Arus Bolak Balik : Pengertian, Rangkaian, Jenis, Macam, Rumus, Contoh Soal dan Pembahasan Adalah arus yang arah dan besarnya setiap ketika berubah-rubah. Arus bolak-balik dalam dunia kelistrikan banyak digunakan.
Baca Juga Artikel Yang Mungkin Berhubungan : Arus Listrik : Pengertian, Hambatan, Dan Rumus Beserta Contoh Soalnya Secara Lengkap
Pengertian Arus Bolak-Balik
Arus bolak-balik hanya pergerakan muatan listrik melalui media yang mengubah berubah arah secara berkala. Hal ini berbeda dengan arus searah (DC), di mana pergerakan muatan hanya dalam satu arah dan konstan. Arus (dalam ampere) yakni jumlah muatan listrik yang mengalir melewati suatu titik dalam waktu tertentu. Yang menggerakkan arus yakni gaya gerak listrik disebut tegangan (dalam volt). Jika arusnya bolak balik, maka tegangan juga harus bolak balik, polaritasnya berubah pada siklus teratur. Kaprikornus pengertian arus bolak balik yakni adalah arus yang polaritasnya berubah pada siklus yang teratur.
Arus bolak-balik merupakan arus yang arah dan besarnya setiap ketika berubah-rubah. Arus bolak-balik dalam dunia kelistrikan banyak digunakan.
Arus bolak-balik selalu mempunyai nilai puncak gelombang atas dan puncak gelombang bawah. Dalam kejadian mencapainya nilai puncak gelombang atas dan puncak gelombang bawah maka dikatakan telah mencapai satu (1) gelombang penuh. Nilai puncak gelombang atas dan puncak gelombang bawah sering pula disebut nilai dari puncak ke puncak ( nilai peak to peak ). Gaambar di bawah ini mengatakan gelombang tegangan bolak-balik sinusoidal.
Baca Juga Artikel Yang Mungkin Berhubungan : Listrik Arus Searah : Pengertian, Dan Sumber Beserta Contoh Soalnya Secara Lengkap
Jenis dan Macam Arus Bolak Balik
Sebelum menjelaskan pengertian arus bolak – balik, dan untuk mempermudah pengertian arus bolak – balik maka ada beberapa pengertian berikut yang harus dipahami:
- Radian yakni satuan sistem internasional ( SI ) untuk sudut bidang datar. Radian merupakan sudut antara 2 jari-jari bulat dengan panjang busur di depan sudut tersebut sama dengan jari-jari lingkaran.
- Kecepatan sudut dinyatakan dengan “ω” )(dibaca omega), yaitu sudut yang ditempuh suatu titik yang bergerak di tepi bulat setiap satuan waktu. Contoh nya, Sebuah penghantar ( konduktor ) yang berputar dalam medan magnit dengan kecepatan ω (rad/detik)θ, maka dalam waktu t detik menempuh sudut :
α = ω x t ……………….rad
Bila frekuensi yang dihasilkan yakni f Hertz, maka
ω.t =2.π.f.t………………..rad - Derajat Listrik, pengertian derajat listrik bisa dijelaskan menurut gambar 2 berikut. Menurut gambar 2, bila kumparan diputar satu putaran penuh ( 3600 putaran mekanik ), tegangan induksi yang dibangkitkan juga dihasilkan dalam satu putaran penuh dalam 3600. Bila kutub magnet nya di perbanyak 2 kali atau menjadi 4 kutub, dan kumparan diputar satu keliling, maka tegangan induksi yang terbangkit menjadi 2 kali nya yaitu 2 siklus ( 7200 ). Dari dua pola ini merupakan pengertian dari derajat Listrik. Secara matematis sanggup dinyatakan sebagai berikut :
Pengertian arus bolak-balik telah dijelaskan pada serpihan sebelumnya, yaitu arus yang besar dan arahnya berubah-rubah setiap waktu ( setiap ketika ). Berdasarkan pengertian tersebut, sanggup diartikan bahwa arus bolak-balik berbentuk gelombang. Berdasarkan difinisi tersebut maka bentuk gelombang arus bolak-balik sanggup dibedakan menjadi 3 macam bentuk gelombang yaitu :
- Gelombang Sinusoidal,
- Gelombang Kotak ( segi empat ), dan
- 3Gelombang segitiga
Dalam menyatakan harga tegangan AC ada beberapa besaran yang digunakan, yaitu :
- Tegangan sesaat : Yaitu tegangan pada suatu ketika t yang sanggup dihitung dari
persamaan E = Emax sin 2π ft bila kita tahu Emax, f dan t. - Amplitudo tegangan Emax : Yaitu harga maksimum tegangan. Dalam persamaan:
E = Emax sin 2πft, amplitudo tegangan yakni Emax. - Tegangan puncak-ke puncak (Peak-to-peak) yang dinyatakan dengan Epp ialah beda
antara tegangan minimum dan tegangan maksimum. Kaprikornus Epp = 2 Emax. - Tegangan rata-rata (Average Value).
- Tegangan efektif atau tegangan rms (root-mean-square) yaitu harga tegangan yang
dapat diamati eksklusif dalam skala alat ukurnya.
Bila tegangan bolak-balik diukur dengan sebuah voltmeter DC atau arusnya diukur dengan galvanometer, maka alat-alat tersebut akan mengatakan angka nol, lantaran kumparan koilnya terlalu lambat untuk mengikuti bentuk gelombang yang dihasilkan oleh sumber arus bolak-balik tersebut. Tetapi bila diukur dengan osiloskop kita sanggup melihat nilai-nilai arus atau tegangan yang selalu berubah tehadap waktu secara periodik, sehingga menunjukkan sebuah bentuk gelombang.
Jadi dengan mempergunakan alat ukur osiloskop kita sanggup mengamati nilai dan bentuk gelombang yang dihasilkan oleh sumber arus bolak-balik. Tetapi dengan dengan mempergunakan Amperemeter AC dan Voltmeter AC kita juga sanggup mengamati salah satu nilai yang ditunjukkan oleh arus bolak-balik, yaitu nilai arus dan tegangan efektif.
Baca Juga Artikel Yang Mungkin Berhubungan : Listrik Statis : Pengertian, Penerapan, Dan Proses Terjadinya Beserta Contohnya Secara Lengkap
Rangkaian dan Tegangan
Arus Dan Tegangan Sinusoidal
Dalam generator, kumparan persegi panjang yang diputar dalam medan magnetik akan
membangkitkan Gaya Gerak Listrik (GGL) sebesar :
E = Em sinω t
Dengan demikian bentuk arus dan tegangan bolak-balik menyerupai persamaan di atas yaitu :
i = Im sinω t
v = Vm sinω t
Im dan Vm yakni arus maksimum dan tegangan maksimum.
Bentuk kurva yang dihasilkan persamaan ini sanggup kita lihat di layar Osiloskop. Bentuk kurva ini disebut bentuk sinusoidal
Harga Efektif Arus Bolak-Balik
Dalam rangkaian arus bolak-balik, baik tegangan maupun berpengaruh arusnya berubah-ubah secara periodik. Oleh alasannya yakni itu untuk penggunaan yang mudah dibutuhkan besaran listrik bolak-balik yang tetap, yaitu harga efektif. Harga efektif arus bolak-balik ialah harga arus bolak-balik yang sanggup menghasilkan panas yang sama dalam penghantar yang sama dan dalam waktu yang menyerupai arus searah.
Ternyata besar berpengaruh arus dan tegangan efektifnya masing-masing :
Kuat arus dan tegangan yang terukur oleh alat ukur listrik menyatakan harga efektifnya.
Resistor Dalam Rangkaian Arus Bolak-Balik
Bila kendala murni sebesar R berada dalam rangkaian arus bolak-balik, besar tegangan pada kendala berubah-ubah secara sinusoidal, demikian juga berpengaruh arusnya. Antara berpengaruh arus dan tegangan tidak ada perbedaan fase, artinya pada ketika tegangan maksimum, berpengaruh arusnya mencapai harga maksimum pula.
Andaikan berpengaruh arus yang melewati kumparan yakni I= Imax sint. Karena kendala kumparan diabaikan I.R = 0
Capasitor Dalam Rangkaian Arus Bolak-Balik
Andaikan tegangan antara keping-keping capasitor pada suatu saat
V = Vmax sin W t, muatan capasitor ketika itu :
Jadi antara tegangan dan berpengaruh arus terdapat perbedaan fase dalam hal ini berpengaruh arus lebih dahulu daripada tegangan.
Reaktansi
Disamping resistor, kumparan induktif dan capasitor merupakan kendala bagi arus bolak-balik. Untuk membedakan kendala kumparan induktif dan capasitor dari kendala resistor, maka kendala kumparan induktif disebut Reaktansi Induktif dan kendala capasitor disebut Reaktansi Capasitif.
Impedanzi
Sebuah penghantar dalam rangkaian arus bolak-balik mempunyai hambatan, reaktansi induktif, dan reaktansi capasitif. Untuk menyederhanakan permasalahan, kita tinjau rangkaian arus bolak-balik yang didalamnya tersusun resistor R, kumparan R, kumparan induktif L dan capasitor C.Menurut aturan ohm, tegangan antara ujung-ujung rangkaian :
Rangkaian RLC seri
Ada tiga kemungkinan yang bersangkutan dengan rangkaian RLC seri yaitu :
Bila XL>XC atau VL>VC, maka rangkaian bersifat induktif. Tg θ positif, demikian
juga θ positif. Ini berarti tegangan mendahului berpengaruh arus.
Bila XL<XC atau VL<VC, maka rangkaian bersifat Kapasitif. Tg θ negatif, nilai θ
negatif. Ini berarti berpengaruh arus mendahului tegangan
Bila XL=XC atau VL=VC, maka rangkaian bersifat resonansi. tgθ = 0 dan θ = 0, ini
berarti tegangan dan berpengaruh arus fasenya sama
Resonansi
Jika tercapai keadaan yang demikian, nilai Z = R, amplitudo berpengaruh arus mempunyai nilai terbesar, frekuensi arusnya disebut frekuensi resonansi seri. Besarnya frekuensi resonansi sanggup dicari sebagai berikut :
f yakni frekuensi dalam cycles/det, L induktansi kumparan dalam Henry dan C kapasitas capasitor dalam Farad.
Getaran Listrik Dalam Rangkaian LC
Getaran listrik yakni arus bolak-balik dengan frekuensi tinggi. Getaran listrik sanggup dibangkitkan dalam rangkaian LC. Kapasitor C dimuati hingga tegangan maksimum. Bila saklar ditutup mengalir arus sesuai arah jarum jam, tegangan C turun hingga nol. Bersamaan dengan pemikiran arus listrik timbul medan magnetik didalam kumparan L. Medan magnetik lenyap seketika pada ketika tegangan C sama dengan nol. Bersamaan dengan itu timbul GGL induksi, jadinya tegangan C naik kembali secara berlawanan. Karenanya dalam rangkaian mengalir arus listrik yang arahnya berlawanan dengan arah putar jarum jam. Kaprikornus dalam rangkaian LC timbul getaran listrik yang frekuensinya :
Baca Juga Artikel Yang Mungkin Berhubungan : Energi Potensial – Pengertian, Jenis, Gravitasi, Listrik, Magnetik, Elastis, Contoh Soal
Sumber Arus Bolak Balik
Tegangan bolak-balik sinusoidal, tersedia dari majemuk sumber. Sumber arus bolak-balik pada umumnya dihasilkam oleh pembangkit tenaga listrik menyerupai Pembangkit Listrik Tenaga Air, Pembangkit Listrik Tenaga Uap, Pembangkit Listrik Tenaga Gas, Pembangkit Listrik Tenaga Angin dan Pembangkit Listrik Tenaga Surya (Panas matahari ). Ada pula pembangkit listrik yang sifatnya gampang dibawa ( portable ).
Baca Juga Artikel Yang Mungkin Berhubungan : Pengertian Dan Rumus Gaya Gerak Listrik Beserta Contoh Soalnya Secara Lengkap
Keuntungan Arus Bolak-Balik
Keunggulan utama dari arus bolak balik yakni dalam hal transmisi listrik. Sejak awal, Tesla dan westinghouse menyadari bahwa biar tenaga listrik menjadi mudah maka harus sanggup ditransmisikan secara efisien dalam jarak yang jauh. Jaman itu, PLTA yakni pembangkit yang paling populer, sementara sumber air berada pada kawasan yang sangat jauh dari sentra beban yang memerlukan jalur transmisi yang panjang. Baik arus AC maupun DC sama-sama mempunyai tahanan yang mengakibatkan daya hilang atau losses dalam proses penghantaran.
Jika dayanya sama, maka semakin tinggi arus maka akan semakin rendah arus yang lewat, semakin rendah arus yang lewat maka akan semakin rendah rugi-rugi daya yang hilang di penghantar. Para engineer awal ini menyadari bahwa untuk sanggup menghantarkan daya secara efisien dalam jarak yang jauh maka tegangan harus dinaikkan setinggi mungkin. Saat ini sudah banyak jalur transmisi yang mempunyai tegangan 500 kV atau setara 500.000 Volt. Menaikkan tegangan sebelum dikirim melalui jalur transmisi sanggup dilakukan dengan memakai trafo (transformer). Dengan trafo, sangat gampang menaikkan dan menurunkan tegangan. Sistem DC tidak bisa melaksanakan ini, dan itulajh keunggulan utama dari arus bolak balik.
Keuntungan berikut dari arus bolak balik yakni pembangkitannya. Salah satu inovasi paling penting dari final 1800-an yakni generator AC, yang merupakan desain yang sederhana yang dibentuk mudah oleh Westinghouse. Mekanikal; sistem dari generator DC jauh lebih rumit, dan kebanyakan DC ketika ini dihasilkan oleh baterai, sel surya, sel materi bakar, atau dengan mengkonversi AC ke DC.
Arus AC juga unggul dalam konsumsi daya. Mesin DC memerlukan sikat dan komutator untuk bekerja, sehingga menjadikannya kompleks dan sulit untuk pemeliharaan. Tesla mematenkan motor induksi AC mudah yang pertama. Kemudian general electric memproduksinya secara massal. Dalam waktu cepat mesin ini telah terpasang di pabrik, tambang dan pertokoan. Sekarang ini motor AC sudah dipakai di rumah tangga untuk pompa air dan pendingin.
Kelebihan lain dari arus bolak balik yakni penggunaannya untuk jenis-jenis lampu modern menyerupai lampu neon atau lampu CFL.
Baca Juga Artikel Yang Mungkin Berhubungan : Pengertian, Rumus Dan Satuan Daya Listrik Beserta Contoh Soalnya Lengkap
Contoh Soal dan Pembahasaan
Soal Pertama
Dalam rangkaian AC menyerupai yang diperlihatkan pada gambar, R = 40Ω, Vm = 100 V, dan frekuensi generator f = 50 Hz. Dianggap tegangan pada ujung-ujung resistor VR = 0 ketika t = 0. Tentukan:
a. arus maksimum,
b. frekuensi sudut generator,
c. arus melalui resistor pada t = 1/75 s
d. arus melalui resistor pada t = 1/150 s
Penyelesaian:
a. Rangkaian resistor murni, Im sanggup dicari dengan persamaan:
Im = Vm/R = 100/40 = 2,5 A
b. Frekuensi sudut anguler (ω)
ω = 2. π .f = 2. π .50 = 100 π
c. Untuk rangkaian resistor murni, tegangan sefase dengan arus, sehingga untuk V = Vm.sin ωt, maka I = Im.sin ωt. Persamaan arus sesaat yaitu:
I(t) = Im.sin ωt = 2,5 sin ωt
Baca Juga Artikel Yang Mungkin Berhubungan : 199 Pemusatan Dan Pemanfaatan Pembangkit Listrik Tenaga Surya
Soal Kedua
2. Tegangan bolak-balik dengan persamaan v = 282.8 sin 314.t Volt. Tentukan
a) Tegangan rms
b) Frekwensi
c) Tegangan sesaat ketika t = 4 mdet
d) Gambar Tegangan Sesaat ketika t = 4 mdetik.
Pembahasan
Sumber aciknadzirah.blogspot.com