Arus dan Tegangan Bolak Balik Fisika SMA

18.44 |

Arus dan Tegangan Bolak Balik Fisika SMA


Arus listrik ada dua macam searah atau yang dikenal dengan arus DC dan arus listrik bolak-balik atau AC (Alternate Current). Arus listrik bolak-balik adalah arus listrik yang mengalir dalam dua arah dan besarnya selalu berubah terus menerus sesuai dengan waktunya. Sobat bisa mengatakan arus ini mirip seperti sebuah fungsi yang nilainya berubah sesuai dengan waktunya.

1. Besaran Arus dan Tengangan Bolak-Balik

Besarnya arus dan tengan bolak balik dirumuskan dengan
I = Imaks sin ω t
V = Vmaks Sin ω t
Besaran arus dan tegangan bolak-balik (AC) bisa diukur dengan menggunakan alat ukur yang disebut dengan osiloskop. Dari pengukuran menggunakan osiloskop akan didapat tampilan kurva arus dan tenganan bolak balik yang berbentuk mirip dengan kurva/grafik Sinus. Perhatikan gambar di bawah ini:
Grafik Sinusoidal
Dari kurva di atas terlihat tengagan dari puncak ke puncak (Vpp) = 2 kali tegangan maksimum (Vm)

Apa itu Arus dan Tegangan Efektif?

Arus dan tegangan efektif adalah nilai arus dan tegangan bolak-balik yang menghasilkan efek panas (kalor) yang sama dengan sauatu nilai arus dan tegangan searah. Apabila tegangan dan kuat arus diukur dengan alat ukur arus bolak-balik seperti volmeter, ampermeter 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
Vmaks = Vef  √2
atau
Vef = Vmaks / √2
Imaks = Ief √2
atau
Ief = Imaks /√2
dengan
Vmaks = tegangan maksimal (Volt)
Vef = tegangan efektif (Volt)
Imaks = kuat arus maksimal (Ampere)
Ief = kuat arus efektif (Ampere)

Apa itu Harga Rata-rata Arus Bolak-Balik

Harga rata-rata arus bolak balik adalah harga yang dianggap setara dengan harga arus searah yang tetap memindahkan sejumlah muatan yang sama dalam waktu yang sama. Besar tengangan dan kuat arus rata-rata dirumuskan
Ir =  2 Imaks / π
Vr = 2 Vmaks / π
dengan
Ir = kuat arus rata-rata
Vr = tegangan rata-rata.

2. Rangkaian Arus Bolak-Balik

Yang dinamakan rangkaian arus bolak-balik adalah sebuah rangkaian listrik yang terdiri atas satu atau lebih beban yang dihubungkan dengan sebuah sumber arus bolak-balik.

a. Resistor (Hambatan Murni) dalam Rangkaian Arus Bolak-balik
Rangkaian yang terdiri atas sebuah hambatan atau tahanan R yang dihubungkan dengan sebuah sumber arus AC disebut dengan rangkaian resistif. Perhatikan gambar di bawah ini.
pada rangkaian resistif, tegangan dan arus akan mempunyai fase yang sama seperti terlihat pada gambar kurva di atas. Pada rangkaian resistif berlaku rumus
V = Vmaks sin ω t
I = Imaks sin ω t
Vmaks = Imaks. R
V = I.R


b. Induktor dalam Rangkaian Arus Bolak-Balik

Rangkaian induktif adalah rangkaian yang terdiri atas sebuah induktor yang dihubungkan dengan sumber tegangan AC. Pada rangkaian induktif, beda fase antara tegangan dan arus adalah π/2 dengan tegangan yang mendahului arus sebesar π/2 atau bisa sobat sebut arus nya terlambat π/2 dari tegangan. Coba sobat perhatikan grafik berikut
Pada rangkaian induktif, apabila arus pada induktor mengalami perubahan, maka akan timbul gaya gerak listrik antara ujung-ujung induktor yang besarnya dirumuskan
Besar arus dan tegangan pada rangkaian induktif dirumuskan
I = Imaks sin ω t
V = Vmaks sin (ωt + π/2) = V maks cos ωt
Apabila hambatan pada rangkaian induktif yang dilalui arus bolak-balik didefinisikan sebagai reaktansi induktif (XL) maka besarnya XL dirumuskan sebagai berikut:
XL = ω L atau XL = 2π f L
Vmaks = XL Imaks
VL = XL I
dengan
ω = frekuensi sudut (rad/s)
f = frekuensi (Hz)
L = induktansi induktor
Vmaks = tegangan maksiumum pada induktor (Volt)
VL = tegangan antara ujung-ujung induktor (Volt)

c. Kapasitor dalam Rangkaian Arus Bolak-Balik

Rangkaian ini disebut rangkaian kapasitif, ia terdiri dari kapasitro C yang dibubungkan dengan sumber tagangan AC. Pada rangkaian kapasitif, beda fase antara tegangan dan arus adalah  π/2 dengan arus yang mendahului dari pada tengangan sebesar π/2  (ini terbalik dengan beda fase pada induktor). Grafiknya sebagai berikut:
Baca Juga : Rumus Fisika Kapasitor
Apabila hambatan pada rangkaian kapasitif yang dilalui arus bolak-balik diartikan sebagai reaktansi kapasitif Xc maka besarnya Xc dapa dirumuskan sebagai
C = kapasitas rangkaian (Farad)
Padar rangkaian kapasitif juga berlaku rumus-rumus sebagai berikut
I = Imaks sin ω t
V = Vmaks  sin (ωt – π/2)
V maks = Xc Imaks
Vc = Xc I
V = tegangan sesaat pada kapasitor (Volt)
Vmaks = tegangan maksimum pada kapasitor
Vc = tegangan antara ujung-ujung kapasitor (Volt)

d. Rangkaian Seri antara R dan L

Apabila resistor dan indukor (R dan L) dirangkai seri lalu dihubungkan dengan sumber teganan bolak balik maka rumus yang berlaku

Z= impedansi atau hambatan total rangkaian (ohm)
φ = beda sudut fase antara teganan dan arus

e. Rangkaian Seri Antara R dan C

Apabila hambatan dan kapasitor (R dan C) dirangkai seri lalu kemudian dihubungkan dengan sumber tegangan bolak balik maka:

f. Rangkaian Seri R, L, dan C

Apabila hambatan, induktor, dan kapasitor dirangkai seri lalu dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik maka
1. Apabila XL > Xc maka rangkaian bersifat induktif , karena q positif
2. Apabila Xc > XL maka rangkaian bersifat kapasitif, karena q bernilai negatif
3. Apbaila XL. = X c maka rangkaian bersifat resistif, rerjadi resonansi Z = R, q = 0 dengan frekuensi dan kecepatan sudut resonansinya dirumuskan

L = induktansi induktor (H)
C = kapasitansi kapasitor (F)
Rangkaian penala penerima gelombang radio terddiri atas kapasitor C yang diubah-ubah dengan kumparan yang induktansinya L. Rangkaian ini berfungsi menyamakan frekuensi pesawat penerima radio dengan pemancar gelombannya akar bisa terjadi resonansi.


  • Digg
  • Del.icio.us
  • StumbleUpon
  • Reddit
  • RSS
Diposting oleh Unknown

0 komentar:

Posting Komentar

Langganan: Posting Komentar (Atom)