Materi Fisika - Rangkaian Arus Bolak-balik Kelas 12 MIA

APSiswaNavbarV2

redesain-navbar Portlet

BelajarPintarV3

Peta Belajar Bersama
- Peta Belajar Bersama
Arus dan Tegangan Bolak-balik
Daya dan Penerapan Listrik Bolak-balik

Peta Belajar Bersama

Sobat, ini nih ada Peta Belajar Bersama Fisika untuk bab lima.

Yuk, mulai belajar bersama!

Arus Dan Tegangan Bolak-Balik

Arus bolak-balik atau alternating current (AC) merupakan arus dan tegangan listrik yang besarnya berubah terhadap waktu dan mengalir dalam dua arah. Arus bolak-balik biasanya dimanfaatkan untuk peralatan elektronik.

Pada arus bolak-balik sobat akan dapat mengetahui nilai maksimum dan frekuensi osilasi yang dihasilkan oleh sumbernya. Arus dan tegangan listrik bolak-balik berbentuk sinusoidal. Secara matematis, dirumuskan sebagai berikut.

atau

Dimana

Nilai efektif arus atau tegangan bolak-balik adalah nilai arus dan tegangan bolak-balik yang menghasilkan efek panas (kalor) yang sama dengan suatu nilai arus dan tegangan searah. Apabila tegangan dan kuat arus diukur dengan alat ukur arus bolak-balik seperti voltmeter, ampere meter AC, atau multimeter, maka nilai yang ditunjukkan oleh alat tersebut sebenarnya adalah besar nilai efektifnya.

Hubungan matematis antara arus dan tegangan maksimum dan efektif sebagai berikut.

atau

Keterangan:
I_ef = Kuat arus listrik efektif (A)
V_ef = Tegangan listrik efektif (Volt)
I_m = Kuat arus listrik maksimum (A)
V_m = Tegangan listrik maksimum (V)

Rangkaian Arus Bolak Balik

Sobat pintar, tahukah kamu ternyata rangkaian arus bolak-balik terdiri dari beberapa jenis yaitu rangkaian resistor, induktor, dan kapasitor?

Bagaimana keadaan rangkaian-rangkaian tersebut saat dialiri arus bolak-balik? Yuk simak pembahasan berikut ini!

A. Rangkaian Resistor

Rangkaian resistor adalah rangkaian yang hanya mengandung hambatan (R) saja.
Rangkaian resistor jika dihubungkan dengan arus bolak balik maka akan menghasilkan penurunan potensial listrik dalam rangkaian atau kata lain sebagai pembatas arus yang masuk. Nah jika sudah dibatasi, pada rangkaian V dan I berada pada keadaan sefase, yang artinya mencapai nilai maksimum pada saat yang sama.

Sebuah resistor dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik, besarnya tegangan pada resistor sama dengan tegangan sumber, yaitu:

Arus yang mengalir melalui resistor adalah:

B. Rangkaian Induktor

Sebuah induktor juga memiliki nilai hambatan yang biasa disebut reaktansi induktif saat dialiri arus bolak balik. Nilai hambatan induktor ini bergantung pada frekuensi sudut dari arus bolak-balik.

Besarnya tegangan pada ujung-ujung induktor sama dengan tegangan sumber, sehingga berlaku:

Arus yang mengalir melalui resistor adalah:

C. Rangkaian Kapasitor

Rangkaian kapasitor merupakan rangkaian yang unik dimana rangkaian ini dapat menyimpan energi listrik sementara.

Kapasitor jika dialiri arus bolak balik akan menimbulkan resistansi semu atau biasa disebut reaktansi kapasitif. Besar nilai reaktansi kapasitif bergantung pada besarnya nilai kapasitansi kapasitor dan frekuensi sudut arus atau dapat dirumuskan sebagai:

Dalam rangkaian kapasitor pada arus AC mempunyai sifat bahwa arus mendahului tegangan saat mencapai nilai maksimumnya.

Tegangan pada kapasitor

Arus yang mengalir pada kapasitor

Rangkaian RLC

Rangkaian arus bolak-balik adalah sebuah rangkaian listrik yang terdiri dari satu atau beberapa komponen elektronika yang dihubungkan dengan sumber arus bolak-balik. Komponen elektronika tersebut dapat berupa resistor R (hambatan murni), induktor L atau kapasitor C.

Untuk memudahkan analisa pada rangkaian RLC digunakan diagram fasor (diagram fase vector) seperti gambar di bawah ini:

Dengan menganalisa gambar diagram fasor di atas dapat diperoleh

Tegangan efektif

Impedansi

Sehingga Kuat Arus I yang mengalir pada rangkaian seri RLC tersebut dapat ditulis dengan persamaan:

Keterangan:
I = Kuat arus listrik yang mengalir pada rangkaian (A)
V= Tegangan efektif yang bekerja pada masing-masing komponen (Volt)
Z = Impedansi atau hambatan total pada rangkaian RLC (Ohm)

Latihan 1

Kerjakan soal berikut ini dengan tepat!

Pada output layar di osiloskop pada percobaan rangkaian listrik arus bolak-balik diperoleh gambar berikut

Hitung arus sesaat ketika sudut fase theta = 30 derajat dari suatu arus AC berdasarkan gambar di atas!

A. 20 x 10^-3 A

B. 25 x 10^-3 A

C. 30 x 10^-3 A

D. 35 x 10^-3 A

E. 40 x 10^-3 A

Latihan 2

Kerjakan soal berikut ini dengan tepat!

Apabila jarum voltmeter AC menunjukkan angka 215 volt, tentukan besarnya tegangan bolak-balik yang terukur...

A. 301 volt

B. 212 volt

C. 125 volt

D. 105 volt

E. 90 volt

Latihan 3

Kerjakan soal berikut ini dengan tepat!

Sebuah rangkaian listrik yang terdiri dari satu atau beberapa komponen elektronika yang dihubungkan dengan sumber arus bolak-balik disebut rangkaian …

A. Rangkaian arus searah

B. Rangkaian bolak-balik

C. Rangkaian arus dua arah

D. Rangkaian berarus

E. Rangkaian maju mundur

Latihan 4

Kerjakan soal berikut ini dengan tepat!

Rangkaian yang hanya mengandung hambatan saja disebut rangkaian …

A. Rangkaian resistor

B. Rangkaian kapasitor

C. Rangkaian induktor

D. Rangkaian seri

E. Rangkaian paralel

Latihan 5

Perhatikan gambar rangkaian seri RLC berikut!

Berdasarkan rangkaian seri RLC di atas, tentukan arus I maksimum yang mengalir pada rangkaian tersebut dan sifat rangkaian tersebut

A. 12 A, induktif

B. 12 A, kapasisitf

C. 12 A, resistif

D. 10 A, induktif

E. 10 A, kapasitif

Daya Dalam Rangkaian Arus Bolak-balik

Faktor daya merupakan perbandingan antara daya sesungguhnya dan daya semu. Daya sesungguhnya adalah daya yang muncul akibat adanya hambatan murni. Sementara daya semu adalah daya yang muncul akibat adanya hambatan dari resistor, induktor atau kapasitor dalam rangkaian alat-alat listrik. Faktor daya menyatakan tingkat efisiensi dari daya listrik yang dihasilkan. Secara matematis, faktor daya dapat dituliskan sebagai berikut

Untuk menentukan daya sesungguhnya dapat digunakan persamaan

Penerapan Listrik Ac Dalam Kehidupan Sehari-hari

Penerapan rangkaian listrik AC dalam kehidupan sehari-hari, yaitu:

1. Pemasangan Jaringan Transmisi Listrik AC di Jalan

Dari pembangkit listrik menuju ke pelanggan yaitu rumah, perkantoran, industri maupun instansi. Arus AC juga dapat diubah menjadi arus DC dengan memakai Trafo.

2. Pengamanan Jaringan Listrik AC dalam Rumah

Pemakaian daya listrik AC di rumah atau di kantor dibatasi oleh pemutus daya yang dipasang bersama dengan KWh meter. Jika arus listrik melebihi ketentuan maka dengan adanya pemutusan daya secara otomatis akan menurunkan saklar.

3. Pemakaian Alat-Alat Rumah Tangga

Rangkaian listrik AC pada umumnya digunakan pada peralatan elektronik seperti kipas angin, kulkas, kompor, listrik, teko listrik, TV dan setrika.

Energi Listrik yang dihantarkan melalui kabel yang panjang sebelum didistribusikan, maka akan terjadi kehilangan daya akibat kabel tersebut. Besarnya daya yang hilang dapat ditentukan dengan rumus berikut

P = I² R

dan

P_gen = I V

Sehingga dapat ditulis:

Keterangan:
P = Daya listrik (Watt)
P_gen = Daya pada generator (Watt)
I = Kuat arus dari generator (Ampere)
R = Hambatan pada kabel (Ohm)
V = Beda potensial pada generator (Volt)

Latihan 1

Kerjakan soal berikut ini dengan tepat!

Sebuah generator menghasilkan daya 100 kW dengan beda potensial (V) sebesar 10 kV. Daya ditransmisikan melalui kabel dengan besar hambatan R sebesar 5 Ohm. Tentukan daya yang hilang dalam kabel.

A. 300 watt

B. 350 watt

C. 400 watt

D. 450 watt

E. 500 watt

Latihan 2

Kerjakan soal berikut ini dengan tepat!

Sebuah rangkaian seri RLC terdiri dari resistor 300 ohm, reaktansi induktif 200 ohm dan reaktansi kapasitif 600 ohm. Rangkaian ini dipasang pada frekuensi 60 Hz dan tegangan efektif sebesar 120 volt. Tentukan nilai faktor daya pada rangkaian tersebut!

A. 0,2

B. 0,3

C. 0,4

D. 0,5

E. 0,6