Memahami cara kerja arus listrik adalah fundamental dalam elektronika. Salah satu alat ukur paling penting adalah amperemeter, yang berfungsi untuk mengukur kuat arus listrik (Ampere). Meskipun alat digital modern sangat akurat, memahami prinsip dasar bagaimana amperemeter dibuat, sering kali menggunakan prinsip galvanometer, memberikan wawasan mendalam tentang elektromagnetisme.
Pada dasarnya, amperemeter modern bekerja berdasarkan efek elektromagnetik, di mana arus listrik yang melewati kumparan akan menghasilkan medan magnet yang berinteraksi dengan magnet permanen, menyebabkan jarum penunjuk bergerak. Untuk tujuan demonstrasi atau proyek edukatif, kita bisa meniru prinsip ini dalam bentuk yang sangat disederhanakan.
Inti dari amperemeter adalah galvanometer. Galvanometer adalah instrumen sensitif yang mendeteksi dan mengukur arus listrik kecil. Ketika arus mengalir melalui kumparan kawat yang ditempatkan dalam medan magnet, gaya Lorentz akan bekerja pada kawat tersebut, menghasilkan torsi yang memutar kumparan. Besarnya torsi ini berbanding lurus dengan kuat arus yang mengalir.
Untuk mengubah galvanometer menjadi amperemeter yang mampu mengukur rentang arus yang lebih besar, diperlukan penyesuaian melalui penambahan komponen yang disebut resistor shunt. Resistor shunt ini dihubungkan secara paralel dengan kumparan galvanometer.
Membuat amperemeter yang akurat memerlukan komponen presisi. Namun, untuk tujuan pemahaman konsep, kita fokus pada bagaimana galvanometer (sebagai inti) dihubungkan dengan resistor shunt.
Diagram Konseptual: Arus Total (I) dibagi menjadi arus melalui Galvanometer (Ig) dan arus Shunt (Is).
Fungsi utama resistor shunt ($\text{R}_\text{s}$) adalah untuk memintas (bypass) sebagian besar arus listrik agar tidak melewati kumparan galvanometer yang sangat sensitif. Jika seluruh arus yang ingin diukur melewati kumparan, jarum akan langsung rusak atau "mentok" pada batas ukur.
Karena galvanometer dan resistor shunt dihubungkan secara paralel, tegangan ($\text{V}$) melintasi keduanya harus sama. Jika kita tahu tegangan maksimum yang dapat ditangani galvanometer ($\text{V}_{\text{g\_max}}$) dan arus maksimum yang kita inginkan ($\text{I}_{\text{total\_max}}$), kita dapat menghitung nilai $\text{R}_{\text{s}}$:
Setelah nilai shunt ditentukan berdasarkan spesifikasi galvanometer Anda (yang biasanya memberikan nilai $\text{I}_{\text{g\_max}}$ dan resistansi internal $\text{R}_{\text{g}}$), Anda dapat mengkalibrasi skala. Jika galvanometer Anda hanya mampu membaca hingga 50 µA (mikroampere), dan Anda ingin membuat alat ukur yang mampu membaca hingga 1 Ampere, maka rasio pembagian arus sangat besar.
Dengan menggunakan perhitungan shunt yang tepat, Anda dapat memastikan bahwa ketika arus total 1 Ampere mengalir melalui rangkaian, hanya 50 µA yang masuk ke kumparan, sehingga jarum menunjuk ke titik kalibrasi 1A pada skala baru yang Anda gambar.
Membuat amperemeter adalah demonstrasi langsung dari bagaimana hukum-hukum fisika mendasari teknologi modern. Dengan memahami mekanisme dasar galvanometer dan penggunaan resistor shunt, kita dapat menghargai kompleksitas di balik alat ukur presisi yang kita gunakan sehari-hari.