Saya menyibak pengetahuan elektronik sekolah menengah saya dan saya memutuskan untuk bereksperimen dengan pompa acquarium kecil yang saya miliki. Saya mengambil beberapa pengukuran dengan multimeter dan hasilnya membingungkan saya tanpa akhir. Pembacaan tampaknya tidak sesuai dengan hukum Ohm, undian saat ini tampaknya berbeda, dll, dan sekarang saya bingung.
Saya memiliki pompa kecil ini terhubung hingga dua baterai AA. Menurut lembar data (jarang), ini dinilai untuk 3V dan menarik arus "<460mA". Menggunakan multimeter untuk membaca tegangan baterai (dengan tidak ada yang terhubung) saya mendapat 3.18V, yang masuk akal karena mereka adalah baterai AA baru. Saya kemudian memutuskan untuk menghubungkan pompa dan membaca tegangan pada dua konektor pada pompa. Ini membaca 2.9V, yang mengejutkan bagi saya karena ternyata 0.28V telah menghilang. Kabel dari baterai ke pompa sama-sama hanya beberapa sentimeter panjangnya, jadi sepertinya ada banyak tegangan yang hilang pada kabel pendek seperti itu. Saya kemudian memasukkan multimeter ke dalam rangkaian dan mengukur 0.19A. Akhirnya, saya mengukur resistansi pompa, yaitu 3,5 Ohm.
Sekarang, menurut hukum Ohm, U = I * R, jadi 0.19A * 3.5 Ohm = 0.665V. Jauh dari 3.18V atau bahkan 2.9VI yang diukur pada pompa. Bagaimana ini mungkin?
Mencoba sesuatu yang lain, saya menghubungkan pompa ke konektor molex 5V dari catu daya PC lama. Mengukur tegangan pada konektor molex, saya mendapatkan 5.04V. Mengukur pada konektor pompa, saya mendapatkan 4.92V. Memasukkan multimeter ke sirkuit, tiba-tiba saya membaca 0.28A. Jadi ternyata, pompa tiba-tiba menarik 200mA lebih banyak daripada sebelumnya, yang terasa aneh: bukankah komponen seharusnya hanya menggambar arus yang dibutuhkannya? Melemparkan angka-angka ini dalam hukum Ohm membuat saya 4,92 / 0,28 = 17,575. Juga bukan 3,5 Ohm yang saya ukur.
Akhirnya, saya memutuskan untuk menambahkan beberapa resistor untuk menjatuhkan 5V dari molex ke sekitar 3V. Saya menambahkan beberapa resistor 1 Ohm secara seri yang menghasilkan resistansi terukur sebesar 4,3 Ohm. Sekarang, jika saya memasukkan multimeter ke sirkuit saya mendapatkan 0.24A, sekali lagi arus yang berbeda. Mengukur tegangan di resistor saya dapatkan 0.98V, dan mengukur di pompa saya mendapatkan 3.93V. 0.24A * 4.3 Ohms = 1.032V, yang bukan 0.98VI diukur.
Saya tampaknya kehilangan sesuatu yang mendasar tentang sirkuit atau hukum Ohm, tetapi saya tidak bisa mengetahuinya. Saya mempertimbangkan fakta bahwa resistansi pompa berubah ketika terhubung, tetapi kemudian masih tidak masuk akal bahwa nilai yang saya ukur pada resistor juga tidak mengikuti hukum Ohm. Apa yang saya lewatkan?
sumber
Jawaban:
Seperti yang Anda temukan, motor listrik tidak dimodelkan dengan baik sebagai resistor, dan karena itu tidak mematuhi hukum Ohm.
Model yang lebih baik untuk motor listrik DC adalah ada beberapa hambatan dalam seri dengan sumber tegangan variabel.
Selain itu, baterai memiliki beberapa hambatan internal, yang dapat dimodelkan sebagai resistor seri *. Catu daya PC juga dapat menggunakan model yang sama, tetapi resistansi seri cenderung lebih kecil. Sistem kemudian terlihat seperti:
mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab
Kami dapat menjelaskan mengapa pada kasus pertama tegangan terukur Anda kurang dari tegangan baterai tanpa beban karena kami memiliki pembagi tegangan. Melakukan matematika,
Anda diukur , saya = 0,19 A , dan V + = 2,9 V , sehingga V e m f = 2.24 V dan R s = 1,47 Ω .Rm= 3,5 Ω saya= 0,19 A V+= 2,9 V Ve m f= 2.24 V Rs= 1,47 Ω
Dalam kasus kedua, dan I = 0,28 A . Dengan demikian: V e m f = 3.94 V dan R s = 0.43 Ω .V+= 4.92 V saya= 0,28 A Ve m f= 3.94 V Rs= 0,43 Ω
Perhatikan bahwa berbeda antara keduanya. Hal ini karena V e m f kira-kira berbanding lurus dengan seberapa cepat motor berputar. Anda seharusnya mengamati motor berputar lebih cepat saat dihubungkan ke catu 5V.Ve m f Ve m f
Selain itu, bagaimana multi-meter mengukur arus dengan memperkenalkan resistansi shunt seri dan mengukur tegangan pada resistor ini. Ini semakin memperumit analisis, sehingga arus dan tegangan beban yang diukur tidak benar-benar berkorelasi. Lebih sulit untuk melakukan analisis ini, tetapi dimungkinkan jika Anda mengetahui rangkaian shunt resistance. Ini kadang-kadang dikutip sebagai "voltase beban" pada arus uji terukur dan Anda dapat menggunakan hukum Ohm untuk memulihkan resistensi shunt.
Jika Anda mengatur meter ke rentang arus terbesar, ini akan menggunakan hambatan shunt terkecil, Anda dapat meminimalkan dampak memiliki meter secara seri dengan biaya kehilangan sedikit keakuratan.
* catatan: Baterai tidak memiliki resistansi internal yang konstan, tetapi ini adalah perkiraan yang masuk akal. Itu tergantung pada satu ton faktor termasuk tetapi tidak terbatas pada energi yang disimpan, suhu, dan beban.
sumber
Vemf
adalah motor yang bertindak sebagai generator listrik: setiap motor listrik juga merupakan generator listrik.Vemf
di motor listrik diproduksi berlawanan dengan tegangan yang diterapkan di motor, dan sebanding dengan kecepatan motor. Inilah sebabnya mengapa menunda motor tidak baik untuk motor:,Vemf = 0
dan Anda pada dasarnya memaksimalkan arus melalui motor, yang dapat menyebabkan kerusakan termal (alias terlalu panas).Vemf
Jawaban Helloworld922 benar dan cukup baik, tetapi saya pikir itu mungkin membantu Anda untuk langsung menjawab pertanyaan Anda satu per satu.
Baterai (dan beberapa sumber tegangan lainnya) dapat menghasilkan tegangan yang lebih tinggi dari biasanya jika tidak ada beban yang terhubung. Tegangan nominal baterai AA adalah 1,5V, jadi pengukuran kedua Anda sebenarnya lebih dekat dengan nominal. Mengutip Wikipedia : "Tegangan nol-beban efektif baterai alkaline yang tidak dikeluarkan bervariasi dari 1,50 hingga 1,65 V, tergantung pada kemurnian mangan dioksida yang digunakan dan isi seng oksida dalam elektrolit. Tegangan rata-rata di bawah beban tergantung pada level debit dan jumlah arus yang ditarik, bervariasi dari 1.1 hingga 1.3 V. " Penurunan tegangan di kabel Anda harus mendekati nol.
Jawaban HelloWorld922 mencakup ini. Ada dua hal penting yang perlu dipahami di sini. Pertama, motor bukan resistor, meskipun kabelnya memang memiliki hambatan. Kedua, motor menghasilkan tegangan saat dinyalakan, yang disebut back-EMF. Bagian belakang-EMF menentang arus motor. Anda mengharapkan pompa untuk mengkonsumsi:
Arus ini disebut arus kios, dan itulah yang Anda harapkan jika pompa macet. Dalam hal ini, satu-satunya beban pada baterai adalah ketahanan kabel pompa. Ketika pompa bergerak, Anda harus mempertimbangkan kembali-EMF. Arus juga tidak akan konstan.
Tidak. Ini berlaku untuk beberapa perangkat elektronik berbasis transistor, tetapi tidak semua komponen. (Transistor dapat bertindak kira-kira seperti wastafel arus konstan.)
Multimeter benar-benar memengaruhi sirkuit yang terhubung dengannya. Anda harus memeriksa spesifikasi untuk melakukan perhitungan yang tepat. Secara intuitif, meteran bertindak sebagai resistor secara paralel dengan 4,3 ohm Anda. Ini mengurangi hambatan total, yang mengurangi penurunan tegangan. (Lagipula itu tebakan saya - seperti yang saya katakan, itu tergantung pada meteran.)
Hukum Ohm bukanlah hukum absolut dari rangkaian listrik. Ini adalah properti dari bahan tertentu, yang disebut bahan Ohmic. Sangat sedikit perangkat nyata yang dapat dimodelkan sebagai resistor sederhana, bahkan dalam keadaan normal! (Pada frekuensi tinggi, bahkan resistor (fisik) berhenti menjadi resistor (teori rangkaian), tapi saya akan berikan detail itu untuk Anda saat ini. :-))
Aturan yang dapat Anda andalkan di dalam rangkaian listrik (frekuensi rendah) adalah:
Yang lainnya adalah pemodelan. Jika Anda ingin memprediksi perilaku suatu rangkaian, Anda memerlukan model yang bagus untuk komponen Anda. Dan seperti yang dikatakan semua orang, resistor bukanlah model yang baik untuk pompa.
sumber
Pertimbangkan apa yang akan terjadi seandainya tidak demikian. Bagaimana jika Anda dapat menghubungkan beban ke baterai dan tegangan tidak berubah? Bagaimana jika beban itu hanya kawat?
mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab
Dalam praktiknya kabel memiliki beberapa perlawanan, jadi kita tidak benar-benar akhirnya menciptakan singularitas yang mengakhiri semesta. Bagaimana jika kawatnya cukup pendek dan gemuk, dan memiliki ketahanan 0,0001Ω?
Wow, itu banyak arus. Saya berharap kawat itu menguap dalam sekejap.
Tentu saja ini bukan yang sebenarnya terjadi. Baterai asli memiliki resistansi internal , yang merupakan jumlah resistansi nyata dari bagian logamnya, dan konduktivitas elektrolit yang terbatas di dalamnya, dan sifat kimia yang membatasi laju reaksi yang terjadi pada baterai yang membuat mereka dapat memompa muatan listrik.
Kita dapat menghitung apa resistansi internal ini, kira-kira. Kita tahu bahwa pada 0A, tegangan pada baterai adalah 3,18V. Dan kita tahu bahwa dengan pompa Anda mengukur 2,9V dan 0,19A. Begitu:
mensimulasikan rangkaian ini
Kita tahu bahwa arus sama di mana-mana dalam rangkaian seri, harus ada 0,19A yang mengalir melalui resistor. Dan kita perlu menghitung nilai resistor itu sehingga tegangan yang melewatinya adalah "hilang" 0,28V. Ini adalah aplikasi untuk hukum Ohm:
Ini bukan aplikasi untuk hukum Ohm. Hukum Ohm hanya berlaku untuk resistor. Itu tidak berlaku untuk:
Seandainya saat ini selalu sama dengan tegangan dikalikan dengan perlawanan, kita akan benar-benar terbatas dalam jenis elektronik yang bisa kita buat! Kami hanya dapat membuat sirkuit linier , yang berarti kami tidak dapat memiliki komputer atau radio, misalnya.
sumber
Motor bukan resistensi ohmik. Ada induktor dan medan magnet yang berperan, yang mengubah tahanan semu (impedansi) di luar apa yang Anda ukur dengan multimeter Anda.
sumber
Setiap baterai memiliki hambatan internal yang menjatuhkan tegangan di atasnya. Itulah sebabnya Anda melihat perbedaan ini (3,18V ke 2,9V). Anda tidak dapat bergantung pada ketahanan motor. Ini akan bervariasi dengan banyak faktor.
sumber
Hukum Ohm sebenarnya bukan hukum sebanyak konsekuensi dari termo statistik dan properti material yang diberikan kondisi tertentu.
Untuk menambahkan sedikit ke @ helloworld992, penarikan motor saat ini tergantung pada beban di atasnya. Ini karena Vemf tergantung pada kecepatan rotasi.
Jika motor benar-benar lossless, itu tidak akan menarik arus (dan karena itu kekuatan) begitu sampai kecepatan.
Sebaliknya, jika Anda mematikan motor, Anda akan membuat korsleting dengan arus yang dibatasi hanya oleh hambatan internal dari baterai, kabel, dll.
sumber