Tegangan dalam Rangkaian Seri & Paralel Panduan

FisikaPemulaWaktu baca: 3 menit

Ikhtisar

Tegangan adalah perbedaan potensial listrik antara dua titik dalam suatu rangkaian. Hubungan antara tegangan individu dan tegangan total berbeda secara signifikan tergantung pada metode koneksi. Eksperimen ini menggunakan voltmeter waktu nyata untuk membantu Anda mengeksplorasi efek pembagian tegangan dalam rangkaian seri dan karakteristik tegangan sama dalam rangkaian paralel.

Latar Belakang

Pada tahun 1845, fisikawan Jerman Gustav Kirchhoff, pada usia 21 tahun, merumuskan Hukum Tegangan Kirchhoff (KVL) yang terkenal: jumlah aljabar kenaikan dan penurunan tegangan dalam setiap loop tertutup adalah nol. Hukum ini meletakkan dasar teoritis untuk pembagian tegangan dalam rangkaian seri dan kesetaraan tegangan dalam rangkaian paralel. Di era telegrafi, para insinyur menggunakan prinsip pembagi tegangan seri untuk transmisi sinyal jarak jauh dan properti tegangan sama paralel untuk memastikan tegangan stabil bagi setiap node. Saat ini, hukum-hukum ini tetap menjadi landasan desain sirkuit elektronik.

Konsep Utama

Tegangan Terminal

U

Tegangan melintasi sumber daya atau komponen rangkaian. Dalam simulasi, tegangan total dikontrol langsung oleh slider tegangan catu daya.

Pembagian Tegangan

U_n \propto R_n

Dalam rangkaian seri, tegangan total didistribusikan di antara resistor. Semakin besar resistansi, semakin besar bagian tegangan yang diterimanya.

Tegangan Sama

U_1 = U_2 = U

Dalam rangkaian paralel, tegangan melintasi setiap cabang adalah sama dan juga sama dengan tegangan total.

Formula & Penurunan

Hukum Tegangan Seri

U = U_1 + U_2

Dalam rangkaian seri, tegangan total sama dengan jumlah tegangan individu. Energi menurun selangkah demi selangkah saat melewati setiap resistor.

Hukum Tegangan Paralel

U = U_1 = U_2

Dalam rangkaian paralel, tegangan melintasi setiap cabang adalah sama dan sama dengan tegangan catu daya.

Langkah Eksperimen

1
Siapkan Rangkaian Seri
Pilih 'Rangkaian Seri' pada panel. Awalnya, kedua resistor adalah $10\Omega$ . Anda dapat menyesuaikan $R_2$ menjadi $20\Omega$ atau nilai lainnya. Tutup sakelar dan amati pembacaan ketiga voltmeter $U$ , $U_1$ , dan $U_2$ . Apakah $U_1$ dan $U_2$ berjumlah $U$ ?
2
Jelajahi Efek Resistansi
Dalam mode seri, coba ubah resistansi $R_1$ atau $R_2$ . Anda akan menemukan: bagian dengan resistansi lebih besar memiliki pembacaan voltmeter ____? Ini menunjukkan bahwa rangkaian seri mendistribusikan tegangan sebanding dengan resistansi.
3
Beralih ke Rangkaian Paralel
Ubah rangkaian menjadi 'Rangkaian Paralel'. Amati pembacaan voltmeter melintasi $R_1$ dan $R_2$ . Bahkan jika nilai resistansi kedua cabang diatur berbeda, apakah tegangan mereka tetap konsisten?
4
Ubah Tegangan Total
Sesuaikan slider tegangan catu daya. Amati bagaimana tegangan melintasi setiap cabang dalam rangkaian paralel berubah dengan tegangan total. Pikirkan: Apa hubungan antara tegangan cabang dan tegangan catu daya?

Hasil Pembelajaran

Memahami hubungan aditif tegangan total dan tegangan komponen dalam rangkaian seri
Menguasai karakteristik fisik bahwa tegangan melintasi cabang paralel adalah sama
Mampu memprediksi nilai tegangan seri berdasarkan rasio resistansi
Belajar menggunakan voltmeter virtual untuk mengukur perbedaan potensial dalam rangkaian

Aplikasi Nyata

Sirkuit Pembagi Tegangan: Perangkat elektronik sering menggunakan dua resistor secara seri untuk mendapatkan tegangan referensi yang lebih rendah
Soket Rumah: Semua peralatan dihubungkan secara paralel ke sumber daya 220V (atau 110V) untuk memastikan masing-masing menerima tegangan pengenalnya
Ekstensi Rentang Voltmeter: Resistor besar dihubungkan secara seri dengan kepala meteran untuk memungkinkannya mengukur tegangan yang lebih tinggi

Kesalahpahaman Umum

Salah

Dalam rangkaian seri, tegangan melintasi semua resistor harus sama

Benar

Salah. Tegangan dibagi rata hanya jika resistor seri sama. Resistansi yang berbeda menghasilkan distribusi tegangan yang berbeda.

Salah

Dalam rangkaian paralel, cabang dengan resistansi lebih besar memiliki tegangan lebih besar

Benar

Salah. Tegangan melintasi cabang paralel persis sama, terlepas dari resistansi. Resistansi hanya mempengaruhi arus pada cabang itu.

Bacaan Lebih Lanjut

Siap untuk memulai?

Sekarang setelah Anda memahami dasar-dasarnya, mulailah eksperimen interaktif!

Mulai Eksperimen Mulai Kuis