda, dikenal sebagai gelombang sinus: Gambar di bawah ini
Grafik tegangan AC dari waktu ke waktu (gelombang sinus).
Dalam plot tegangan dari alternator Elektromekanik, perubahan dari satu polaritas yang lain
adalah salah satu yang halus, tingkat tegangan berubah paling cepat pada titik nol ("crossover")
dan paling lambat pada puncaknya. Jika kita adalah untuk grafik fungsi trigonometri dari "sinus"
rentang horisontal 0 hingga 360 derajat, kita akan menemukan pola yang sama persis seperti
pada Tabel di bawah ini .
Trigonometri "sinus" fungsi.
Sudut (o) sin (sudut) gelombang Sudut (o) sin (sudut) gelombang
0 0.0000 nol 180 0.0000 nol
15 0.2588 + 195 -0.2588 -
30 0.5000 + 210 -0.5000 -
45 0.7071 + 225 -0.7071 -
60 0.8660 + 240 -0.8660 -
75 0.9659 + 255 -0.9659 -
90 1.0000 Puncak 270 -1.0000 -Puncak
105 0.9659 + 285 -0.9659 -
120 0.8660 + 300 -0.8660 -
135 0.7071 + 315 -0.7071 -
150 0.5000 + 330 -0.5000 -
165 0.2588 + 345 -0.2588 -
180 0.0000 nol 360 0.0000 nol
Alasan mengapa sebuah alternator elektromekanis output gelombang sinus AC adalah karena
fisika dari operasi. Tegangan yang dihasilkan oleh kumparan stasioner dengan gerakan berputar
magnet sebanding dengan tingkat di mana fluks magnetik berubah tegak lurus terhadap
kumparan (Hukum Faraday Induksi elektromagnetik). Angka tersebut sangat besar bila kutub
magnet yang paling dekat dengan gulungan, dan setidaknya ketika kutub magnet yang terjauh
dari gulungan. Secara matematis, laju perubahan fluks magnetik yang disebabkan oleh magnet
berputar mengikuti yang dari fungsi sinus, sehingga tegangan yang dihasilkan oleh kumparan
berikut bahwa fungsi yang sama.
Jika kita adalah untuk mengikuti perubahan tegangan yang dihasilkan oleh kumparan dalam
sebuah alternator dari setiap titik pada grafik gelombang sinus ke titik bahwa ketika bentuk
gelombang mulai terulang, kita akan ditandai tepat satu siklus gelombang itu. Hal ini paling
mudah ditunjukkan dengan rentang jarak antara puncak identik, tetapi dapat diukur di antara
setiap titik yang sesuai pada grafik. Tingkat tanda pada sumbu horisontal grafik merupakan
domain dari fungsi trigonometri sinus, dan juga posisi sudut-dua kutub alternator poros
sederhana kami seperti berputar: Gambar di bawah ini
Alternator tegangan sebagai fungsi dari posisi poros (waktu).
Karena sumbu horisontal grafik ini dapat menandai berlalunya waktu serta posisi poros dalam
derajat, dimensi ditandai untuk satu siklus sering diukur dalam unit waktu, paling sering detik
atau sepersekian detik. Ketika dinyatakan sebagai pengukuran, ini sering disebut periode
gelombang. Periode gelombang dalam derajat selalu 360, namun jumlah waktu satu periode
menempati tergantung pada tingkat tegangan berosilasi bolak-balik.
Sebuah ukuran yang lebih populer untuk menggambarkan tingkat bolak tegangan AC atau
gelombang arus dibandingkan periode adalah tingkat itu-dan-sebagainya osilasi kembali. Ini
adalah frekuensi disebut. Unit modern untuk frekuensi adalah Hertz (disingkat Hz), yang
merupakan jumlah siklus gelombang diselesaikan dalam waktu satu detik. Di Amerika Serikat,
frekuensi daya-line standar adalah 60 Hz, yang berarti bahwa tegangan AC berosilasi pada laju
60 siklus lengkap back-dan-sebagainya setiap detik. Di Eropa, dimana frekuensi sistem tenaga
listrik adalah 50 Hz, tegangan AC hanya menyelesaikan 50 siklus setiap detik. Sebuah stasiun
pemancar radio siaran pada frekuensi 100 MHz menghasilkan osilasi tegangan AC pada tingkat
100 juta siklus setiap detik.
Sebelum kanonisasi unit Hertz, frekuensi hanyalah dinyatakan sebagai meter Lama dan peralatan
elektronik "siklus per detik." Sering melahirkan unit frekuensi "CPS" (Siklus Per Second) bukan
Hz. Banyak orang berpendapat bahwa perubahan dari unit cukup jelas seperti CPS untuk Hertz
merupakan langkah mundur dalam kejelasan. Sebuah perubahan serupa terjadi ketika unit dari
"Celcius" diganti yang dari "Celcius" pengukuran suhu metrik. Nama Centigrade didasarkan
pada hitungan-100 ("centi-") skala ("-grade") yang mewakili leleh dan titik didih H 2 O, masing-
masing. The name Celsius, on the other hand, gives no hint as to the unit's origin or meaning.
Nama Celsius, di sisi lain, tidak memberikan petunjuk untuk asal unit atau makna.
Periode dan frekuensi reciprocals matematika dari satu sama lain. Artinya, jika gelombang
memiliki jangka waktu 10 detik, frekuensi akan 0,1 Hz, atau 1 / 10 dari siklus per detik:
Sebuah instrumen disebut osiloskop, Gambar di bawah ini , digunakan untuk menampilkan
tegangan berubah dari waktu ke waktu pada layar grafis. Anda mungkin akrab dengan tampilan
dari elektrokardiograf) mesin atau EKG (ECG, digunakan oleh dokter untuk grafik osilasi dari
hati pasien dari waktu ke waktu. EKG adalah osiloskop tegas tujuan khusus dirancang untuk
penggunaan medis. Tujuan umum osiloskop memiliki kemampuan untuk menampilkan tegangan
dari hampir semua sumber tegangan, diplot sebagai grafik dengan waktu sebagai variabel
independen. Hubungan antara periode dan frekuensi sangat berguna untuk mengetahui ketika
menampilkan suatu tegangan AC atau gelombang arus pada layar osiloskop. Dengan mengukur
periode gelombang pada sumbu horisontal layar osiloskop dan reciprocating bahwa nilai waktu
(dalam detik), Anda dapat menentukan frekuensi dalam Hertz.
Periode waktu sinewave ditampilkan pada osiloskop.
Tegangan dan arus tidak berarti variabel fisik hanya tunduk pada variasi dari waktu ke waktu.
Jauh lebih umum untuk pengalaman sehari-hari kita adalah suara, yang tidak lebih daripada
bolak kompresi dan dekompresi (gelombang tekanan) dari molekul udara, ditafsirkan oleh
telinga kita sebagai sensasi fisik. Karena arus bolak adalah fenomena gelombang, itu saham
banyak sifat-sifat fenomena gelombang lain, seperti suara. Untuk alasan ini, suara (terutama
musik terstruktur) memberikan analogi yang sangat baik untuk berhubungan konsep-konsep AC.
Dalam istilah musik, frekuensi setara dengan pitch. Low-pitch catatan seperti yang dihasilkan
oleh tuba atau bassoon terdiri dari getaran molekul udara yang relatif lambat (frekuensi rendah).
High-pitch catatan seperti yang dihasilkan oleh seruling atau peluit terdiri dari jenis yang sama
getaran di udara, hanya bergetar pada tingkat yang jauh lebih cepat (frekuensi yang lebih tinggi).
Gambar di bawah ini tabel yang menunjukkan frekuensi aktual untuk berbagai catatan musik
umum.
Frekuensi dalam Hertz (Hz) ditunjukkan untuk catatan berbagai musik.
Astute pengamat akan melihat bahwa semua catatan di atas meja bantalan penunjukan surat yang
sama terkait dengan rasio frekuensi 2:1. Misalnya, frekuensi pertama ditampilkan (ditunjuk
dengan huruf "A") adalah 220 Hz. Tertinggi berikutnya "A" catatan memiliki frekuensi 440 Hz -
persis dua kali siklus banyak gelombang suara per detik. Rasio 02:01 sama berlaku untuk
pertama A tajam (233,08 Hz) dan berikutnya A tajam (466,16 Hz), dan untuk semua pasangan
catatan ditemukan dalam tabel.
Terdengar, dua catatan yang frekuensi ganda masing-masing persis suara lainnya sangat mirip.
Kesamaan dalam suara musik diakui, rentang terpendek pada skala musik memisahkan pasangan
catatan tersebut, yang disebut oktaf. Setelah aturan ini, yang tertinggi berikutnya "A" catatan
(satu oktaf di atas 440 Hz) akan 880 Hz, yang terendah berikutnya "A" (satu oktaf di bawah 220
Hz) akan 110 Hz. Sebuah pemandangan keyboard piano membantu untuk menempatkan skala ini
dalam perspektif: Gambar di bawah ini
Satu oktaf ditampilkan pada keyboard musik.
Seperti yang Anda lihat, satu oktaf adalah sama dengan putih 'kunci senilai tujuh jarak pada
keyboard piano. Para musik akrab mnemonic (doe-ray-mee-Fah-begitu-lah-tee) - ya, pola yang
sama diabadikan dalam aneh Rodgers dan Hammerstein lagu dinyanyikan dalam The Sound of
Music - mencakup C. satu oktaf dari C
Sementara alternator elektromekanis dan banyak fenomena fisik lainnya secara alami
menghasilkan gelombang sinus, ini bukan satu-satunya jenis gelombang bergantian ada. Lain
"bentuk gelombang" AC biasanya diproduksi dalam sirkuit elektronik. Berikut adalah bentuk
gelombang tetapi beberapa sampel dan sebutan umum mereka dalam gambar di bawah ini
Beberapa umum waveshapes (bentuk gelombang).
Bentuk gelombang ini tidak berarti satunya jenis gelombang yang ada. Mereka hanya beberapa
yang cukup umum telah diberi nama yang berbeda. Bahkan di sirkuit yang seharusnya
mewujudkan "murni", segitiga persegi sinus, atau gigi gergaji tegangan / bentuk gelombang saat
ini, hasil nyata sering kali merupakan versi yang menyimpang dari bentuk gelombang dimaksud.
Beberapa bentuk gelombang yang begitu kompleks sehingga mereka menentang klasifikasi
sebagai "jenis" tertentu (termasuk bentuk gelombang yang terkait dengan berbagai jenis alat
musik). Secara umum, setiap bentuk gelombang bantalan kemiripan dekat dengan gelombang
sinus sempurna disebut sinusoidal, sesuatu yang berbeda dicap sebagai non-sinusoidal. Menjadi
bahwa bentuk gelombang tegangan AC atau arus adalah penting untuk dampaknya dalam sebuah
rangkaian, kita harus menyadari fakta bahwa gelombang AC datang dalam berbagai bentuk.
Pengukuran besarnya AC
Sejauh ini kita tahu bahwa tegangan AC penggantinya polaritas dan AC saat penggantinya arah.
Kita juga tahu AC yang dapat alternatif dalam berbagai cara yang berbeda, dan dengan
menelusuri pergantian dari waktu ke waktu kita bisa plot sebagai Kita dapat mengukur tingkat
alternasi dengan mengukur waktu yang dibutuhkan untuk gelombang untuk berevolusi sebelum
"gelombang." ini mengulang sendiri ("periode"), dan menyatakan ini sebagai siklus per satuan
waktu, atau "frekuensi." Dalam musik, frekuensi adalah sama seperti pitch, yang merupakan
harta penting yang membedakan satu nada dari yang lain.
Namun, kami mengalami masalah pengukuran jika kita mencoba untuk mengungkapkan
seberapa besar atau kecil suatu kuantitas AC. Dengan DC, dimana jumlah tegangan dan arus
pada umumnya stabil, kita memiliki sedikit kesulitan mengekspresikan tegangan berapa banyak
atau arus yang kita miliki dalam setiap bagian dari rangkaian. Tapi bagaimana Anda hibah
pengukuran tunggal besarnya untuk sesuatu yang terus berubah?
Salah satu cara untuk mengekspresikan intensitas, atau besarnya (juga disebut amplitudo), dari
suatu kuantitas AC adalah untuk mengukur tinggi puncaknya pada grafik gelombang. Hal ini
dikenal sebagai nilai puncak atau puncak dari sebuah AC waveform: Gambar di bawah ini
Tegangan puncak gelombang
Cara lain adalah dengan mengukur tinggi total antara puncak berlawanan. Ini dikenal sebagai
puncak (PP) nilai-ke-puncak gelombang AC: Gambar di bawah ini
Puncak ke puncak tegangan gelombang
Sayangnya, baik salah satu ekspresi dari amplitudo gelombang dapat menyesatkan ketika
membandingkan dua jenis gelombang. Sebagai contoh, sebuah gelombang persegi memuncak
pada 10 volt jelas sejumlah besar tegangan untuk sejumlah besar waktu dari gelombang segitiga
memuncak pada 10 volt. Dampak dari dua tegangan AC menyalakan beban akan cukup berbeda:
Gambar di bawah ini
Gelombang persegi menghasilkan efek pemanasan lebih besar dari gelombang tegangan puncak
segitiga yang sama.
Salah satu cara untuk mengungkapkan amplitudo waveshapes berbeda dengan cara yang lebih
setara dengan matematis rata-rata nilai dari seluruh titik-titik pada grafik gelombang ke satu
nomor, tunggal agregat. Ini mengukur amplitudo hanya dikenal sebagai nilai rata-rata dari
gelombang tersebut. Jika kita rata-rata semua titik-titik pada gelombang dalam aljabar (yaitu,
untuk mempertimbangkan tanda mereka, baik positif atau negatif), nilai rata-rata untuk bentuk
gelombang yang secara teknis nol, karena semua poin positif membatalkan semua poin negatif
selama siklus penuh : Gambar di bawah ini
Nilai rata-rata sinewave adalah nol.
Ini, tentu saja, akan berlaku untuk setiap bentuk gelombang memiliki porsi yang sama-area di
atas dan di bawah garis "nol" dari plot. Namun, sebagai ukuran praktis's agregat nilai sebuah
gelombang, "rata-rata" biasanya didefinisikan sebagai rata-rata matematika titik 'mutlak nilai-
nilai di seluruh siklus. Dengan kata lain, kita menghitung nilai rata-rata praktis dari gelombang
dengan mempertimbangkan semua titik pada gelombang sebagai jumlah positif, seakan
gelombang tampak seperti ini: Gambar di bawah ini
Bentuk gelombang terlihat oleh AC "rata-rata menjawab" meter.
Polaritas-insensitive mekanik (meter dirancang untuk merespon sama dengan siklus setengah
positif dan negatif-dari tegangan bolak atau arus) mendaftar secara proporsional dengan (praktis)
nilai rata-rata gelombang, karena inersia dari pointer terhadap ketegangan dari musim semi alami
rata-rata gaya yang dihasilkan oleh tegangan yang bervariasi / nilai saat ini dari waktu ke waktu.
Sebaliknya, gerakan meter polaritas-sensitif bergetar sia-sia jika terkena tegangan AC atau arus,
osilasi jarum mereka dengan cepat tentang tanda nol, menunjukkan nilai (aljabar) benar rata-rata
nol untuk gelombang simetris. Ketika "rata-rata" nilai dari bentuk gelombang adalah dirujuk
dalam teks ini, maka akan diasumsikan bahwa "praktis" definisi rata-rata dimaksudkan kecuali
dinyatakan khusus.
Cara lain untuk menurunkan nilai agregat untuk amplitudo gelombang didasarkan pada
kemampuan gelombang untuk melakukan pekerjaan berguna ketika diterapkan pada tahanan
beban. Sayangnya, sebuah pengukuran AC berdasarkan pekerjaan yang dilakukan oleh
gelombang adalah tidak sama dengan rata-rata "nilai yang gelombang itu", karena kekuasaan
merisau oleh beban yang diberikan (pekerjaan yang dilakukan per satuan waktu) tidak
berbanding lurus dengan besarnya baik tegangan atau saat ini terkesan atasnya. Sebaliknya,
kekuasaan adalah sebanding dengan kuadrat dari tegangan atau arus diterapkan pada resistensi (P
= E 2 / R, dan P = I 2 R). Meskipun matematika seperti pengukuran amplitudo mungkin tidak
mudah, utilitas itu.
Pertimbangkan Bandsaw dan jigsaw, dua buah peralatan pertukangan modern. Both types of
saws cut with a thin, toothed, motor-powered metal blade to cut wood. Kedua jenis gergaji
dipotong dengan pisau, bergigi tipis, logam motor bertenaga untuk memotong kayu. Tetapi
sementara Bandsaw menggunakan gerakan terus menerus dari pisau untuk memotong, jigsaw
menggunakan gerakan back-dan-sebagainya. Perbandingan alternating current (AC) ke arus
searah (DC) dapat disamakan dengan perbandingan dua melihat jenis: Gambar di bawah ini
Bandsaw-teki analogi AC vs DC.
Masalah mencoba menggambarkan jumlah perubahan tegangan AC atau saat ini dalam
pengukuran, tunggal agregat juga hadir dalam analogi melihat: bagaimana mungkin kita
menyatakan kecepatan pisau jigsaw? Sebuah bergerak pisau Bandsaw dengan kecepatan konstan,
mirip dengan cara mendorong atau tegangan DC DC bergerak sekarang dengan besarnya
konstan. Sebuah pisau jigsaw, di sisi lain, bergerak maju mundur, kecepatan pisau yang terus
berubah. Terlebih lagi, gerakan back-dan-sebagainya dari dua puzzle mungkin tidak dari jenis
yang sama, tergantung pada desain mekanis gergaji. Satu jigsaw mungkin bergerak pisau dengan
gerakan gelombang sinus, sementara yang lain dengan gerakan segitiga-gelombang. Untuk
menilai suatu jigsaw berdasarkan kecepatan blade puncaknya akan sangat menyesatkan ketika
membandingkan satu teka-teki yang lain (suatu jigsaw atau dengan Bandsaw a!). Terlepas dari
kenyataan bahwa gergaji yang berbeda bergerak pisau mereka dalam perilaku yang berbeda,
mereka sama dalam satu hal: mereka semua kayu dipotong, dan perbandingan kuantitatif fungsi
umum dapat berfungsi sebagai dasar umum yang untuk mempercepat laju pisau.
Gambar teka-teki dan Bandsaw sisi-by-side, dilengkapi dengan pisau yang identik (pitch gigi
yang sama, sudut, dll), sama-sama mampu memotong ketebalan yang sama dari jenis kayu yang
sama pada tingkat yang sama. Kita mungkin mengatakan bahwa kedua gergaji adalah setara atau
sama dalam kapasitas memotong mereka. Mungkin perbandingan ini digunakan untuk
menetapkan "setara Bandsaw" kecepatan pisau untuk gerakan jigsaw kembali-dan-sebagainya
pisau, untuk berhubungan efektivitas pemotongan kayu-satu ke yang lain? Ini adalah ide umum
yang digunakan untuk menetapkan "DC setara" pengukuran untuk setiap tegangan AC atau arus:
apa pun besarnya tegangan DC atau saat ini akan menghasilkan jumlah energi yang sama disipasi
panas melalui perlawanan yang sama: Gambar di bawah ini
Tegangan RMS menghasilkan efek pemanasan sama dengan tegangan DC yang sama
Dalam dua rangkaian di atas, kita memiliki jumlah yang sama tahanan beban (2 Ω) menghilang
dengan jumlah yang sama daya dalam bentuk panas (50 watt), satu didukung oleh AC dan yang
lainnya oleh DC. Karena sumber tegangan AC digambarkan di atas adalah setara (dalam hal
kekuasaan dikirim ke beban) dengan baterai 10 volt DC, kita sebut ini sebagai "10 volt" sumber
AC. Lebih khusus lagi, kami akan menunjukkan nilai tegangan sebagai RMS menjadi 10 volt.
Qualifier ini "RMS" singkatan dari Root Mean Square, algoritma yang digunakan untuk
memperoleh nilai setara DC dari titik pada grafik (dasarnya, prosedur terdiri dari
mengkuadratkan semua poin positif dan negatif pada grafik gelombang, rata-rata nilai-nilai
kuadrat, maka mengambil akar kuadrat dari rata-rata bahwa untuk mendapatkan jawaban akhir).
Kadang-kadang istilah setara alternatif atau setara DC yang digunakan sebagai pengganti
"RMS," tetapi kuantitas dan prinsip keduanya sama.
Pengukuran amplitudo RMS adalah cara terbaik untuk berhubungan besaran listrik AC ke
besaran DC, atau jumlah AC lainnya berbeda bentuk gelombang, ketika berhadapan dengan
pengukuran daya listrik. Untuk pertimbangan lain, puncak atau pengukuran puncak-ke puncak
mungkin menjadi yang terbaik untuk mempekerjakan. Sebagai contoh, ketika menentukan
ukuran yang tepat kawat (ampacity) untuk melakukan tenaga listrik dari sumber ke beban,
pengukuran RMS saat ini adalah yang terbaik untuk digunakan, karena perhatian utama dengan
saat ini adalah terlalu panas dari kawat, yang merupakan fungsi dari disipasi daya yang
disebabkan oleh arus yang melalui hambatan dari kawat. Namun, ketika rating isolator untuk
layanan dalam aplikasi AC tegangan tinggi, pengukuran tegangan puncak yang paling tepat,
karena perhatian utama di sini adalah isolator "flashover" yang disebabkan oleh tegangan spike
singkat, terlepas dari waktu.
Puncak dan pengukuran puncak-ke puncak paling baik dilakukan dengan osiloskop, yang dapat
menangkap puncak-puncak gelombang dengan tingkat akurasi yang tinggi karena tindakan cepat
dari tabung-sinar katoda-dalam menanggapi perubahan tegangan. Untuk pengukuran RMS,
gerakan meter analog (D'Arsonval, Weston, besi vane, electrodynamometer) akan bekerja selama
mereka telah dikalibrasi dalam angka RMS. Karena inersia mekanik dan efek peredam dari
gerakan meter elektromekanis membuat defleksi dari jarum alami proporsional dengan nilai rata-
rata AC, bukan nilai RMS benar, meter analog tersebut harus dikalibrasi (atau salah-dikalibrasi,
tergantung pada bagaimana Anda melihatnya) untuk menunjukkan tegangan atau arus dalam unit
RMS. Ketepatan kalibrasi ini tergantung pada asumsi bentuk gelombang, biasanya gelombang
sinus.
Elektronik yang khusus dirancang untuk pengukuran RMS yang terbaik untuk tugas tersebut.
Beberapa produsen alat telah merancang metode cerdik untuk menentukan nilai RMS dari bentuk
gelombang apapun. Salah satu produsen tersebut menghasilkan "True-RMS" meter dengan
elemen pemanas resistif kecil diaktifkan oleh tegangan sebanding dengan yang sedang diukur.
Efek pemanasan dari elemen resistensi termal diukur untuk memberikan nilai RMS yang benar
tanpa perhitungan matematis apapun, hanya hukum fisika dalam tindakan dalam pemenuhan
definisi RMS. Ketepatan dari jenis pengukuran RMS adalah independen dari bentuk gelombang.
Untuk "murni" bentuk gelombang, koefisien konversi sederhana yang ada untuk menyamakan
Peak, Peak-to-Puncak, Rata-rata (praktis, tidak aljabar), dan pengukuran RMS untuk satu sama
lain: Gambar di bawah ini
Faktor konversi bentuk gelombang umum.
Selain RMS, rata-rata, puncak (puncak), dan langkah-langkah puncak ke puncak bentuk
gelombang AC, ada rasio mengungkapkan proporsionalitas antara beberapa pengukuran yang
mendasar. Faktor puncak bentuk gelombang AC, misalnya, adalah rasio dari nilai) yang puncak
(puncak dibagi dengan nilai RMS-nya. Faktor bentuk gelombang AC adalah rasio dari nilai RMS
dibagi dengan nilai rata-rata. Bentuk gelombang berbentuk Square selalu memiliki faktor puncak
dan bentuk sama dengan 1, karena puncak adalah sama dengan RMS dan nilai-nilai rata-rata.
Bentuk gelombang Sinusoidal memiliki nilai RMS dari 0,707 (kebalikan dari akar kuadrat dari 2)
dan faktor bentuk 1.11 (0.707/0.636). Segitiga-dan bentuk gelombang gigi gergaji berbentuk
memiliki nilai RMS dari 0,577 (kebalikan dari akar kuadrat dari 3) dan faktor bentuk 1.15
(0.577/0.5).
Ingatlah bahwa konstanta konversi yang ditampilkan di sini untuk puncak, RMS, dan rata-rata
amplitudo gelombang sinus, gelombang persegi, dan gelombang segitiga terus berlaku hanya
untuk bentuk murni dari waveshapes. RMS dan nilai rata-rata waveshapes terdistorsi tidak
berhubungan dengan rasio yang sama: Gambar di bawah ini
Bentuk gelombang Sewenang-wenang tidak memiliki konversi sederhana.
Ini adalah konsep yang sangat penting bagi memahami ketika menggunakan gerakan D'meter
analog Arsonval untuk mengukur tegangan AC atau arus. Gerakan D'analog Arsonval,
dikalibrasi untuk menunjukkan amplitudo gelombang sinus-RMS, hanya akan akurat ketika
mengukur gelombang sinus murni. Jika bentuk gelombang dari tegangan atau arus yang diukur
adalah sesuatu tetapi gelombang sinus murni, indikasi yang diberikan oleh meter tidak akan
menjadi nilai RMS sebenarnya dari gelombang, karena tingkat defleksi jarum dalam gerakan
meter Arsonval D'analog adalah proporsional dengan nilai rata-rata dari gelombang, bukan RMS.
RMS meter kalibrasi diperoleh dengan "skewing" rentang dari meteran sehingga menampilkan
beberapa kecil dari nilai rata-rata, yang akan sama dengan menjadi nilai RMS untuk suatu bentuk
gelombang tertentu dan bentuk gelombang tertentu saja.
Karena bentuk gelombang sinus yang paling umum dalam pengukuran listrik, itu adalah bentuk
gelombang diasumsikan untuk kalibrasi meter analog, dan beberapa kecil yang digunakan dalam
kalibrasi meter adalah 1,1107 (form factor: 0.707/0.636: rasio RMS dibagi dengan rata-rata
untuk gelombang sinusoidal). Setiap bentuk gelombang lain dari gelombang sinus murni akan
memiliki rasio yang berbeda RMS dan nilai rata-rata, dan dengan demikian meter dikalibrasi
untuk tegangan gelombang sinus atau saat ini tidak akan menunjukkan RMS benar ketika
membaca sebuah gelombang non-sinusoidal. Ingatlah bahwa pembatasan ini hanya berlaku
untuk sederhana, meter AC analog tidak menggunakan "True-RMS" teknologi.
Amplitudo rata-rata adalah matematika "berarti" dari semua gelombang's poin di atas periode
satu siklus. Secara teknis, amplitudo rata-rata dari setiap gelombang dengan porsi yang sama-
area di atas dan di bawah garis "nol" pada grafik adalah nol. Namun, sebagai ukuran praktis
amplitudo, rata-rata nilai suatu gelombang sering dihitung sebagai rata-rata matematika titik
'mutlak nilai semua (mengambil semua nilai negatif dan mempertimbangkan mereka sebagai
positif). Untuk gelombang sinus, nilai rata-rata sehingga dihitung adalah sekitar 0,637 dari nilai
puncaknya.
"RMS" singkatan dari Root Mean Square, dan merupakan cara untuk mengekspresikan suatu
kuantitas tegangan AC atau arus dalam hal fungsional setara dengan DC. Sebagai contoh, 10 volt
AC RMS adalah jumlah tegangan yang akan menghasilkan jumlah yang sama disipasi panas di
sebuah resistor nilai yang diberikan sebagai suatu sumber daya 10 volt DC. Juga dikenal sebagai
"setara" atau nilai "setara DC" dari tegangan AC atau arus. Untuk gelombang sinus, nilai RMS
adalah sekitar 0,707 dari nilai puncaknya.
Faktor puncak bentuk gelombang AC adalah rasio dari puncaknya (puncak) terhadap nilai RMS-
nya.
Faktor bentuk gelombang AC adalah rasio dari nilai RMS ke nilai rata-rata.
Analog, gerakan meter elektromekanik merespon secara proporsional dengan nilai rata-rata dari
tegangan AC atau arus. Ketika RMS indikasi diinginkan, kalibrasi meteran itu harus "miring"
yang sesuai. Ini berarti bahwa keakuratan indikasi RMS sebuah meter elektromekanis adalah
tergantung pada kemurnian bentuk gelombang: apakah itu adalah bentuk gelombang yang sama
persis seperti bentuk gelombang yang digunakan dalam mengkalibrasi.
Sirkuit AC perhitungan sederhana
Selama beberapa bab berikutnya, Anda akan belajar bahwa pengukuran rangkaian AC dan
perhitungan bisa menjadi sangat rumit karena sifat kompleks alternating current di sirkuit dengan
induktansi dan kapasitansi. Namun, dengan sirkuit sederhana (gambar bawah ) yang melibatkan
tidak lebih dari sumber listrik AC dan perlawanan, hukum yang sama dan aturan dari DC berlaku
sederhana dan langsung.
Perhitungan rangkaian AC untuk sirkuit resistif adalah sama seperti untuk DC.
Seri resistensi masih menambahkan, resistensi paralel masih berkurang, dan Hukum Kirchhoff
dan Ohm masih terus benar. Sebenarnya, seperti yang akan kita temukan nanti, aturan-aturan dan
hukum selalu memegang benar, yang hanya bahwa kita harus menyatakan jumlah tegangan arus,
dan oposisi, untuk saat ini di matematika bentuk yang lebih maju. Dengan rangkaian resistif
murni, walaupun demikian, kompleksitas AC yang tidak ada konsekuensi praktis, dan sehingga
kita dapat memperlakukan angka-angka seolah-olah kita berurusan dengan besaran DC
sederhana.
Karena semua hubungan matematika masih terus benar, kita dapat menggunakan metode akrab
kita "tabel" sirkuit pengorganisasian nilai sama dengan DC:
Satu peringatan besar perlu diberikan di sini: semua pengukuran tegangan AC dan arus harus
dinyatakan dalam istilah yang sama (puncak, puncak ke puncak, rata-rata, atau RMS). Jika
sumber tegangan diberikan dalam volt AC puncak, maka semua arus dan tegangan dihitung
kemudian dilemparkan dalam hal unit puncak. Jika sumber tegangan diberikan dalam volt AC
RMS, maka semua arus dan tegangan dihitung dilemparkan dalam unit AC RMS juga. Hal ini
berlaku untuk setiap perhitungan berdasarkan Hukum Ohm, hukum-hukum Kirchhoff, dll
Kecuali dinyatakan lain, semua nilai tegangan dan arus pada sirkuit AC umumnya diasumsikan
RMS daripada puncak, rata-rata, atau puncak-ke puncak. Di beberapa daerah di elektronik,
pengukuran puncak diasumsikan, tetapi dalam sebagian besar aplikasi (elektronik khususnya
industri) asumsi ini RMS.
TINJAUAN:
Semua aturan-aturan lama dan hukum dari DC (Tegangan Kirchhoff dan Lancar Hukum, Hukum
Ohm) masih terus berlaku bagi AC. Namun, dengan sirkuit yang lebih kompleks, kita mungkin
perlu untuk mewakili jumlah AC dalam bentuk yang lebih kompleks.
The "tabel" metode pengorganisasian nilai sirkuit masih merupakan alat analisis yang valid
untuk sirkuit AC.
AC fase
Hal-hal mulai mendapatkan rumit ketika kita harus berhubungan tegangan AC dua atau lebih
atau arus yang keluar dari langkah dengan satu sama lain. Dengan "keluar dari langkah," berarti
saya bahwa kedua bentuk gelombang tidak disinkronkan: bahwa puncak dan titik nol tidak cocok
sampai pada titik-titik yang sama pada waktunya. Grafik dalam gambar di bawah ini
menggambarkan sebuah contoh ini.
Keluar dari fase gelombang
Dua gelombang yang ditampilkan di atas (A versus B) adalah amplitudo yang sama dan
frekuensi, tetapi mereka tidak akan bertahan satu sama lain. Dalam istilah teknis, ini disebut
pergeseran fasa. Sebelumnya kita lihat bagaimana kita bisa plot "gelombang sinus" dengan
menghitung fungsi sinus trigonometri untuk sudut mulai dari 0 hingga 360 derajat, lingkaran
penuh. Titik awal dari gelombang sinus adalah nol amplitudo pada nol derajat, terus berkembang
untuk amplitudo positif penuh pada 90 derajat, nol pada 180 derajat, penuh negatif pada 270
derajat, dan kembali ke titik awal nol pada 360 derajat. Kita dapat menggunakan skala sudut
sepanjang sumbu horisontal plot gelombang kita untuk mengungkapkan seberapa jauh dari
langkah satu gelombang adalah dengan lain: Gambar di bawah ini
Gelombang A B memimpin gelombang oleh 45o
Pergeseran antara dua bentuk gelombang adalah sekitar 45 derajat, "A" gelombang yang di
depan gelombang "B". Sebuah contoh pergeseran fase yang berbeda diberikan dalam grafik
berikut untuk lebih baik menggambarkan konsep ini: Gambar di bawah ini
Contoh pergeseran fasa.
Karena bentuk gelombang pada contoh di atas berada di frekuensi yang sama, mereka akan
keluar dari langkah oleh jumlah sudut yang sama di setiap titik waktu. Untuk alasan ini, kita
dapat mengekspresikan pergeseran fasa untuk dua atau lebih bentuk gelombang dari frekuensi
yang sama sebagai kuantitas konstan untuk seluruh gelombang, dan bukan hanya merupakan
ekspresi dari pergeseran antara dua titik tertentu di sepanjang ombak. Artinya, aman untuk
mengatakan sesuatu seperti, "tegangan" A "adalah 45 derajat keluar dari fase dengan tegangan
'B'." Adalah bentuk gelombang apapun yang maju dalam evolusinya dikatakan terkemuka dan di
belakang dikatakan tertinggal .
Tahap pergeseran, seperti tegangan, selalu merupakan pengukuran relatif antara dua hal. Ada
benar-benar ada hal seperti gelombang dengan fase pengukuran mutlak karena tidak ada
referensi universal yang dikenal untuk fase. Biasanya dalam analisis rangkaian AC, gelombang
tegangan dari power supply digunakan sebagai acuan untuk tahap, yang dinyatakan sebagai
Setiap tegangan tegangan AC atau saat ini "xxx volt pada 0 derajat." Di sirkuit yang akan
memiliki pergeseran fasa yang disajikan secara relatif dengan sumber tegangan.
Inilah yang membuat perhitungan sirkuit AC lebih rumit daripada DC. Ketika menerapkan
Hukum Ohm dan Hukum Kirchhoff, jumlah tegangan AC dan arus harus mencerminkan
pergeseran fasa dan amplitudo. Matematika operasi penambahan, pengurangan, perkalian, dan
pembagian harus beroperasi atas jumlah pergeseran fasa dan amplitudo. Untungnya, ada sistem
matematika dari jumlah yang disebut bilangan kompleks cocok untuk tugas ini mewakili
amplitudo dan fase.
Karena subjek bilangan kompleks sangat penting untuk memahami sirkuit AC, bab selanjutnya
akan setia kepada subjek itu saja.
TINJAUAN:
Tahap pergeseran adalah di mana dua atau lebih bentuk gelombang yang keluar dari langkah
dengan satu sama lain.
Jumlah pergeseran fasa antara dua gelombang dapat dinyatakan dalam bentuk derajat, seperti
yang didefinisikan oleh unit derajat pada sumbu horisontal grafik gelombang yang digunakan
dalam merencanakan fungsi trigonometri sinus.
Sebuah gelombang terkemuka didefinisikan sebagai salah satu gelombang yang di depan lain
dalam evolusinya. Sebuah gelombang lagging adalah salah satu yang berada di belakang lain.
Contoh:
Perhitungan untuk analisis rangkaian AC harus mempertimbangkan baik pergeseran amplitudo
dan fase bentuk gelombang tegangan dan arus harus benar-benar akurat. Hal ini memerlukan
penggunaan sistem matematika yang disebut bilangan kompleks.
BATERAI DAN SISTEM DAYA
Elektron kegiatan dalam reaksi kimia
Sejauh ini dalam diskusi kami pada listrik dan rangkaian listrik, kita tidak dibahas dalam setiap
detail bagaimana fungsi baterai. Sebaliknya, kami hanya diasumsikan bahwa mereka
menghasilkan tegangan konstan melalui semacam proses misterius. Di sini, kita akan
mengeksplorasi proses tersebut untuk beberapa derajat dan mencakup beberapa pertimbangan
praktis terlibat dengan baterai nyata dan penggunaannya dalam sistem kekuasaan.
Dalam bab pertama buku ini, konsep atom dibahas, sebagai blok dasar pembangunan dari semua
benda material. Atom, pada gilirannya, terdiri dari potongan kecil bahkan disebut partikel materi.
Elektron, proton, dan neutron adalah jenis partikel dasar yang ditemukan di atom. Masing-
masing jenis partikel memainkan peran yang berbeda dalam perilaku atom. Sementara aktivitas
listrik melibatkan gerak elektron, identitas kimia atom (yang sangat menentukan bagaimana
bahan konduktif tersebut akan) ditentukan oleh jumlah proton dalam inti (pusat).
Proton dalam inti atom adalah sangat sulit untuk mengeluarkan, sehingga identitas kimia dari
atom apapun sangat stabil. Salah satu tujuan dari para ahli alkimia kuno (untuk mengubah timah
menjadi emas) telah digagalkan oleh stabilitas sub-atom. Semua upaya untuk mengubah properti
dari atom dengan cara panas, cahaya, atau gesekan yang bertemu dengan kegagalan. Elektron
dari atom, bagaimanapun, adalah jauh lebih mudah copot. Seperti yang telah kita lihat, gesekan
adalah salah satu cara di mana elektron dapat dipindahkan dari satu atom ke yang lain (kaca dan
sutra, lilin dan wol), dan begitu juga panas (menghasilkan tegangan dengan memanaskan
sambungan logam berbeda, seperti dalam kasus termokopel).
Elektron dapat melakukan lebih dari sekedar bergerak di sekitar dan antara atom: mereka juga
dapat berfungsi untuk menghubungkan atom yang berbeda bersama-sama. Ini menghubungkan
atom dengan elektron disebut ikatan kimia. Kasar (dan sederhana) representasi seperti ikatan
antara dua atom akan terlihat seperti ini:
Ada beberapa jenis ikatan kimia, salah satu yang ditampilkan di atas menjadi wakil dari ikatan
kovalen, di mana elektron dibagi antara atom. Karena ikatan kimia didasarkan pada link yang
dibentuk oleh elektron, obligasi ini hanya sekuat imobilitas elektron membentuk mereka.
Artinya, ikatan kimia dapat dibuat atau patah oleh kekuatan yang sama yang memaksa elektron
untuk bergerak: panas, cahaya, gesekan, dll
Bila atom bergabung dengan ikatan kimia, mereka membentuk bahan dengan sifat yang dikenal
sebagai molekul. Gambar dual-atom ditunjukkan di atas adalah contoh dari molekul sederhana
yang dibentuk oleh dua atom dari jenis yang sama. Kebanyakan molekul serikat dari berbagai
jenis atom. Bahkan molekul yang dibentuk oleh atom dari jenis yang sama dapat memiliki sifat
fisik yang sangat berbeda. Ambil elemen karbon, misalnya: dalam satu bentuk, grafit, atom
karbon link bersama-sama untuk membentuk datar "piring" yang geser terhadap satu sama lain
dengan sangat mudah, memberikan grafit pelumas alami propertinya. Dalam bentuk lain,
berlian, atom karbon yang sama link bersama-sama dalam konfigurasi yang berbeda, kali ini
dalam bentuk piramida saling terkait, membentuk bahan melebihi kekerasan. Dalam belum
bentuk lain, Fullerene, puluhan atom karbon setiap bentuk molekul, yang terlihat seperti bola
sepak bola. Fullerene molekul sangat rapuh dan ringan. Jelaga lapang dibentuk oleh pembakaran
terlalu kaya gas asetilena (seperti dalam pengapian awal dari pengelasan oxy-asetilen / obor
potong) mengandung banyak molekul Fullerene.
Ketika alkemis berhasil mengubah sifat-sifat zat oleh panas, cahaya, gesekan, atau campuran
dengan zat lainnya, mereka benar-benar mengamati perubahan jenis molekul yang dibentuk oleh
atom pecah dan membentuk ikatan dengan atom lainKimia adalah mitra modern alkimia, dan
kekhawatiran dirinya terutama dengan sifat ini ikatan kimia dan reaksi-reaksi yang terkait
dengan mereka.
Jenis ikatan kimia kepentingan tertentu untuk studi kami baterai adalah yang disebut ionik
ikatan-begitu, dan ini berbeda dari ikatan kovalen dalam atom salah satu molekul yang memiliki
kelebihan elektron, sedangkan atom yang lain tidak memiliki elektron, ikatan antara mereka
menjadi akibat dari tarik elektrostatik antara dua tidak seperti tuduhan,. ionik Ketika obligasi
terbentuk netral dari atom ada transfer elektron antara atom bermuatan positif dan negatif.
Sebuah atom yang keuntungan kelebihan elektron dikatakan dikurangi; sebuah atom dengan
kekurangan elektron dikatakan teroksidasi. mnemonic untuk membantu mengingat definisi
adalah OIL RIG (teroksidasi kurang; berkurang diperoleh). Penting untuk dicatat bahwa molekul
sering akan mengandung kedua ikatan ion dan kovalen. Natrium hidroksida (lye, NaOH)
memiliki ikatan ion antara atom natrium (positif) dan ion hidroksil (negatif). Ion hidroksil
memiliki ikatan kovalen (ditampilkan sebagai bar) antara atom hidrogen dan oksigen:
Na + O—H - Na + O-H -
Sodium hanya kehilangan satu elektron, sehingga muatan adalah +1 dalam contoh di atas. Jika
atom kehilangan lebih dari satu elektron, muatan yang dihasilkan dapat ditunjukkan sebagai +2,
+3 +4, dll atau dengan angka romawi dalam tanda kurung yang menunjukkan keadaan oksidasi,
seperti (I), (II), ( IV), dll Beberapa atom dapat memiliki beberapa bilangan oksidasi, dan kadang-
kadang penting untuk menyertakan biloks dalam rumus molekul untuk menghindari ambiguitas.
Pembentukan ion dan ikatan ion dari atom atau molekul netral (atau sebaliknya) melibatkan
transfer elektron. Bahwa transfer elektron dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan perangkat
current.A listrik dibangun untuk melakukan hal ini disebut sel volta, atau sel untuk jangka
pendek, biasanya terdiri dari dua elektroda logam dicelupkan dalam campuran bahan kimia
(disebut elektrolit) yang dirancang untuk memfasilitasi seperti elektrokimia (oksidasi / reduksi)
Reaksi:
Dalam "timbal-asam" sel umum (jenis yang biasa digunakan dalam mobil), elektrode negatif
terbuat dari timbal (Pb) dan positif terbuat dari timbal (IV) dioksida (Pb0 2), kedua zat metalik.
Penting untuk dicatat bahwa dioksida timbal metalik dan merupakan konduktor listrik, tidak
seperti oksida logam lain yang biasanya isolator. (Catatan: Tabel di bawah ) Solusi elektrolit
merupakan cairan asam sulfat (H 2 SO 4 + H 2 O). Jika elektroda sel tersambung ke sirkuit
eksternal, seperti bahwa elektron memiliki tempat mengalir dari satu ke yang lain, timbal (IV)
atom dalam elektroda positif (PbO 2) akan mendapatkan dua elektron masing-masing untuk
menghasilkan Pb (II ) O. Atom oksigen yang "tersisa" bergabung dengan ion hidrogen
bermuatan positif (H) + membentuk air (H 2 O). Ini aliran elektron ke dalam timbal dioksida
(PbO 2) elektroda, memberikan muatan listrik positif. Akibatnya, atom memimpin dalam
elektrode negatif menyerah dua elektron masing-masing untuk menghasilkan timbal Pb (II), yang
menggabungkan dengan ion sulfat (SO 4 -2) dihasilkan dari disosiasi ion hidrogen (H +) dari asam
sulfat (H 2 SO 4) untuk membentuk sulfat timbal (PbSO 4). Aliran elektron dari elektrode
memimpin memberi muatan listrik negatif. Reaksi-reaksi ini ditunjukkan diagrammitically di
bawah ini: [DOE]
Proses sel menyediakan energi listrik untuk memasok beban ini disebut pemakaian, karena
menguras kimia internal cadangannya. Secara teoritis, setelah semua asam sulfat telah habis,
hasilnya akan dua elektroda sulfat timbal (PbSO 4) dan larutan elektrolit air murni (H 2 O), tanpa
meninggalkan kapasitas yang lebih untuk ikatan ionik tambahan. Dalam keadaan ini, sel
dikatakan sepenuhnya habis. Dalam sel timbal-asam, status pengisian dapat ditentukan dengan
analisis kekuatan asam. Hal ini mudah dilakukan dengan perangkat yang disebut hydrometer,
yang mengukur berat jenis (densitas) dari elektrolit. Asam sulfat lebih padat daripada air,
sehingga semakin besar memimpin sebuah sel, semakin besar konsentrasi asam, dan dengan
demikian solusi elektrolit padat.
Tidak ada reaksi kimia perwakilan tunggal dari semua sel volta, sehingga setiap pembahasan
rinci kimia pasti memiliki aplikasi terbatas. Hal yang penting untuk dipahami adalah bahwa
elektron termotivasi untuk dan / atau dari elektroda sel melalui reaksi ionik antara molekul
molekul elektroda dan elektrolit. Reaksi diaktifkan bila ada jalur eksternal untuk arus listrik, dan
berakhir pada saat jalan yang rusak.
Menjadi bahwa motivasi untuk elektron untuk bergerak melalui sebuah sel kimia di alam, jumlah
tegangan (gaya gerak listrik) yang dihasilkan oleh sel apapun akan lebih spesifik terhadap reaksi
kimia tertentu untuk jenis sel. Sebagai contoh, sel timbal-asam yang baru saja dijelaskan
mempunyai tegangan nominal 2,04 volt per sel, berdasarkan sel penuh "diisi" (konsentrasi asam
kuat) dalam kondisi fisik yang baik. Ada jenis lain dari sel-sel dengan berbagai keluaran
tegangan tertentu. Sel Edison, misalnya, dengan elektroda positif terbuat dari oksida nikel,
elektroda negatif yang terbuat dari besi, dan larutan elektrolit kalium hidroksida (a, kaustik tidak
asam, substansi) menghasilkan tegangan nominal hanya 1,2 volt, karena spesifik perbedaan
reaksi kimia dengan mereka elektroda dan zat elektrolit.
Reaksi kimia dari beberapa jenis sel dapat dibalik dengan memaksa mundur arus listrik melalui
sel (di elektroda negatif dan keluar dari elektrode positif). Proses ini disebut pengisian. Setiap sel
(rechargeable) seperti disebut sel sekunder. Sebuah sel kimia yang tidak dapat dibalik oleh arus
reverse disebut sel primer.
Ketika sebuah sel timbal-asam dibebankan oleh sumber arus eksternal, reaksi kimia alami selama
debit dibalik:
Konstruksi Baterai
Kata baterai hanya berarti sekelompok komponen yang serupa. Dalam kosakata militer, sebuah
"baterai" mengacu pada cluster senjata. Dalam listrik, sebuah "baterai" adalah satu set sel volta
dirancang untuk memberikan tegangan yang lebih besar dan / atau saat ini daripada yang
mungkin dengan satu sel saja.
Simbol untuk sel sangat sederhana, terdiri dari satu baris panjang dan satu baris pendek, sejajar
satu sama lain, dengan menghubungkan kabel:
Simbol untuk baterai tidak lebih dari beberapa simbol sel ditumpuk dalam seri:
Seperti yang dinyatakan sebelumnya, tegangan yang dihasilkan oleh jenis tertentu dari sel
ditentukan secara ketat oleh kimia jenis sel. Ukuran sel tidak relevan dengan tegangan nya.
Untuk mendapatkan tegangan lebih besar dari output dari sebuah sel tunggal, beberapa sel harus
dihubungkan secara seri.
Demi kenyamanan, simbol baterai biasanya terbatas pada empat baris, bolak panjang / pendek,
meskipun baterai nyata yang diwakilinya mungkin memiliki banyak sel lebih dari itu. Pada
kesempatan, namun Anda mungkin akan menemukan simbol untuk baterai dengan tegangan luar
biasa tinggi, sengaja digambar dengan garis ekstra. Garis, tentu saja, adalah wakil dari pelat sel
individu:
Jika ukuran fisik dari sel tidak memiliki pengaruh pada tegangan, maka apa mempengaruhi?
Jawabannya adalah perlawanan, yang pada gilirannya mempengaruhi jumlah maksimum arus
yang sel dapat menyediakan. Setiap sel volta mengandung beberapa jumlah perlawanan internal
karena elektroda dan elektrolit. Semakin besar sel dibangun, semakin besar area kontak elektroda
dengan elektrolit, dan dengan demikian resistansi kurang internal itu akan memiliki.
Walaupun kita umumnya menganggap sebuah sel atau baterai di sirkuit menjadi sumber
tegangan sempurna (benar-benar konstan), arus melalui itu semata-mata didikte oleh ketahanan
eksternal sirkuit yang terpasang, ini tidak sepenuhnya benar dalam kehidupan nyata . Karena
setiap sel atau baterai berisi beberapa resistansi internal, bahwa perlawanan harus mempengaruhi
arus dalam rangkaian yang diberikan:
Baterai yang nyata yang ditampilkan di atas dalam garis putus-putus memiliki resistansi internal
0,2 Ω, yang mempengaruhi kemampuan untuk memasok arus ke resistansi beban 1 Ω. Baterai
yang ideal di sebelah kiri tidak tahan internal, dan jadi Ohm Hukum perhitungan kami untuk arus
(I = E / R) memberi kita nilai sempurna 10 amp untuk saat ini dengan beban 1 ohm dan 10 suplai
volt. Baterai nyata, dengan built-in perlawanan lebih lanjut menghambat aliran elektron, hanya
dapat memasok 8,333 amp dengan beban resistensi yang sama.
Baterai yang ideal, di sirkuit pendek dengan 0 Ω resistensi, akan mampu menyediakan jumlah
tak terbatas saat ini. Baterai asli, di sisi lain, hanya dapat memasok 50 amp (10 volt / 0,2 Ω) ke
sirkuit pendek 0 Ω perlawanan, karena perlawanan internal. Reaksi kimia di dalam sel masih
dapat memberikan tepat 10 volt, tapi tegangan dijatuhkan di bahwa resistansi internal sebagai
aliran elektron melalui baterai, yang mengurangi jumlah yang tersedia tegangan pada terminal
baterai ke beban.
Karena kita hidup di dunia yang tidak sempurna, dengan baterai tidak sempurna, kita perlu
memahami implikasi dari faktor-faktor seperti resistansi internal. Biasanya, baterai ditempatkan
pada aplikasi mana resistensi internal mereka diabaikan dibandingkan dengan beban sirkuit (di
mana hubungan arus pendek mereka saat ini jauh melebihi beban yang biasa mereka saat ini),
dan kinerja yang sangat dekat dengan sebuah sumber tegangan ideal.
Jika kita perlu membangun baterai dengan resistensi yang lebih rendah dari yang satu sel dapat
memberikan (untuk kapasitas saat ini yang lebih besar), kita harus menghubungkan sel bersama-
sama secara paralel:
Pada dasarnya, apa yang telah kita lakukan di sini adalah menentukan setara Thevenin dari lima
sel secara paralel (jaringan setara dengan satu sumber tegangan dan satu hambatan seri). Jaringan
setara memiliki tegangan sumber yang sama tetapi sebagian kecil dari perlawanan dari setiap sel
individu dalam jaringan yang asli. Pengaruh keseluruhan menghubungkan sel secara paralel
adalah untuk menurunkan resistansi internal setara, seperti resistor secara paralel berkurang total
perlawanan. Hambatan internal setara dengan ini baterai dari 5 sel adalah 1 / 5 bahwa setiap sel
individu. Tegangan secara keseluruhan tetap sama: 2.0 volt. Jika ini baterai dari sel-sel powering
sirkuit, arus melalui setiap sel akan menjadi 1 / 5 dari sirkuit arus total, karena split sama arus
melalui cabang paralel sama-perlawanan.
Baterai peringkat
Karena baterai membuat aliran elektron dalam sebuah rangkaian oleh pertukaran elektron dalam
reaksi kimia ionik, dan ada sejumlah molekul dalam baterai yang terisi tersedia untuk bereaksi,
harus ada jumlah terbatas jumlah elektron yang baterai pun dapat memotivasi melalui rangkaian
sebelum cadangan energi habis. Kapasitas baterai dapat diukur dari segi jumlah elektron, tetapi
ini akan menjadi jumlah besar. Kita bisa menggunakan satuan coulomb (setara dengan 6,25 x 10 18 elektron, atau 6.250.000.000.000.000.000 elektron) untuk membuat jumlah yang lebih praktis
untuk bekerja dengan, melainkan sebuah unit baru, amp-jam, dibuat untuk tujuan ini. Sejak 1
amp sebenarnya adalah laju alir 1 coulomb elektron per detik, dan ada 3600 detik dalam satu
jam, kita dapat menyatakan suatu proporsi langsung antara coulomb dan-amp jam: 1 amp-jam =
3600 coulomb. Kenapa membuat sebuah unit baru ketika seorang tua yang akan dilakukan baik-
baik saja? Untuk membuat hidup Anda sebagai mahasiswa dan teknisi lebih sulit Tentu!
Sebuah baterai dengan kapasitas 1 jam amp harus dapat terus menerus menyediakan arus 1 amp
untuk memuat selama tepat 1 jam, atau 2 amp untuk 1 / 2 jam, atau 1 / 3 amp selama 3 jam, dll,
sebelum menjadi benar-benar habis. Dalam baterai yang ideal, hubungan antara waktu sekarang
dan debit kontinyu stabil dan mutlak, tetapi baterai nyata tidak berperilaku persis seperti ini
rumus linear sederhana akan menunjukkan. Karena itu, ketika kapasitas amp jam diberikan untuk
baterai, maka baik ditetapkan pada saat tertentu, waktu tertentu, atau dianggap dinilai untuk
jangka waktu 8 jam (jika tidak ada faktor pembatas yang diberikan).
Perkiraan amp-jam kapasitas dari beberapa baterai umum diberikan di sini:
Khas otomotif baterai: 70 [email protected] A (sel sekunder)
D-ukuran karbon-seng baterai: 4.5 amp-jam @ 100 mA (sel primer)
9 volt baterai karbon-seng: 400 milliamp-jam @ 8 mA (sel primer)
Sebagai pembuangan baterai, bukan hanya tidak mengurangi menyimpan energi internal, tetapi
resistansi internal perusahaan juga meningkat (sebagai elektrolit menjadi kurang dan kurang
konduktif), dan menurunkan sirkit terbuka sel tegangan nya (sebagai bahan kimia menjadi lebih
dan lebih encer ). Perubahan yang paling menipu bahwa pameran pemakaian baterai meningkat
perlawanan. Pemeriksaan terbaik untuk baterai kondisi adalah pengukuran tegangan di bawah
beban, ketika baterai memasok arus besar melalui rangkaian. Jika tidak, cek voltmeter sederhana
di terminal palsu mungkin menunjukkan baterai yang sehat (tegangan yang memadai) meskipun
hambatan internal meningkat pesat. Apa yang merupakan "substansial saat ini" ditentukan oleh
parameter desain baterai. voltmeter sebuah cek mengungkapkan tegangan terlalu rendah, tentu
saja, positif akan menunjukkan baterai habis:
Baterai yang terisi penuh:
Sekarang, jika debit baterai sedikit.
dan debit sedikit lebih jauh.
dan sedikit lebih lanjut sampai mati-nya.
Perhatikan bagaimana keadaan yang sebenarnya jauh lebih baik baterai terungkap ketika
tegangan yang diperiksa di bawah beban sebagai lawan tanpa beban. Apakah ini berarti bahwa
tidak ada gunanya untuk memeriksa baterai hanya dengan voltmeter (tanpa beban)? Yah, tidak.
Jika cek voltmeter sederhana mengungkapkan hanya 7,5 volt untuk baterai 13,2 volt, maka Anda
tahu tanpa keraguan bahwa mati nya. Namun, jika voltmeter adalah untuk menunjukkan 12,5
volt, mungkin akan dikenakan biaya penuh dekat atau agak terkuras - Anda tidak bisa
mengatakan tanpa cek beban. Ingatlah juga bahwa perlawanan yang digunakan untuk
menempatkan baterai di bawah beban harus sesuai dengan jumlah daya yang diharapkan akan
hilang. Untuk memeriksa baterai besar seperti sebuah mobil (12 volt nominal) timbal-asam
baterai, ini berarti sebuah resistor dengan rating daya beberapa ratus watt.
Tujuan khusus baterai
Kembali pada hari-hari awal teknologi pengukuran listrik, khusus jenis baterai yang dikenal
sebagai standar sel merkuri yang populer digunakan sebagai standar kalibrasi tegangan. Output
dari sel merkuri 1,0183-1,0194 volt DC (tergantung pada desain spesifik sel), dan sangat stabil
sepanjang waktu. Drift diiklankan adalah sekitar 0,004 persen dari tegangan pengenal per tahun.
Mercury kadang-kadang dikenal sebagai sel Weston atau sel kadmium.
Sayangnya, sel merkuri agak toleran dari setiap saluran saat ini dan bahkan tidak bisa diukur
dengan voltmeter analog tanpa mengorbankan akurasi. Produsen biasanya disebut tidak lebih
dari 0,1 mA arus melalui sel, dan bahkan tokoh yang dianggap sesaat, atau gelombang
maksimum. Akibatnya, sel-sel standar hanya bisa diukur dengan perangkat (null-balance)
potensiometri mana drain saat ini hampir nol. Hubungan arus pendek sebuah sel merkuri
dilarang, dan sekali-pendek, sel tidak akan pernah bisa diandalkan lagi sebagai perangkat
standar.
Sel Mercury standar juga rentan terhadap perubahan kecil dalam tegangan jika fisik atau termal
terganggu. Dua jenis sel standar merkuri dikembangkan untuk tujuan kalibrasi yang berbeda:
jenuh dan tak jenuh. Sel jenuh standar yang disediakan stabilitas tegangan terbesar dari waktu ke
waktu, dengan mengorbankan ketidakstabilan termal. Dengan kata lain, tegangan mereka
melayang sangat sedikit dengan berlalunya waktu (hanya beberapa microvolts selama kurun
waktu satu dekade!), Tetapi cenderung bervariasi dengan perubahan suhu (puluhan microvolts
per derajat Celcius). Sel-sel ini berfungsi terbaik di lingkungan laboratorium suhu-terkontrol
dimana stabilitas jangka panjang adalah yang terpenting. Sel tak jenuh disediakan stabilitas
termal dengan mengorbankan stabilitas dari waktu ke waktu, tegangan sisanya hampir konstan
dengan perubahan suhu namun terus menurun sekitar 100 μV setiap tahun. Sel-sel ini berfungsi
terbaik sebagai perangkat kalibrasi "bidang" dimana suhu lingkungan tidak tepat dikontrol.
Tegangan nominal untuk sel jenuh adalah 1,0186 volt, dan 1,019 volt untuk sel tak jenuh.
Modern semikonduktor tegangan (regulator zener dioda) referensi telah digantikan sel baterai
standar sebagai standar tegangan laboratorium dan lapangan.
Perangkat menarik berhubungan erat dengan sel baterai primer adalah sel bahan bakar, yang
disebut karena memanfaatkan reaksi kimia pembakaran untuk menghasilkan arus listrik. Proses
oksidasi kimia (oksigen ionically ikatan dengan unsur-unsur lainnya) mampu menghasilkan
aliran elektron antara dua elektroda seperti juga setiap kombinasi logam dan elektrolit. Sebuah
sel bahan bakar dapat dianggap sebagai baterai dengan sumber energi eksternal yang disediakan
kimia.
Sampai saat ini, sel-sel bahan bakar yang paling berhasil dibangun adalah mereka yang berjalan
pada hidrogen dan oksigen, walaupun banyak penelitian telah dilakukan pada sel-sel
menggunakan bahan bakar hidrokarbon. Sementara hidrogen "membakar", produk sampingan
hanya sebuah sel bahan bakar itu limbah air dan sedikit panas. Ketika beroperasi pada karbon
yang mengandung bahan bakar, karbon dioksida juga dirilis sebagai sebuah produk sampingan.
Karena suhu operasi dari sel bahan bakar modern adalah jauh di bawah bahwa pembakaran
normal, tidak ada oksida nitrogen (NO x) yang dibentuk, sehingga jauh lebih sedikit polusi,
semua faktor lain sama.
Efisiensi konversi energi dalam sel bahan bakar dari kimia untuk listrik jauh melampaui batas
efisiensi Carnot teoritis dari setiap mesin pembakaran internal, yang merupakan prospek yang
menarik untuk pembangkit tenaga listrik dan mobil hibrida.
Tipe lain dari "baterai" adalah sel surya, produk sampingan dari revolusi semikonduktor dalam
elektronik. Efek fotolistrik, dimana elektron copot dari atom di bawah pengaruh cahaya, telah
dikenal di fisika selama beberapa dekade, namun hanya dengan kemajuan terbaru dalam
teknologi semikonduktor yang perangkat ada yang mampu memanfaatkan efek ini untuk setiap
tingkat praktis. Konversi efisiensi silikon untuk sel surya masih cukup rendah, namun
manfaatnya sebagai sumber daya sangat banyak: tidak ada bagian yang bergerak, tidak ada suara,
tidak ada produk limbah atau polusi (selain dari pembuatan sel surya, yang masih menjadi
industri cukup "kotor" ), kehidupan dan tidak terbatas.
Khusus biaya teknologi sel surya (dolar AS per kilowatt) masih sangat tinggi, dengan sedikit
kemungkinan penurunan yang signifikan pembatasan semacam uang muka revolusioner di
teknologi. Tidak seperti komponen elektronik yang dibuat dari bahan semikonduktor, yang dapat
dibuat lebih kecil dan lebih kecil dengan memo kurang sebagai akibat dari kontrol kualitas yang
lebih baik, satu solar cell masih mengambil jumlah yang sama silikon ultra-murni untuk
membuat seperti yang dilakukan tiga puluh tahun yang lalu. Kontrol kualitas Superior gagal
untuk menghasilkan keuntungan produksi yang sama terlihat dalam pembuatan chip dan
transistor (mana bintik terisolasi dari kotoran dapat merusak sirkuit mikroskopik banyak pada
satu wafer silikon). Jumlah yang sama inklusi tidak murni tidak sedikit untuk dampak efisiensi
keseluruhan sel surya 3-inch.
Namun jenis lain tujuan khusus "baterai" adalah sel deteksi kimia. Secara sederhana, sel-sel ini
bereaksi secara kimia dengan zat-zat tertentu di udara untuk membuat tegangan berbanding lurus
dengan konsentrasi zat yang. Sebuah aplikasi yang umum untuk deteksi sel kimia dalam deteksi
dan pengukuran konsentrasi oksigen. Banyak analisis oksigen portabel telah dirancang sekitar
sel-sel kecil. Sel kimia harus dirancang agar sesuai dengan substansi tertentu (s) yang akan
terdeteksi, dan sel-sel memang cenderung "aus," sebagai bahan elektroda mereka menguras atau
menjadi terkontaminasi dengan penggunaan.
Pertimbangan praktis
Ketika menghubungkan baterai bersama-sama untuk membentuk yang lebih besar "bank" lain
sehingga tidak menimbulkan masalah (a baterai baterai?), Konstituen baterai harus dicocokkan
dengan masing-masing. Pertama kita akan mempertimbangkan menghubungkan baterai ke dalam
seri untuk tegangan yang lebih besar:
Kita tahu bahwa saat ini sama pada semua titik dalam rangkaian seri, jadi apa pun jumlah saat ini
ada dalam salah satu dari baterai yang terhubung seri harus sama untuk semua yang lain juga.
Untuk alasan ini, setiap baterai harus memiliki amp rating-jam yang sama, atau sebagian dari
baterai akan menjadi lebih cepat habis dari yang lain, mengkompromikan kemampuan bank
secara keseluruhan. Harap diperhatikan bahwa kapasitas amp total jam baterai seri ini bank tidak
terpengaruh oleh jumlah baterai.
Selanjutnya, kami akan mempertimbangkan menghubungkan baterai secara paralel untuk
kapasitas arus lebih besar (resistansi internal yang lebih rendah), atau kapasitas amp-jam yang
lebih besar:
Kita tahu bahwa tegangan adalah sama di semua cabang rangkaian paralel, jadi kita harus yakin
bahwa baterai tegangan sama. Jika tidak, kita akan memiliki arus yang relatif besar yang beredar
dari satu baterai melalui lain, baterai bertegangan tinggi menaklukkan baterai bertegangan
rendah. Ini tidak baik.
Pada tema yang sama, kita harus yakin bahwa setiap proteksi arus lebih (sekering atau pemutus
sirkuit) dipasang sedemikian rupa menjadi efektif. Untuk bank battery kita seri, satu sekering
akan cukup untuk melindungi kabel dari arus berlebih, karena setiap istirahat dalam rangkaian
seri berhenti berjalan melalui semua bagian dari rangkaian:
Dengan bank baterai paralel, satu sekering yang memadai untuk melindungi kabel terhadap arus
lebih beban (antara baterai paralel terhubung dan beban), tetapi kami memiliki kekhawatiran lain
untuk melindungi juga. Baterai telah dikenal untuk internal sirkuit pendek, karena kegagalan
pemisah elektroda, menyebabkan masalah yang tidak berbeda dengan yang mana baterai
tegangan yang tidak sama dihubungkan secara paralel: baterai yang baik akan mengalahkan
baterai (tegangan rendah) gagal, menyebabkan arus yang relatif besar dalam baterai
'menghubungkan kabel. Untuk menjaga terhadap kemungkinan ini, kita harus melindungi setiap
baterai melawan arus lebih dengan sekering baterai individu, di samping beban sekering:
Ketika berhadapan dengan baterai sekunder-sel, perhatian khusus harus diberikan pada metode
dan waktu pengisian. Berbagai jenis dan konstruksi pengisian baterai memiliki kebutuhan
berbeda, dan rekomendasi dari produsen mungkin panduan terbaik untuk mengikuti ketika
mendesain atau mempertahankan sistem. Dua keprihatinan berbeda pengisian daya baterai yang
bersepeda dan pengisian yang berlebihan. Bersepeda mengacu pada proses pengisian baterai
untuk kondisi "penuh" dan kemudian pemakaian ke keadaan yang lebih rendah. Semua baterai
memiliki kehidupan (terbatas) siklus terbatas, dan "kedalaman" diijinkan siklus (seberapa jauh
itu harus diberhentikan setiap saat) bervariasi dari desain untuk desain. Pengisian daya yang
berlebihan adalah kondisi dimana saat ini terus dipaksa mundur melalui sel sekunder di luar titik
di mana sel telah mencapai biaya penuh. Dengan timbal-asam sel khususnya, pengisian daya
yang berlebihan menyebabkan elektrolisis air ("mendidih" air keluar dari baterai) dan kehidupan
dipersingkat.
Setiap baterai yang mengandung air di elektrolit tunduk pada produksi gas hidrogen karena
elektrolisis. Hal ini terutama berlaku untuk sel timbal-asam membayar lebih, tapi tidak eksklusif
untuk tipe itu. Hidrogen adalah gas yang sangat mudah terbakar (terutama dengan adanya
oksigen bebas yang diciptakan oleh proses elektrolisis yang sama), tidak berbau dan tidak
berwarna. Baterai tersebut menimbulkan ancaman ledakan bahkan di bawah kondisi operasi
normal, dan harus diperlakukan dengan hormat. Penulis telah menjadi saksi langsung ke sebuah
ledakan baterai timbal-asam, dimana percikan diciptakan oleh penghapusan pengisi daya baterai
(DC power supply kecil) dari baterai otomotif dinyalakan gas hidrogen dalam kasus baterai,
meniup bagian atas dari baterai dan percikan asam sulfat mana-mana. Hal ini terjadi di toko
otomotif sekolah tinggi, tidak kurang. Kalau bukan untuk semua siswa di dekatnya mengenakan
kacamata keselamatan dan overall kancing kerah, cedera signifikan bisa saja terjadi.
Saat menghubungkan dan memutuskan peralatan untuk pengisian baterai, selalu membuat
sambungan terakhir (atau pemutusan pertama) di lokasi yang jauh dari baterai itu sendiri (seperti
pada titik di salah satu kabel baterai, setidaknya kaki jauh dari baterai) , sehingga setiap resultan
percikan memiliki kesempatan sedikit atau tidak membakar gas hidrogen.
Dalam besar, bank dipasang permanen baterai, baterai dilengkapi dengan ventilasi topi atas
setiap sel, dan gas hidrogen vented luar ruang baterai melalui kerudung langsung menutupi
baterai. Gas hidrogen yang sangat ringan dan meningkat dengan cepat. Bahaya terbesar adalah
ketika itu diperbolehkan menumpuk di suatu daerah, menunggu pengapian.
Lebih modern timbal-asam desain baterai yang dimeteraikan, dibuat kembali menggabungkan
elektrolisis hidrogen dan oksigen kembali ke air, di dalam kasus baterai itu sendiri. ventilasi yang
memadai mungkin masih ide yang baik, hanya dalam kasus baterai adalah untuk
mengembangkan kebocoran. [Jom]
SERI dan PARALEL SIRKUIT
Sirkuit terdiri dari hanya satu baterai dan satu tahanan beban yang sangat sederhana untuk
menganalisis, tetapi mereka tidak sering ditemukan dalam aplikasi praktis. Biasanya, kita
menemukan sirkuit di mana lebih dari dua komponen yang terhubung bersama-sama.
Ada dua cara dasar di mana untuk menghubungkan lebih dari dua komponen rangkaian: seri dan
paralel. Pertama, contoh dari rangkaian seri:
Di sini, kami memiliki tiga resistor (berlabel R 1, R 2, dan R 3), terhubung dalam rantai panjang
dari satu terminal baterai yang lain. (Perlu dicatat bahwa subskrip label - angka-angka sedikit ke
kanan-bawah huruf "R" - tidak ada hubungannya dengan nilai-nilai resistor dalam ohm Mereka
hanya berfungsi untuk mengidentifikasi satu resistor dari yang lain). Karakteristik
mendefinisikan dari suatu rangkaian seri adalah bahwa hanya ada satu jalur untuk elektron
mengalir. Dalam rangkaian ini aliran elektron dalam arah berlawanan arah jarum jam, dari titik 4
ke titik 3 ke titik 2 ke titik 1 dan kembali memutar ke 4.
Sekarang, mari kita lihat jenis lain dari sirkuit, konfigurasi paralel:
Sekali lagi, kami memiliki tiga resistor, tapi kali ini mereka membentuk lebih dari satu jalur
untuk elektron terus mengalir. Ada satu jalur 8-7 2 sampai 1 dan kembali ke 8 lagi. Ada satu lagi
8-7 ke 6 ke 3-2 ke 1 dan kembali ke 8 lagi. Dan kemudian ada jalur ketiga 8-7 ke 6 ke 5-4 hingga
3 untuk 2 sampai 1 dan kembali ke 8 lagi. Setiap jalur individu (melalui R 1, R 2, dan R 3) disebut
cabang.
Mendefinisikan karakteristik dari rangkaian paralel adalah bahwa semua komponen yang
terhubung antara set yang sama poin elektrik umum. Melihat diagram skematik, kita melihat
bahwa poin 1, 2, 3, dan 4 semua elektrik umum. Jadi, apakah poin 8, 7, 6, dan 5. Perhatikan
bahwa semua resistor serta baterai yang dihubungkan antara kedua set poin.
Dan, tentu saja, kompleksitas tidak berhenti pada seri sederhana dan paralel baik. Kita dapat
memiliki sirkuit yang merupakan kombinasi seri dan paralel, juga:
Di sirkuit ini, kami memiliki dua loop untuk elektron mengalir melalui: satu 6-5 2 sampai 1 dan
kembali ke 6 lagi, dan satu lagi 6-5 sampai dengan 4 untuk 3-2 ke 1 dan kembali ke 6 lagi.
Perhatikan bagaimana kedua jalur saat ini melalui R 1 (dari titik 2 ke titik 1). Dalam konfigurasi
ini, kita akan mengatakan bahwa R 2 dan R 3 yang secara paralel dengan satu sama lain,
sementara R 1 adalah seri dengan kombinasi paralel R 2 dan R 3.
Ini hanya preview hal yang akan datang. Jangan khawatir. Kami akan mempelajari semua
konfigurasi sirkuit ini secara rinci, satu per satu.
Ide dasar dari sebuah koneksi "seri" adalah bahwa komponen yang terhubung end-to-end sejalan
untuk membentuk sebuah jalan tunggal untuk elektron untuk mengalir:
Ide dasar dari sebuah koneksi "paralel", di sisi lain, adalah bahwa semua komponen yang
terhubung di seluruh memimpin masing-masing. Dalam sebuah rangkaian paralel murni, ada
pernah lebih dari dua set poin elektrik umum, tidak peduli berapa banyak komponen yang
terhubung. Ada banyak jalan untuk elektron mengalir, tetapi hanya satu tegangan di semua
komponen:
Resistor seri dan paralel konfigurasi mempunyai sifat listrik yang sangat berbeda. Kita akan
mengeksplorasi sifat setiap konfigurasi pada bagian yang akan datang.
Seri sirkuit
Mari kita mulai dengan sebuah rangkaian seri terdiri dari tiga resistor dan sebuah baterai tunggal:
Prinsip pertama untuk memahami tentang rangkaian seri adalah bahwa jumlah arus yang sama
melalui komponen dalam sirkuit. Hal ini karena hanya ada satu jalan bagi elektron untuk
mengalir dalam suatu rangkaian seri, dan karena elektron bebas mengalir melalui konduktor
seperti kelereng dalam tabung, laju aliran (kecepatan marmer) pada setiap titik pada sirkuit
(tabung) pada setiap spesifik titik waktu harus sama.
Dari cara yang baterai 9 volt diatur, kita dapat mengatakan bahwa elektron dalam sirkuit ini akan
mengalir dalam arah berlawanan arah jarum jam, dari titik 4 hingga 3 untuk 2 sampai 1 dan
kembali ke 4. Namun, kami memiliki satu sumber tegangan dan tiga resistensi. Bagaimana kita
gunakan hukum Ohm di sini.
Sebuah peringatan penting untuk Hukum Ohm adalah bahwa semua kuantitas (tegangan, arus,
hambatan, dan kekuasaan) harus berhubungan satu sama lain dalam hal dua titik yang sama
dalam sebuah rangkaian. Misalnya, dengan baterai-tunggal, satu-resistor sirkuit, kita dapat
dengan mudah menghitung kuantitas apapun karena mereka semua diterapkan pada dua titik
yang sama di sirkuit:
Karena poin 1 dan 2 dihubungkan bersama-sama dengan kawat resistensi diabaikan, seperti juga
poin 3 dan 4, kita dapat mengatakan bahwa titik 1 adalah elektrik umum ke titik 2 dan titik 3
adalah elektrik umum untuk point 4. Karena kita tahu bahwa kita memiliki 9 volt gaya gerak
listrik antara titik 1 dan 4 (tepat di seberang baterai), dan karena titik 2 adalah umum untuk
angka 1 dan angka 3 umum ke titik 4, kita juga harus memiliki 9 volt antara titik 2 dan 3 (tepat di
seberang resistor). Oleh karena itu, kita dapat menerapkan Hukum Ohm (I = E / R) dengan arus
melalui resistor, karena kita tahu tegangan (E) di resistor dan resistensi (R) dari resistor tersebut.
Semua istilah (E, I, R) berlaku untuk dua titik yang sama di sirkuit, untuk itu resistor yang sama,
jadi kita dapat menggunakan rumus Hukum Ohm dengan pemesanan tidak.
Namun, di sirkuit yang mengandung lebih dari satu resistor, kita harus berhati-hati dalam
bagaimana kita menerapkan Hukum Ohm. Di-resistor tiga rangkaian contoh di bawah ini, kita
tahu bahwa kita telah 9 volt antara titik 1 4, dan yang jumlah daya elektro mencoba untuk
mendorong elektron melalui kombinasi seri R 1, R 2, dan R 3. Namun, kita tidak bisa mengambil
nilai dari 9 volt dan dibagi oleh 3k, 10k atau 5k Ω untuk mencoba untuk menemukan nilai
sekarang, karena kita tidak tahu seberapa besar tegangan berada di seberang salah satu dari
mereka resistor, individual.
Sosok 9 volt adalah kuantitas total untuk seluruh rangkaian, sedangkan tokoh 3k, 10k, dan 5k Ω
adalah jumlah individu untuk resistor individu. Jika kita adalah untuk menyambungkan angka
untuk tegangan total ke dalam persamaan Hukum dan Ohm dengan angka ketahanan individu,
hasilnya tidak akan berhubungan secara akurat untuk setiap kuantitas di sirkuit yang sebenarnya.
Untuk R 1,'s hukum Ohm akan berhubungan jumlah tegangan R 1 dengan arus melalui R 1,
diberikan 's resistensi 1 R, 3kΩ:
Tapi, karena kita tidak tahu tegangan R 1 (hanya total tegangan yang diberikan oleh baterai di
seri resistor kombinasi-tiga) dan kita tidak tahu arus melalui R 1, kita tidak bisa melakukan
perhitungan dengan formula baik. Hal yang sama berlaku untuk R 2 dan R 3: kita dapat
menerapkan persamaan Ohm's Law jika dan hanya jika semua istilah yang mewakili masing-
masing jumlah poin yang sama antara dua di sirkuit.
Jadi apa yang bisa kita lakukan ? Kita tahu tegangan sumber (9 volt) diterapkan di kombinasi
rangkaian R 1, R 2, dan R 3, dan kita mengetahui resistensi resistor masing-masing, tapi karena
jumlah mereka yang tidak berada dalam konteks yang sama, kita dapat 'Hukum Ohm t digunakan
untuk menentukan rangkaian arus. Kalau saja kita tahu apa perlawanan total untuk rangkaian ini:
maka kita bisa menghitung lancar dengan angka kami untuk tegangan total (I = E / R).
Ini membawa kita pada prinsip kedua dari sirkuit seri: total perlawanan dari setiap rangkaian seri
adalah sama dengan jumlah dari resistensi individu. Ini harus masuk akal intuitif: resistor lebih
dalam seri bahwa elektron harus mengalir melalui, semakin sulit bagi mereka akan elektron
mengalir. Dalam contoh permasalahan, kami memiliki resistor 3 kΩ, 10 kΩ, dan 5 kΩ secara
seri, memberi kita perlawanan total 18 kΩ:
Singkatnya, suatu rangkaian seri didefinisikan sebagai memiliki hanya satu jalur untuk elektron
mengalir. Dari definisi ini, tiga aturan sirkuit seri berikut: semua komponen berbagi arus yang
sama, menambah resistensi yang sama perlawanan, total lebih besar, dan turun tegangan
menambah sama tegangan, jumlah yang lebih besar. Semua aturan ini menemukan akar dalam
definisi sebuah rangkaian seriJika Anda memahami definisi yang sepenuhnya, maka aturan tidak
lebih dari catatan kaki untuk definisi.
Komponen dalam rangkaian saham seri yang sama saat ini: Saya Total = I 1 = I 2 =. . . . . I n
Aku n
Total dalam rangkaian seri adalah sama dengan jumlah dari resistensi individu: R Total = R
1 + R 2 +. . . . . R n R n
Jumlah tegangan pada rangkaian seri adalah sama dengan jumlah tegangan turun masing-
masing: E Total = E 1 + E 2 +. . . . . E n E n
Paralel sirkuit
Mari kita mulai dengan rangkaian paralel yang terdiri dari tiga resistor dan sebuah baterai
tunggal:
Prinsip pertama untuk memahami tentang rangkaian paralel adalah bahwa tegangan adalah sama
di semua komponen di sirkuit. Hal ini karena hanya ada dua set poin elektrik umum dalam
rangkaian paralel, dan tegangan diukur antara set poin umum harus selalu sama pada suatu waktu
tertentu. Oleh karena itu, di sirkuit di atas, tegangan melintasi R 1 adalah sama dengan tegangan
R 2 yang sama dengan tegangan R 3 yang sama dengan tegangan baterai. Ini persamaan tegangan
dapat diwakili dalam tabel lain untuk nilai-nilai kita mulai:
Sama seperti dalam kasus sirkuit seri, peringatan yang sama untuk Hukum Ohm berlaku: nilai
untuk arus tegangan, dan hambatan harus dalam konteks yang sama dalam rangka untuk
perhitungan untuk bekerja dengan benar. Namun, di sirkuit contoh di atas, kita segera dapat
menerapkan Hukum Ohm untuk masing-masing resistor untuk menemukan saat ini karena kita
tahu tegangan di setiap resistor (9 volt) dan hambatan resistor masing-masing:
Pada titik ini kita masih belum tahu apa hambatan saat ini atau total total untuk rangkaian
paralel, jadi kami tidak dapat menerapkan Hukum Ohm untuk paling kanan itu ("Total") kolom.
Namun, jika kita berpikir hati-hati tentang apa yang terjadi harus menjadi jelas bahwa total
sekarang harus sama dengan jumlah dari semua resistor individu ("cabang") arus:
Karena keluar arus total negatif (-) terminal baterai pada titik 8 dan bergerak melalui sirkuit,
beberapa aliran split off di titik 7 untuk naik melalui R 1, beberapa lebih split off di titik 6 untuk
naik melalui R 2 , dan sisanya naik melalui R 3. Seperti sungai kecil bercabang menjadi beberapa
aliran, tingkat aliran gabungan dari semua sungai harus sama dengan laju aliran sungai secara
keseluruhan. Hal yang sama ditemui di mana arus melalui R 1, R 2, dan R 3 bergabung untuk
mengalir kembali ke terminal positif baterai (+) terhadap 1 poin: aliran elektron dari titik 2 ke
titik 1 harus sama dengan jumlah yang dari (cabang) arus melalui R 1, R 2, dan R 3.
Dalam rangkaian seri, dimana perlawanan total jumlah dari resistensi individu, jumlah itu pasti
akan lebih besar dari salah satu dari resistor secara individual. Di sini, di sirkuit paralel, namun,
sebaliknya adalah benar: kita mengatakan bahwa resistensi individu mengurangi daripada
menambahkan untuk membuat total. Prinsip ini melengkapi tiga serangkai kita tentang "aturan"
untuk sirkuit paralel, sama seperti seri sirkuit ditemukan memiliki tiga aturan untuk tegangan
resistansi, arus, dan. Secara matematis, hubungan antara resistensi total dan resistensi individu
dalam suatu rangkaian paralel terlihat seperti ini:
Bentuk dasar yang sama karya persamaan untuk sejumlah resistor yang dihubungkan bersama-
sama secara paralel, tambahkan saja sebanyak 1 / terms R pada penyebut dari fraksi yang
diperlukan untuk mengakomodasi semua resistor paralel di sirkuit.
Singkatnya, suatu rangkaian paralel didefinisikan sebagai salah satu di mana semua komponen
yang terhubung antara set yang sama poin elektrik umum. Cara lain untuk mengatakan ini adalah
bahwa semua komponen yang terhubung di terminal masing-masing. Dari definisi ini, tiga aturan
sirkuit paralel berikut: semua komponen berbagi tegangan yang sama, mengurangi resistensi
menyamai perlawanan, jumlah yang lebih kecil, dan arus cabang menambah sama yang lebih
besar, lancar. Sama seperti dalam kasus sirkuit seri, semua peraturan menemukan akar dalam
definisi dari rangkaian paralel. Jika Anda memahami definisi yang sepenuhnya, maka aturan
tidak lebih dari catatan kaki untuk definisi.
Membangun sirkuit resistor sederhana
Dalam proses belajar tentang listrik, Anda akan ingin untuk membangun sirkuit sendiri
menggunakan resistor dan baterai. Beberapa opsi yang tersedia dalam hal perakitan sirkuit,
beberapa lebih mudah daripada yang lain. Pada bagian ini, saya akan menjelajahi beberapa
teknik fabrikasi yang tidak hanya akan membantu Anda membangun sirkuit ditunjukkan dalam
bab ini, tetapi juga sirkuit lebih maju.
Jika semua kita ingin membangun adalah tunggal sederhana-baterai, satu-resistor sirkuit, dengan
mudah kita dapat menggunakan klip kabel jumper buaya seperti ini:
Kabel Jumper dengan klip gaya "buaya" musim semi di setiap akhir memberikan metode yang
aman dan nyaman komponen elektrik bergabung bersama-sama.
Jika kita ingin membangun sebuah rangkaian seri sederhana dengan satu baterai dan tiga resistor,
sama "point-to-point" teknik konstruksi kabel jumper menggunakan dapat diterapkan:
Teknik ini, bagaimanapun, membuktikan tidak praktis untuk sirkuit jauh lebih kompleks dari ini,
karena kecanggungan dari kabel jumper dan kerapuhan fisik koneksi mereka. Sebuah metode
yang lebih umum konstruksi sementara untuk hobbyist adalah papan tempat memotong roti
solderless, sebuah perangkat yang terbuat dari plastik dengan ratusan dimuat koneksi soket-
pegas bergabung dengan ujung dimasukkan komponen dan / atau 22-gauge potongan kawat
padat. Sebuah foto dari sebuah papan tempat memotong roti yang nyata yang ditampilkan di sini,
diikuti dengan sebuah ilustrasi menunjukkan rangkaian seri sederhana dibangun pada satu:
Di bawah setiap lubang di papan tempat memotong roti wajah adalah musim semi logam klip,
dirancang untuk menangkap setiap kawat dimasukkan atau timbal komponen. Klip logam musim
semi ini bergabung di bawah wajah papan tempat memotong roti, membuat hubungan antara
memimpin dimasukkan. Pola koneksi bergabung setiap lima lubang sepanjang kolom vertikal
(seperti yang ditunjukkan dengan sumbu panjang dari papan tempat memotong roti terletak
horizontal):
Jadi, ketika memimpin kawat atau komponen dimasukkan ke dalam lubang di papan tempat
memotong roti, ada empat lubang lebih dalam kolom yang menyediakan titik koneksi potensi
untuk kabel lain dan / atau arahan komponen. Hasilnya adalah sebuah platform yang sangat
fleksibel untuk membangun sirkuit sementara. Sebagai contoh, rangkaian tiga-resistor hanya
ditampilkan juga dapat dibangun pada papan tempat memotong roti seperti ini:
Sebuah rangkaian paralel juga mudah untuk membangun pada papan tempat memotong roti
solderless:
Breadboards memiliki keterbatasan mereka, meskipun. Pertama dan terutama, mereka
dimaksudkan untuk konstruksi sementara saja. Jika Anda mengambil papan tempat memotong
roti, putar terbalik, dan kocok, setiap komponen terhubung ke dalamnya yakin untuk
melonggarkan, dan mungkin jatuh keluar dari lubang masing-masing. Juga, breadboards terbatas
untuk cukup rendah saat ini (kurang dari 1 amp) sirkuit. Mereka klip pegas memiliki area kontak
yang kecil, dan dengan demikian tidak dapat mendukung arus tinggi tanpa pemanasan yang
berlebihan.
Untuk permanen yang lebih besar, seseorang mungkin ingin memilih kawat solder atau-
pembungkus. Teknik ini melibatkan pengancing komponen dan kabel untuk beberapa struktur
menyediakan lokasi mekanik yang aman (seperti papan fenolik atau fiberglass dengan lubang
dibor di dalamnya, seperti sebuah papan tempat memotong roti tanpa koneksi semi-klip
intrinsik), dan kemudian melampirkan kabel untuk diamankan komponen memimpin. Proses ini
merupakan suatu bentuk las rendah suhu, menggunakan kaleng / timbal atau timah / paduan
perak yang meleleh dan elektrik obligasi benda tembaga. Kawat berakhir disolder untuk
mengarah komponen atau kecil, tembaga cincin "bantalan" terikat pada permukaan papan sirkuit
berfungsi untuk menghubungkan komponen bersama-sama. Dalam pembungkus kawat, kawat
kecil-gauge erat melilit komponen mengarah daripada disolder untuk memimpin atau alas
tembaga, ketegangan kawat dibungkus menyediakan sambungan mekanik dan listrik suara untuk
menghubungkan komponen bersama-sama.
Contoh dari papan sirkuit tercetak, atau PCB,
Papan ini muncul tembaga sisi-up: sisi mana semua penyolderan dilakukan. Setiap lubang
dikelilingi dengan lapisan kecil dari logam tembaga untuk ikatan solder. Semua lubang yang
independen satu sama lain pada papan khusus, tidak seperti lubang pada sebuah papan tempat
memotong roti solderless yang dihubungkan bersama dalam kelompok lima. Papan sirkuit cetak
dengan pola koneksi 5-lubang yang sama seperti breadboards dapat dibeli dan digunakan untuk
konstruksi hobi sirkuit, meskipun.
Produksi PCB memiliki jejak tembaga diletakkan di fenolik atau fiberglass substrat rekayasa
bahan untuk membentuk koneksi jalur pre-yang berfungsi sebagai kabel dalam sebuah rangkaian.
Salah satu contoh seperti papan yang ditampilkan di sini, unit ini sebenarnya merupakan "power
supply" sirkuit dirancang untuk mengambil 120 volt alternating current (AC) daya dari
stopkontak di dinding rumah tangga dan mengubahnya menjadi rendah tegangan arus searah
(DC). Resistor akan muncul di forum ini, komponen kelima menghitung naik dari bawah,
terletak di kawasan tengah-kanan papan tulis.
Sebuah pemandangan bawah ini dewan mengungkapkan tembaga "jejak" menghubungkan
komponen bersama-sama, serta deposito berwarna perak-ikatan solder komponen mengarah
kepada mereka jejak:
Sebuah solder atau kawat-dibungkus sirkuit dianggap tetap: yaitu, tidak mungkin menjadi
berantakan sengaja. Namun, teknik-teknik konstruksi kadang-kadang dianggap terlalu permanen.
Jika ada yang ingin mengganti komponen atau mengubah sirkuit dengan cara apapun substansial,
mereka harus menginvestasikan jumlah yang wajar mengurai waktu koneksi. Juga, baik solder
dan kawat-rata membutuhkan alat khusus yang mungkin tidak segera tersedia.
Sebuah teknik konstruksi alternatif yang digunakan di seluruh dunia industri adalah bahwa dari
terminal strip. Terminal strip, sebagai alternatif disebut penghalang strip atau blok terminal,
terdiri dari panjang nonconducting material dengan beberapa bar kecil dari logam tertanam
dalam. Setiap batang logam setidaknya memiliki satu sekrup mesin atau pengikat lainnya
berdasarkan yang memimpin kawat atau komponen mungkin diamankan. Multiple kabel diikat
oleh satu sekrup yang dibuat elektrik umum untuk satu sama lain, seperti juga kabel diikat untuk
beberapa sekrup pada bar yang sama. Foto berikut memperlihatkan salah satu gaya strip
terminal, dengan beberapa kabel terpasang.
Terminal strip lain, yang lebih kecil akan ditampilkan dalam foto berikutnya. Jenis ini, kadang-
kadang disebut sebagai gaya "Eropa", telah tersembunyi sekrup untuk membantu mencegah
disengaja korslet antara terminal dengan obeng atau benda logam lainnya:
Pada ilustrasi berikut, baterai-tunggal, tiga-resistor rangkaian ditampilkan dibangun pada strip
terminal:
Jika terminal strip menggunakan sekrup mesin untuk memegang apa-apa komponen dan kawat
berakhir, tetapi obeng diperlukan untuk mengamankan koneksi baru atau koneksi istirahat lama.
Beberapa strip terminal penggunaan klip spring-loaded - mirip dengan papan tempat memotong
roti's kecuali kekasaran meningkat - bergerak dan terlepas menggunakan obeng sebagai alat push
(tidak memutar terlibat). Sambungan listrik didirikan oleh strip terminal cukup kuat, dan
dianggap cocok untuk konstruksi permanen dan sementara.
Salah satu keterampilan penting bagi siapa saja yang tertarik listrik dan elektronik ini untuk
dapat "menerjemahkan" diagram skematik untuk tata letak sirkuit nyata di mana komponen-
komponen mungkin tidak berorientasi dengan cara yang sama. Schematic diagram biasanya
diambil untuk dibaca maksimum, (kecuali beberapa contoh-contoh penting membuat sketsa
untuk membuat kebingungan maksimum!) tetapi konstruksi sirkuit praktis sering menuntut
orientasi komponen yang berbeda. Bangunan sederhana di terminal strip adalah salah satu cara
untuk mengembangkan keterampilan spasial-penalaran dari "peregangan" kawat untuk membuat
jalur koneksi yang sama. Pertimbangkan kasus baterai-tunggal, tiga-resistor paralel sirkuit
dibangun pada strip terminal:
Maju dari rapi, skematik diagram bagus untuk sirkuit yang sebenarnya - terutama ketika resistor
dihubungkan secara fisik diatur secara linear pada terminal strip - tidak jelas bagi banyak orang,
jadi saya akan menguraikan langkah proses demi-langkah. Pertama, mulailah dengan diagram
skematik bersih dan semua komponen yang dijaminkan kepada terminal strip, dengan tidak ada
kabel menghubungkan:
Selanjutnya, menelusuri sambungan kabel dari satu sisi baterai ke komponen pertama dalam
skema, mengamankan kawat menghubungkan antara dua titik yang sama di sirkuit yang
sebenarnya. Dengan merasa terbantu dengan over-menarik kawat skema dengan garis lain untuk
menunjukkan apa koneksi saya buat dalam kehidupan nyata:
Lanjutkan proses ini, kawat dengan kawat, sampai semua koneksi di diagram skematis telah
dipertanggungjawabkan. Mungkin akan membantu untuk menganggap kawat umum dalam mode
SPICE-seperti: membuat semua koneksi ke kawat umum di sirkuit sebagai salah satu langkah,
memastikan setiap komponen dengan sambungan ke kawat yang sebenarnya memiliki
sambungan ke kabel yang sebelum melanjutkan ke yang berikutnya. Untuk langkah berikutnya,
saya akan menunjukkan bagaimana sisi atas dua resistor yang tersisa yang terhubung bersama-
sama, yang umum dengan kawat diamankan di langkah sebelumnya:
Dengan sisi atas semua resistor (seperti yang tercantum dalam skema) yang terhubung bersama-
sama, dan menjadi positif terminal baterai (+), yang harus kita lakukan sekarang adalah
menghubungkan sisi bawah bersama dan ke sisi lain dari baterai:
Biasanya dalam industri, semua kabel diberi label dengan nomor tag, dan elektrik kabel biasa
menanggung nomor tag yang sama, seperti yang mereka lakukan dalam simulasi SPICE. Dalam
hal ini, kita bisa label kabel 1 dan 2:
Konvensi industri lain untuk memodifikasi diagram skematik sedikit sehingga untuk
menunjukkan titik-titik sambungan kawat yang sebenarnya di strip terminal. Hal ini menuntut
sistem pelabelan untuk strip itu sendiri: sebuah "TB" nomor (nomor terminal blok) untuk strip,
diikuti dengan nomor lain yang mewakili setiap batang logam pada strip.
Dengan cara ini, skema dapat digunakan sebagai "peta" untuk mencari poin dalam rangkaian
nyata, terlepas dari seberapa kusut dan kompleks menghubungkan kabel mungkin tampak mata.
Hal ini mungkin tampak berlebihan untuk rangkaian sederhana, resistor tiga ditampilkan di sini,
tetapi detail tersebut mutlak diperlukan untuk pembangunan dan pemeliharaan sirkuit besar,
terutama bila mereka sirkuit mungkin span jarak fisik yang besar, menggunakan lebih dari satu
strip terminal yang terletak di lebih dari satu panel atau kotak.
SERIES-PARALEL RANGKAIAN KOMBINASI
Apa yang dimaksud dengan rangkaian seri-paralel ?
Dengan sirkuit seri sederhana, semua komponen yang terhubung end-to-end untuk membentuk
hanya satu jalur untuk elektron mengalir melalui sirkuit:
Dengan sirkuit paralel sederhana, semua komponen yang terhubung antara dua set poin sama
elektrik yang umum, membuat beberapa jalur untuk elektron untuk mengalir dari satu ujung
baterai yang lain:
Dengan masing-masing dua konfigurasi dasar sirkuit, kami telah menetapkan aturan khusus
menggambarkan hubungan tegangan, arus, dan resistansi.
Seri Sirkuit:
Voltage tetes menambah tegangan sebesar total.
Semua komponen berbagi yang sama (sama) saat ini.
Menambah resistensi yang sama total perlawanan.
Paralel Sirkuit:
Semua komponen berbagi tegangan (sama) yang sama.
Cabang menambah arus sama lancar.
Mengurangi resistensi menyamai total perlawanan.
Namun, jika komponen sirkuit seri-dihubungkan dalam beberapa bagian dan paralel pada orang
lain, kita tidak akan dapat menerapkan satu set aturan untuk setiap bagian dari rangkaian itu.
Sebaliknya, kita harus mengidentifikasi bagian mana dari rangkaian yang seri dan bagian mana
sejajar, maka secara selektif menerapkan aturan seri dan paralel yang diperlukan untuk
menentukan apa yang terjadi. Ambil rangkaian berikut, misalnya:
Sirkuit ini bukan seri sederhana atau paralel sederhana. Sebaliknya, itu mengandung unsur
keduanya. Pintu keluar saat bagian bawah baterai, terbagi untuk perjalanan melalui R 3 dan R 4,
bergabung kembali, kemudian pecah lagi untuk perjalanan melalui R 1 dan R 2, lalu bergabung
kembali lagi untuk kembali ke atas baterai. erdapat lebih dari satu jalur untuk arus melakukan
perjalanan (bukan seri), namun ada lebih dari dua set poin elektrik umum dalam rangkaian (tidak
paralel).
Karena rangkaian adalah kombinasi dari kedua seri dan paralel, kita tidak bisa menerapkan
aturan untuk tegangan resistansi, arus, dan "di atas meja" untuk memulai analisis seperti kita bisa
ketika sirkuit adalah satu cara atau yang lain. Misalnya, jika rangkaian di atas seri sederhana, kita
hanya bisa menambahkan Facebook R 1 melalui R 4 untuk sampai pada perlawanan total,
memecahkan lancar, dan kemudian memecahkan untuk semua turun tegangan. Demikian juga,
jika rangkaian di atas paralel sederhana, kita bisa memecahkan arus cabang, menambahkan
hingga arus cabang untuk mencari total sekarang, dan kemudian menghitung total perlawanan
dari tegangan total dan lancar. Namun, solusi ini sirkuit akan lebih kompleks.
Tabel ini masih akan membantu kami mengelola nilai yang berbeda untuk sirkuit kombinasi seri-
paralel, tapi kita harus berhati-hati bagaimana dan dimana kita menerapkan aturan yang berbeda
untuk seri dan paralel. Hukum Ohm, tentu saja, masih bekerja sama saja untuk menentukan nilai
dalam kolom vertikal pada tabel.
Jika kita mampu mengidentifikasi bagian mana dari sirkuit seri dan bagian mana sejajar, kita
dapat menganalisis secara bertahap, mendekati masing-masing satu bagian pada satu waktu,
dengan menggunakan aturan yang sesuai untuk menentukan hubungan tegangan resistansi, arus,
dan. Aturan sirkuit seri dan paralel harus diterapkan secara selektif untuk sirkuit yang
mengandung kedua jenis interkoneksi.
Teknik analisis
Tujuan dari analisis seri-paralel resistor sirkuit untuk dapat menentukan semua tetes tegangan,
arus, dan dissipations kekuasaan di sirkuit. Strategi umum untuk mencapai tujuan ini adalah
sebagai berikut:
Langkah 1: Nilai yang resistor dalam rangkaian dihubungkan secara bersama dalam seri
sederhana atau paralel sederhana.
Langkah 2: Re-menarik rangkaian, masing-masing menggantikan seri atau kombinasi
resistor paralel yang diidentifikasi pada langkah 1 dengan sebuah resistor, tunggal setara-
nilai. Jika menggunakan tabel untuk menangani variabel, membuat kolom tabel baru
untuk setiap setara perlawanan.
Langkah 3: Ulangi langkah 1 dan 2 sampai seluruh rangkaian dikurangi menjadi satu
resistor setara.
Langkah 4: Hitung total arus dari tegangan total dan perlawanan total (I = E / R).
Langkah 5: Mengambil tegangan total dan nilai total sekarang, kembali ke langkah
terakhir dalam proses reduksi sirkuit dan memasukkan nilai-nilai yang berlaku.
Langkah 6: Dari resistensi dikenal dan tegangan total / nilai total sekarang dari langkah 5,
gunakan Hukum Ohm untuk menghitung nilai-nilai yang tidak diketahui (tegangan atau
arus) (E = IR atau I = E / R).
Langkah 7: Ulangi langkah 5 dan 6 sampai semua nilai untuk tegangan dan arus diketahui
dalam konfigurasi sirkuit asli. Pada dasarnya, Anda akan melanjutkan langkah-demi-
langkah dari versi sederhana dari rangkaian kembali ke bentuk aslinya, kompleks,
memasukkan nilai tegangan dan arus jika perlu sampai semua nilai tegangan dan arus
diketahui.
Langkah 8: dissipations daya Hitung dari tegangan yang dikenal, arus, dan / atau nilai-
nilai perlawanan.
Bangunan rangkaian resistor seri-paralel
Sekali lagi, ketika membangun baterai / resistor sirkuit, mahasiswa atau hobi dihadapkan dengan
berbagai modus konstruksi. Mungkin yang paling populer adalah papan tempat memotong roti
solderless: platform untuk membangun sirkuit sementara dengan cara menghubungkannya
komponen dan kabel ke dalam grid titik saling berhubungan. Papan tempat memotong roti
Sebuah tampaknya hanyalah bingkai plastik dengan ratusan lubang kecil di dalamnya. Di bawah
setiap lubang, meskipun, adalah klip pegas yang menghubungkan ke klip musim semi lainnya di
bawah lubang lainnya. Pola hubungan antara lubang adalah sederhana dan seragam:
Misalkan kita ingin membangun rangkaian kombinasi seri-paralel berikut di papan tempat
memotong roti:
Cara yang disarankan untuk melakukannya pada papan tempat memotong roti akan menyusun
resistor di sekitar pola yang sama seperti yang terlihat dalam skema, untuk kemudahan
sehubungan dengan skema. Jika 24 volt diperlukan dan kami hanya memiliki baterai 6 volt
tersedia, empat dapat dihubungkan dalam seri untuk mencapai efek yang sama:
Hal ini tidak berarti satu-satunya cara untuk terhubung ini empat resistor bersama untuk
membentuk rangkaian ditampilkan dalam skema. Pertimbangkan alternatif layout ini:
Jika permanen yang lebih besar yang diinginkan tanpa menggunakan solder atau pembungkus
kawat-, orang bisa memilih untuk membangun sirkuit ini pada strip terminal (juga disebut strip
penghalang, atau terminal blok). Dalam metode ini, komponen dan kabel dijamin oleh
ketegangan mekanik bawah sekrup atau klip berat yang melekat pada batang logam kecil. Bar
logam, pada gilirannya, sudah terpasang pada tubuh nonconducting untuk menjaga mereka
isolasi dari satu sama lain.
Membangun sirkuit dengan komponen aman ke strip terminal tidak semudah plugging
komponen ke dalam papan tempat memotong roti, terutama karena komponen tidak dapat secara
fisik ditata menyerupai tata letak skema. Sebaliknya, pembangun harus memahami bagaimana
untuk "membungkuk" representasi skematik ke dalam layout dunia nyata strip. Pertimbangkan
satu contoh bagaimana rangkaian empat-resistor yang sama dapat dibangun pada strip terminal:
Lain tata letak terminal strip, sederhana untuk memahami dan berhubungan dengan skema,
melibatkan anchoring resistor paralel (R 1 / / R 2 dan R 3 / / R 4) ke terminal yang sama titik dua di
strip seperti ini:
Membangun sirkuit yang lebih kompleks pada strip terminal melibatkan ruang-penalaran
keterampilan yang sama, tapi tentu saja membutuhkan perawatan yang lebih besar dan
perencanaan. Ambil contoh sirkuit ini kompleks, diwakili dalam bentuk skema:
Terminal strip yang digunakan dalam contoh sebelumnya hampir tidak memiliki terminal yang
cukup untuk me-mount semua tujuh resistor yang diperlukan untuk rangkaian ini. Ini akan
menjadi tantangan untuk menentukan semua sambungan kabel yang diperlukan antara resistor,
tetapi dengan kesabaran itu bisa dilakukan. Pertama, mulailah dengan menginstal dan pelabelan
semua resistor pada strip. Diagram skematik yang asli akan ditampilkan di sebelah sirkuit
terminal strip untuk referensi:
Selanjutnya, mulai menghubungkan komponen bersama-sama kawat dengan kawat seperti
terlihat pada skema. Over-menarik menghubungkan garis dalam skema untuk menunjukkan
penyelesaian di sirkuit yang sebenarnya. Watch this urutan ilustrasi karena setiap kawat individu
diidentifikasi dalam skema, kemudian ditambahkan ke rangkaian nyata:
Meskipun ada variasi kecil mungkin dengan rangkaian ini terminal strip, pilihan koneksi
ditampilkan dalam urutan ini contohnya adalah baik elektrik akurat (elektrik identik dengan
diagram skematik) dan membawa manfaat tambahan tidak membebani apapun terminal satu
sekrup pada strip dengan lebih dari dua kawat berakhir, sebuah praktek yang baik dalam setiap
sirkuit terminal strip.
Contoh dari sebuah varian "kawat sambungan" mungkin yang terakhir kawat sangat ditambahkan
(langkah 11), yang saya ditempatkan di antara terminal kiri R 2 dan terminal kiri R 3. Ini kawat
terakhir yang selesai hubungan paralel antara R 2 dan R 3 di sirkuit. Namun, aku bisa telah
menempatkan kawat ini bukan antara terminal kiri R 2 dan terminal kanan R 1, sejak terminal
kanan R 1 sudah terhubung ke terminal kiri R 3 (yang telah ditempatkan di sana dalam langkah 9)
dan begitu juga elektrik sama dengan titik satu. Melakukan hal ini, meskipun, akan
mengakibatkan tiga kabel dijamin ke terminal kanan R 1 bukan dua, yang merupakan pax palsu
di strip etiket terminal. Apakah sirkuit telah bekerja dengan cara ini? Hanya saja lebih dari dua
kabel dijamin di terminal tunggal membuat untuk koneksi "berantakan": salah satu yang estetis
unpleasing dan dapat menempatkan stres yang tidak semestinya pada terminal sekrup.
Variasi lainnya adalah dengan membalikkan koneksi terminal untuk resistor R 7. Seperti yang
ditunjukkan dalam diagram terakhir, polaritas tegangan pada R 7 adalah negatif pada positif di
sebelah kanan dan kiri (-, +), sedangkan semua polaritas resistor lainnya positif di sebelah kiri
dan negatif di sebelah kanan (+, -) :
Meskipun hal ini tidak menimbulkan masalah listrik, mungkin menimbulkan kebingungan bagi
siapa saja mengukur resistor tetes tegangan dengan voltmeter, terutama voltmeter analog yang
akan "pasak" downscale ketika mengalami tegangan polaritas yang salah. Demi konsistensi,
mungkin bijaksana untuk mengatur semua koneksi kawat sehingga semua polaritas tegangan
drop resistor adalah sama, seperti ini:
Meskipun elektron tidak peduli tentang konsistensi tersebut dalam tata letak komponen, orang.
Ini menggambarkan sebuah aspek penting dari setiap usaha rekayasa: faktor manusia. Setiap kali
desain dapat dimodifikasi untuk pemahaman lebih mudah dan / atau perawatan lebih mudah -
tanpa mengorbankan kinerja fungsional - harus melakukannya.
4. Kesimpulan
1. DC adalah singkatan dari "Direct Current," yang berarti tegangan atau arus yang konstan
atau mempertahankan polaritas arah, masing-masing, dari waktu ke waktu.
2. AC adalah singkatan dari "Alternating Current," yang berarti polaritas tegangan atau arus
yang berubah atau arah, masing-masing, dari waktu ke waktu.
3. Generator AC elektromekanis, yang dikenal sebagai alternator, adalah konstruksi
sederhana dari elektromekanis generator DC. .
4. Frekuensi adalah jumlah siklus lengkap yang gelombang selesai dalam jumlah waktu
tertentu. Biasanya diukur dalam Hertz (Hz), 1 Hz yang sama dengan satu siklus
gelombang lengkap per detik. Frekuensi = 1 / (waktu dalam detik)
5. Amplitudo dari gelombang AC adalah tingginya seperti yang digambarkan pada grafik
dari waktu ke waktu. Sebuah pengukuran amplitudo dapat mengambil bentuk puncak,
puncak ke puncak, rata-rata, atau kuantitas RMS.
6. obligasi ionik serikat molekul terbentuk ketika sebuah atom yang kekurangan elektron
(ion positif) bergabung dengan atom elektron-berlebihan (ion negatif).
7. Reaksi elektrokimia melibatkan perpindahan elektron antara atom-atom. Transfer ini
dapat dimanfaatkan untuk membentuk sebuah arus listrik.
8. Sebuah sel adalah perangkat dibangun untuk memanfaatkan reaksi kimia untuk
menghasilkan listrik seperti saat ini.
9. Sebuah sel primer tidak bisa dibilang diisi.
10. Baterai adalah sekelompok sel terhubung bersama untuk tegangan yang lebih besar dan /
atau kapasitas saat ini.
11. Komponen yang ada pada rangkaian paralel tegangan yang sama: E Total = E 1 = E 2
=. . . . . E n E n
12. Total resistance in a parallel circuit is less than any of the individual resistances: R Total =
1 / (1/R 1 + 1/R 2 + . . . 1/R n ) Total resistensi sirkuit paralel kurang dari salah satu
resistensi individu: R Total = 1 / (1 / R 1 + 1 / 2 R + n / R... 1)
13. Arus total dalam rangkaian paralel adalah sama dengan jumlah arus cabang individu: I
Jumlah = I 1 + I 2 +. . . . . I n .
DAFTAR PUSTAKA
http://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&sl=en&tl=id&u=http://
www.allaboutcircuits.com/vol_1/chpt_11/
index.html&rurl=translate.google.co.id&usg=ALkJrhhC_V3jI8B4gCE7tRP0Y3Ju42BtnQ
( diakses pada 23 Oktober 2010 )
http://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&sl=en&tl=id&u=http://
www.allaboutcircuits.com/vol_1/chpt_5/
index.html&rurl=translate.google.co.id&usg=ALkJrhgE35vYWGZpnHXmbgRLIZfTd5qfc
g ( diakses pada 23 Oktober 2010 )
http://translate.google.co.id/translate?hl=id&langpair=en|id&u=http://en.wikipedia.org/wiki/
Alternating_current ( diakses pada 23 Oktober 2010 )
http://translate.google.co.id/translate?hl=id&sl=en&tl=id&u=http%3A%2F
%2Fwww.allaboutcircuits.com%2Fvol_2%2Fchpt_1%2F1.html ( diakses pada 23 Oktober
2010 )
http://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&sl=en&tl=id&u=http://
www.allaboutcircuits.com/vol_1/chpt_7/
index.html&rurl=translate.google.co.id&usg=ALkJrhh0G0cdLuRuuX0esIma4VsUETN6c
A ( diakses 23 Oktober 2010 )