Rangkaian Arus Dan Tegangan Listrik Bolak-Balik

Rangkaian Arus Dan Tegangan Listrik Bolak-Balik - Kebutuhan manusia akan energi banyak ditopang oleh energi listrik. Hal ini dapat dilihat dari kegiatan sehari - hari yang banyak menggunakan tenaga listrik, seperti lampu, alat-alat rumah tangga dari elektronik serta mesin - mesin di pabrik. Ditinjau dari sifat alirannya, listrik dibedakan menjadi listrik arus searah (DC) dan arus bolak balik (AC). Nah, pada topik kali ini, kalian akan belajar tentang arus bolak – balik. Arus listrik bolak-balik merupakan arus listrik yang arahnya selalu berubah-ubah secara kontinu/periodik.

Rangkaian Arus Dan Tegangan Listrik Bolak-Balik

Seperti telah dijelaskan pada topik sebelumnya dalam hukum Faraday bahwa adanya perubahan fluks magnetik yang dilingkupi oleh kumparan akan menyebabkan timbulnya ggl induksi pada ujung-ujung kumparan dan jika antara ujung-ujung kumparan tersebut dihubungkan dengan sebuah kawat penghantar akan mengalir arus listrik melalui penghantar tersebut. Berdasarkan prinsip hukum Faraday inilah dibuat sebuah generator atau dinamo, yaitu suatu alat yang digunakan untuk mengubah energi mekanik (energi gerak) menjadi energi listrik.

Tegangan listrik dan arus listrik yang dihasilkan generator berbentuk tegangan dan arus listrik sinusoidal, yang berarti besarnya nilai tegangan dan kuat arus listriknya sebagai fungsi sinus yang sering dinyatakan dalam diagram fasor (fase vektor). Diagram fasor menyatakan suatu besaran yang nilainya berubah secara kontinu, fasor dinyatakan dengan suatu vektor yang nilainya tetap berputar berlawanan dengan putaran jarum jam. Dalam suatu rangkaian listrik, simbol untuk sebuah sumber tegangan gerak arus bolak-balik adalah:

Rangkaian Arus Dan Tegangan Listrik Bolak-Balik

Sumber arus bolak-balik adalah generator arus bolak-balik yang prinsip kerjanya pada perputaran kumparan dengan kecepatan sudut yang berada di dalam medan magnetik. Sumber ggl bolak-balik tersebut akan menghasilkan tegangan sinusoida berfrekuensi f. Apabila generator tersebut dihubungkan dengan suatu penghantar R dan menghasilkan tegangan maksimum sebesar Vmaks$V_{maks}$, tegangan sinusoida dapat dituliskan dalam bentuk persamaan tegangan sebagai fungsi waktu, yaitu:

V=Vmakssinωt$V=V_{maks}sin\text{ω}t$

Apabila tegangan yang dihasilkan oleh suatu generator listrik berbentuk sinusoida, dapat mengikuti persamaan sebagai berikut:

I=Imakssinωt$I=I_{maks}sin\text{ω}t$

Dimana:

V   = Tegangan listrik AC

I   = Arus listrik AC

Vmaks$V_{maks}$ = Tegangan maksimum

Imaks$I_{maks}$ = Arus maksimum

Rangkaian Arus Dan Tegangan Listrik Bolak-Balik

Arus dan tegangan bolak-balik (AC) dapat dilukiskan sebagai gelombang sinussoidal, jika besarnya arus dan tegangan dapat dinyatakan dalam persamaan sebagai berikut:

V=Vmakssinωt$V=V_{maks}sin\text{ω}t$

I=Imakssin(ωt+900)$I=I_{maks}sin\left(\text{ω}t+{90}^0\right)$

Di mana ωt atau(ωt+900)$\left(\text{ω}t+{90}^0\right)$disebut sudut fase yang sering ditulis dengan lambang θ. Sementara besarnya selisih sudut fase antara kedua gelombang disebut beda fase. Berdasarkan persamaan antara tegangan dan kuat arus listrik tersebut dapat dikatakan bahwa antara tegangan dan kuat arus listrik terdapat beda fase sebesar 900${90}^0$ dan dikatakan arus mendahului tegangan dengan beda fase sebesar 900${90}^0$.

Nilai Efektif Arus dan Tegangan Listrik Bolak-Balik

Nilai tegangan dan arus bolak-balik selalu berubah secara periodik sehingga menyebabkan kesulitan dalam mengadakan pengukurannya secara langsung. Oleh karena itu, untuk mengukur besarnya tegangan dan kuat arus listrik bolak balik digunakan nilai efektif. Yang dimaksud dengan nilai efektif arus dan tegangan bolak balik yaitu nilai arus dan tegangan bolak-balik yang setara dengan arus searah yang dalam waktu yang sama jika mengalir dalam hambatan yang sama akan menghasilkan kalor yang sama. Semua alat-alat ukur listrik arus bolak-balik menunjukkan nilai efektifnya. Hubungan antara nilai efektif dan nilai maksimum dapat dinyatakan dalam persamaan:

Vefektif=Vmaks2√=0,707Vmaks$V_{efektif}=\frac{V_{maks}}{\sqrt{2}}=0,707V_{maks}$

dan

Iefektif=Imaks2√=0,707Imaks$I_{efektif}=\frac{I_{maks}}{\sqrt{2}}=0,707I_{maks}$

Nilai Rata-Rata Arus Listrik Bolak-Balik

Nilai rata-rata arus bolak-balik yaitu nilai arus bolak-balik yang setara dengan arus searah untuk memindahkan sejumlah muatan listrik yang sama dalam waktu yang sama dan pada sebuah penghantar yang sama pula. Hubungan antara nilai arus dan tegangan listrik bolak-balik dengan nilai arus dan tegangan maksimumnya dinyatakan dalam persamaan:

Ir=2Imaksπ$I_r=\frac{2I_{maks}}{\pi }$

Dimana:

Ir=$I_r=$ Kuat arus rata-rata

Imaks=$I_{maks}=$ Kuat arus maksimum

Contoh Soal

Dalam suatu hasil pembacaan amperemeter dan voltmeter, masing-masing menunjukkan nilai 2 A dan 220 V. Tentukan: nilai kuat arus maksimum dan nilai tegangan maksimumnya!

Diketahui:

Iefektif=2A$I_{efektif}=2A$

Vefektif=220V$V_{efektif}=220V$

Ditanya: Imaks$I_{maks}$ dan Vmaks$V_{maks}$

Pembahasan:

Imaks=Iefektif×2‾√=2A×2‾√=2,82A$\begin{array}{ll}{I}_{maks}& =I_{efektif}\times \sqrt{2}\\ & =2A\times \sqrt{2}\\ & =2,82A\end{array}$

Vmaks=Vefektif×2‾√=220V×2‾√=311,13V$\begin{array}{ll}{V}_{maks}& =V_{efektif}\times \sqrt{2}\\ & =220V\times \sqrt{2}\\ & =311,13V\end{array}$

Tentang: Fisika

Share:

Artikel Terkait