Praktikum Virtual Karakteristik I–V: Resistor, Lampu, Dioda

Praktikum virtual karakteristik I–V ini sesuai dengan praktikum wajib AQA GCSE Physics tentang grafik arus terhadap beda potensial untuk resistor, lampu pijar, dan dioda. Siswa mengatur sumber tegangan searah yang dapat diubah, membaca voltmeter yang dipasang pada komponen dan amperemeter yang dirangkai seri dengannya, lalu mencatat bacaan ke dua arah. Satu jam pelajaran menghasilkan tiga bentuk grafik dari bacaan siswa sendiri: garis lurus, kurva yang makin landai, dan dioda yang mulai menghantar ke satu arah di dekat 0,6 V.

Keterkaitan dengan kurikulum

• AQA GCSE Physics (8463) 4.2.1.4 (resistor) dan praktikum wajib 4: mengukur bagaimana arus berubah terhadap beda potensial untuk lampu pijar, dioda, dan resistor pada suhu konstan. Dalam Combined Science: Trilogy, materi yang sama adalah 6.2.1.4.

Simulic tidak berafiliasi dengan AQA dan tidak didukung oleh AQA.

Sebelum praktikum (5 menit)

Minta siswa menetapkan prediksi, di kertas atau sebagai pertanyaan 1 pada tautan kelas:

"Anda menaikkan beda potensial pada lampu pijar dari 0 sampai 6 V dan memplot I terhadap V. Seperti apa bentuk grafiknya?"

Perkirakan banyak siswa menggambar garis lurus, karena "itu hukum Ohm".

Langkah kerja dalam simulasi

Untuk setiap bacaan: tutup sakelar S, tunggu sampai meter stabil, tekan Catat bacaan, lalu tekan Buka sakelar S sebelum mengubah sumber. Sumber E adalah pengaturan catu daya; voltmeter menunjukkan beda potensial V pada komponen, yang sedikit lebih kecil.

1. Resistor. Pilih Resistor tetap dan atur Hambatan R ke 47 Ω. Catat bacaan pada Sumber E = 1,0, 2,0, 3,0, 4,0, 5,0, dan 6,0 V (penggeser atau tombol − / +).
2. Tekan Balik sumber dan ulangi untuk mendapat bacaan negatif.
3. Lampu pijar. Pilih Lampu pijar (6 V – 0,3 A) dan ulangi langkah 1 dan 2. Jangan melebihi tegangan nominalnya, 6 V.
4. Dioda. Pilih Dioda silikon dengan Resistor pelindung 330 Ω. Catat bacaan pada E = 0,5, 1,0, 2,0, 3,0, 4,0, dan 6,0 V, lalu centang Perbesar di sekitar titik asal. Kemudian balik sumber pada 3,0 V.
5. Ketuk titik mana pun untuk melihat R = V/I. Centang Tampilkan kurva acuan untuk membandingkan titik-titik Anda dengan model.

Sumber E (V)	1,0	2,0	3,0	4,0	5,0	6,0
V pada lampu (V)
I (mA)
R = V/I (Ω)

Hasil yang diharapkan

Semua bacaan berasal dari simulasi. Setiap meter memiliki galat acak kecil, jadi angka terakhir dapat berbeda 1.

Lampu pijar:

Sumber E (V)	1,0	2,0	3,0	4,0	5,0	6,0
V (V)	0,92	1,89	2,87	3,86	4,84	5,82
I (mA)	138,0	177,2	211	242	270	296
R (Ω)	6,6	10,7	13,6	15,9	17,9	19,7

Kurvanya makin landai dan R menjadi tiga kali lipat antara 1 V dan 6 V. Bacaan dengan sumber dibalik mencerminkan nilai-nilai ini melalui titik asal.

• Resistor (47 Ω): pada E = 6,0 V meter menunjukkan 5,92 V dan 125,7 mA, jadi R = 47,1 Ω. Semua titik berada pada garis lurus melalui titik asal. Jika sakelar S dibiarkan tertutup selama satu menit pada 6 V, resistor menghangat sampai sekitar 56 °C dan R bergeser ke sekitar 48,7 Ω.
• Dioda silikon (330 Ω): 0,44 V dan 0,19 mA pada E = 0,5 V; 0,53 V dan 1,41 mA pada 1,0 V; 0,61 V dan 7,2 mA pada 3,0 V; 0,65 V dan 16,2 mA pada 6,0 V. Arus naik tajam sementara V hampir tidak berubah. Dibalik pada 3,0 V: −3,00 V dan 0,00 mA.
• LED merah (330 Ω): 1,80 V dan 3,6 mA pada E = 3,0 V. LED mulai menghantar di dekat 1,7 V, bukan sekitar 0,5 V.

Pertanyaan untuk siswa

1. (Prediksi, ditanyakan lagi setelah praktikum) Seperti apa bentuk grafik I–V lampu pijar dari 0 sampai 6 V?
2. Agar resistor tetap memberi garis lurus melalui titik asal, variabel mana yang harus dijaga konstan?
3. Dengan dioda silikon, resistor pelindung 330 Ω, dan E = 3,0 V, berapa bacaan voltmeter?
4. Untuk lampu, hitung R = V/I pada E = 1,0 V dan pada E = 6,0 V. Berapa kali lebih besar R pada 6,0 V?
5. Jelaskan mengapa hambatan lampu pijar naik ketika beda potensial padanya bertambah.

Jawaban untuk guru: (1) Kurva melalui titik asal yang makin landai. (2) Suhu resistor. (3) 0,61 V (terima 0,59–0,63). (4) Sekitar 6,6 Ω dan 19,7 Ω, jadi sekitar 3,0 kali (terima 2,8–3,1). (5) Arus yang lebih besar memanaskan filamen lebih kuat. Ion-ion logam bergetar lebih kuat, elektron lebih sering bertumbukan dengannya, dan hambatannya naik.

Miskonsepsi umum

• "Setiap komponen mematuhi hukum Ohm." Hanya resistor pada suhu konstan. R lampu berubah dari 6,6 Ω menjadi 19,7 Ω dalam satu percobaan.
• "Membalik sumber hanya membuat arus menjadi negatif." Benar untuk resistor dan lampu. Dioda menunjukkan 0,00 mA pada −3,00 V: R = V/I-nya sekitar 84 Ω ke arah maju pada E = 3,0 V dan hampir tak terhingga pada arah balik.

Pengayaan

• Mengapa perlu resistor pelindung? Atur resistor pelindung ke Tidak ada dan naikkan E dengan langkah 0,1 V. Arusnya 5,5 mA pada E = 0,6 V dan 311 mA pada 1,0 V, dan dioda rusak begitu arus melewati 1 A (di dekat E = 1,6 V). Dengan 330 Ω pada 6 V, siswa dapat menghitung arus yang aman: (6 − 0,65) ÷ 330 ≈ 16 mA.
• Resistor panas. Atur R = 10 Ω dan E = 12 V lalu biarkan sakelar tertutup. Label suhu naik dan arus turun sampai resistor terbakar. Kaitkan dengan P = VI.

Pertanyaan umum

Mengapa voltmeter menunjukkan nilai lebih kecil daripada pengaturan sumber?

Sumber dan amperemeter memiliki hambatan dalam 0,6 Ω, dan dengan dioda sebagian besar E berada pada resistor pelindung. Plot bacaan voltmeter, bukan E.

Mengapa bacaan dioda begitu berdekatan?

Begitu dioda silikon menghantar, perubahan kecil V memberi perubahan besar I. Tambahkan bacaan antara E = 0,5 dan 2,0 V dan perbesar untuk melihat lengkungannya.

Apakah ini menggantikan praktikum nyata?

Tidak untuk AQA: praktikum wajib tetap harus dikerjakan langsung. Pakai simulasi untuk merencanakan, berlatih, atau menganalisis hasil. Lihat laboratorium virtual vs laboratorium fisik.

Simulasi dan panduan terkait

Hukum Ohm – tegangan, kuat arus, dan hambatan Rangkaian Penyearah Dioda

Untuk pelajaran sebelum praktikum ini, lihat RPP hukum Ohm. Untuk ide lain, lihat ide pelajaran fisika interaktif.