ARUS DAN TEGANGAN BOLAK-BALIK
By Rachmat A Syukur
Hallo Para Peselancar Fisika…
Terima kasih ya Anda masih berkunjung di Web Belajar Fisika SMA. Kunjungan Anda sangat berarti buat pengembangan web ke depan. Saya berharap Web Belajar Fisika SMA diwww.fisika-sma.us dapat membantu Anda menambah pengetahuan tentang pemahaman Fisika SMA. Ok kawan… bahasan kita hari ini adalah tentang Arus dan Tegangan Listrik Bolak – Balik, sebagai materi lanjutan yang masih bagian dari Induksi Elektromagnetik.
Tetap Semangat ya…
Arus listrik (I) adalah aliran muatan listrik yang terjadi karena adanya perbedaan potensial dalammedan listrik. Beda potensial dapat dihasilkan oleh sel baterai atau generator, yang mengakibatkan arus listrik mengalir dalam rangkaian.
Arus listrik dapat dibedakan menjadi dua, yaitu Arus Searah dan Arus Bolak-Balik. Arus Searah (DC – Dirrect Current) adalah arus yang mengalir dalam satu arah. Sedangkan Arus Bolak-Balik (AC – Alternating Current) adalah arus yang arahnya dalam rangkaian berubah-ubah (sinusoidal) dalam selang waktu yang teratur. Arus Bolak-Balik ditimbulkan oleh gaya gerak listrik yang berubah-ubah. Video di bawah ini adalah tentang bagaimana sebuah generator AC (alternator) bekerja, walaupun tidak menghasilkan tegangan yang besar. magnet yang berputar dekat solenoida dapat menghasilkan sinyal AC yang terdeteksi pada osiloskop-komputer.
Arus bolak-balik dan gaya gerak listrik biasanya dinyatakan dengan harga rata-rata dan efektif.Harga rata-rata dari tegangan dan arus bolak-balik dapat ditentukan dengan mengambil setengah periode dari gelombang sinusoidal (π). Sedangkan harga efektif dari arus dan tegangan bolak-balik didefinisikan sebagai nilai sedemikian rupa sehingga menghasilkan energi kalor rata-rata yang sama pada arus searah yang melewati hambatan R. Harga efektif merupakan harga yang terbaca pada alat ukur voltmeter maupun amperemeter AC (multimeter).
Alat pengukur arus dan tegangan bolak-balik, yang dapat mengukur serta mempelajari beda potensial dapat menggunakan multimeter maupun osiloskop (CRO – Cathode Ray Oscilloscope). Perbedaan yang diberikan oleh kedua alat ukur ini terletak pada hasilnya. Multimetermenghasilkan alat (meteran) yang dapat menunjukkan penyimpangan pada skala sesuai dengan besarnya arus dan tegangan. Adapun osiloskop menghasilkan bintik pada layar flouresensi berupa grafik sinusoidal yang diakibatkan dari tembakan sinar katode yang mengenai belakang layar secara berulang-ulang sehingga menghasilkan jejak yang nampak pada bagian depan layar.
Listrik untuk keperluan rumah tangga dan industri dihasilkan dari stasiun pembangkit listrik oleh generator-generator besar yang menghasilkan listrik bolak-balik pada frekuensi 50 herz dan 60 herz. Arus bolak-balik tak seperti arus searah, dapat secara mudah diubah untuk menghasilkan beda potensial yang lebih besar atau kecil dengan menggunakan transformator (step up – step down). Ini berarti bahwa tegangan tinggi dapat digunakan untuk transmisi, yang dapat mengurangi kehilangan daya dalam kabel transmisi. Pasokan listrik ke rumah-rumah terdiri dari dua kabel dari substasiun (gardu listrik) untuk mengalirkan arus listrik bolak-balik dan ada kabel kabel tambahan (arde) yang dihubungkan ke bumi sebagai tindakan pengamanan.
Rangkaian Seri RLC
Rangkaian seri RLC banyak digunakan pada osilator untuk membangkitkan getaran gelombang elektromagnetik. Pada rangkaian ini akan terjadi peristiwa resonansi, yaitu peristiwa ikut bergetarnya suatu benda karena getaran benda lain. Resonansi pada rangkaian seri RLC terjadi saat harga VL = VC atau XL = XC. Di bawah ini adalah video tentang percobaan rangkaian RLC yang ditunjukkan melalui tampilan grafik pada osiloskop.
Arus dan Tegangan Listrik Bolak-Balik (AC)
Alat Osciloskop dapat mengukur tegangan maksimum , frekuensi arus dan tegangan listrik bolak-balik dan dapat melihat bentuk gelombang periodik, seperti bentuk kotak, bentuk gergaji, bentuk pagar dan bentuk gelombang, seperti gambar di bawah ini
Untuk menentukan Tegangan maksimum arus AC ( V maks ) , dengan mengukur amplitudo gelombang pada layar Ocsiloskop dan kedudukan tombol variabel Volt/cm pada posisi tertentu.
Contoh lihat layar Ocsiloskop
|
Jarak puncak gelombang ada 3 kotak, setiap kotak panjangnya 1 cm, jadi amplitudo gelombang jaraknya 3 cm, kedudukan Variabel volt/cm pada posisi 2, maka :
V maks = 3 cm x 2 Volt /cm = 6 Volt
Pengukuran frekuensi AC :
- Mengukur perioda gelombang, dan kedudukan variabel Sweep time pada posisi 4 ms
- Contoh lihat layar osciloskop diatas
Perioda gelombang diukur ada 5 kotak, kedudukan sweep time pada posisi 4 ms, maka perioda (T) = 5 cm x 4 ms/cm = 20 ms = 20 .10-3 s, jadi f = 1/T
F = 1/20.10-3 = 1000/20 = 50 HZ.
Rangkaian R-L-C seri
Tiga buah komponen listrik, resistor, inductor dan kapasitor disusun secara seri.
Seperti pada gambar 1, yang memperlihatkan rangkaian seri R-L-C, Sumber tegangan V atau tegangan total menyebabkan arus mengalir melalui rangkaian itu.
Gambar : Rangkaian R-L-C seri
Dengan penjumlahan secara Vektoris, maka besarnya Tegangan sumber atau tegangan total (V) sebagai berikut
V2 = VR2 + (VL – VC) 2
V = Tegangan sumber = tegangan total (Volt)
VR = Tegangan hambatan/resistor (Volt)
VL = Tegangan Induktor/Kumpatan (Volt)
VC = Tegangan kapasitor (Volt)
Diagram Fasor
Diagram fasor adalah sebuah gambar anak panah yang digunakan untuk menyatakan suatau besaran bolak-balik. Tegangan bolak-balik (V) dan arus bolak-balik (I) digambarkan dengan anak panah. Panjang naka panah menyatakan nilai maksimumnya.
Ada tiga jenis Rangkaian R-L-C seri
1. Rangkaian Induktif, bila XL>XC
2. Rangkaian Kapasitif, bila XL< XC
3. Rangkaian Hambatan, bila XL=XC, Z = R, arus yang mengalir maksimum, dan terjadi peristiwa resonansi
Frekuensi resona si (f) = 1/2π√1/LC
