Arus Bolak Balik Fisika 1o4f6j

ARUS BOLAK BALIK Kompetensi 1. Membedakan arus AC dan DC 2. Melakukan operasi hitung dari aplikasi konsep arus bolak balik Materi A. Arus DC dan AC Arus DC (Direct current) merupakan arus searah yang telah memiliki kutub positif dan negatif serta besar arus bisa berubah. Sumber yang bisa menghasilkan arus searah adalah baterai, aki, dan element volta.

Arus AC (Alternative current) merupakan arus listrik yang terjadi secara bolak balik. Sumber yang menghasilkannya yaitu generator contohnya listrik PLN, PLTU, dan lain-lain. Alat ukurnya voltmeter (tegangan), ampermeter (kuat arus) dan osiloskop

Besaran-besaran yang terdapat dalam AC Arus maksimum (Imax) Tegangan maksimum (Vmak) Arus efektif (Ief) Rumusnya : 𝐼𝑒𝑓 =

𝐼 𝑚𝑎𝑘𝑠 √2

Tegangan efektif (Vef) Rumusnya 𝑉𝑒𝑓 =

𝑉 𝑚𝑎𝑘𝑠 √2

Arus rata-rata (I rata-rata) Rumusnya : 𝐼 𝑟𝑎𝑡𝑎 − 𝑟𝑎𝑡𝑎 = 2. Tegangan rata-rata Rumusnya : 𝑉 𝑟𝑎𝑡𝑎 − 𝑟𝑎𝑡𝑎 = 2.

𝑉 𝑚𝑎𝑘𝑠 𝜋

𝐼 𝑚𝑎𝑘𝑠 𝜋

Arus Bolak Balik Sinusoidal

Sudut fase dan beda fase

Diagram Fasor Menyatakan suatu besaran yang nilainya berubah secara kontinu, dinyatakan dengan suatu vektor yang nilainya tetap berputar berlawanan dengan putaran jarum jam.

B. Rangkaian Arus Bolak Balik Rangkaian hambatan dalam arus bolak balik HAMBATAN MURNI Berfungsi sebagai pembatas arus listrik yang masuk atau menunjukkan beta potensial listrik dalam rangkaian.

Besarnya arus yang melalui hambatan dinyatakn dengan hukum Ohm yaitu :

HAMBATAN INDUKTIF Sebuah kumparan induktor mempunyai induktansi diri L dipasangkan tegangan bolak-balik V, maka pada ujung2 kumparan timbul GGL induksi.

V  Vm sin t i  im sin( t   ) 1 2

  L

di dt

Hambatan induktif XL (ohm) mempunyai harga:

X L  .L  2f .L HAMBATAN KAPASITIF Sebuah kapasitor dengan kapasitas C dihubungkan dg tegangan bolak-balik V, maka pada kapasitor itu menjadi bermuatan, sehingga pada plat2nya mempunyai beda potensial sebesar

V

Q C

V  Vm sin t i  im sin( t  12  )

Maka, besar hambatan kapasitif Xc =

XC 

1 1  .C 2f .C

C. Rangkaian R-L SERI Hambatan seri R dan XL dihubungkan dg teg. bolak-balik V. Hukum Ohm I : VR  iR VR = beda potensial antara ujung2 R VL  iX L VL = beda potensial antara ujung2 XL Besar tegangan total V ditulis secara vektor : V  VR  VL Hambatan R dan XL juga dijumlahkan secara vektor : Z = impedansi (Ohm) 2 Z  R2  X L V V i  2 Z R2  X L 2

2

Kuat arus yg mengalir pada rangkaian ini adalah : D. Rangkaian R-C SERI Hambatan seri R, XL dan XC dihubungkan dg teg. bolak-balik V. Hukum Ohm I : V  iR R V = beda potensial antara ujung2 R VL  iX L R VC = beda potensial antara ujung2 XC VC  iX C VL = beda potensial antara ujung2 XL Besar tegangan total V ditulis secara vektor : 2 V  VR  (VL  VC ) 2 Hambatan R, XL dan XC juga dijumlahkan secara vektor : Z = impedansi (Ohm) Z  R2  ( X L  X C )2 Kuat arus yg mengalir pada rangkaian ini adalah: i

V  Z

V R  ( X L  X C )2 2

E. Rangkaian RESONANSI Jika dalam rangkaian RLC seri XL = XC maka Z  R 2  0  R Arus efektif pada rangkaian akan mencapai harga terbesar yaitu pada Dikatakan rangkaian dalam keadaan resonansi. Dalam hal ini berlaku Jadi frekuensi resonansinya adalah f 

1 2 LC

i

V R

X L  XC

L 

1 C

F. Hubungan antara HARGA MAKSIMUM DAN EFEKTIF Vef = tegangan efektif (V) i ief  m Vm = tegangan maksimum (V) 2 ief = arus efektif (A) V Vef  m im = arus maksimum (A) 2 Hubungan antara HARGA MAKSIMUM DAN RATA-RATA Vr = tegangan rata-rata (V) 2i ir  m Vm = tegangan maksimum (V)  2Vm ir = arus rata-rata (A) Vr   im = arus maksimum (A) G. Daya Arus Bolak-Balik Daya dalam arus searah dirumuskan P = V.i, dengan V dan i harganya selalu tetap.

Tetapi untuk arus bolak-balik daya listriknya dinyatakan sebagai : perkalian antara tegangan, kuat arus dan faktor daya. P  Vi cos 

Dengan : P = daya listrik bolak-balik (Watt) V = tegangan efektif (V) i = kuat arus efektif (A) Z = impedansi rangkaian (Ohm) Cos θ = faktor daya = R cos   Z

atau

P  i 2 Z cos 

LATIHAN SOAL 1. Jarum suatu voltmeter yang digunakan untuk mengukur sebuah tegangan bolak-balik menunjukkan angka 110 volt. Ini berarti bahwa tegangan tersebut …. 2. Jala-jala listrik di rumah mempunyai beda tegangan 220 V, berapakah harga tegangan maksimumnya ? 3. Diberikan sebuah gambar rangkaian listrik arus bolak-balik yang terdiri sebuah resistor (R), sebuah induktor (L), sebuah kapasitor (C) dan sebuah sumber listrik arus bolak-balik.

Tentukan : a. Nilai frekuensi sudut sumber listrik b. Nilai frekuensi sumber listrik c. Nilai periode sumber listrik d. Nilai tegangan maksimum sumber listrik e. Nilai tegangan efektif sumber listrik f. Nilai tegangan puncak ke puncak sumber listrik g. Nilai reaktansi induktif dari induktor h. Nilai reaktansi kapasitif dari kapasitor i. Nilai impedansi rangkaian j. Nilai kuat arus maksimum rangkaian k. Nilai kuat arus efektif rangkaian l. Nilai tegangan antara titik d dan e m. Nilai tegangan antara titik e dan f n. Nilai tegangan antara titik f dan g o. Nilai tegangan antara titik d dan f p. Nilai tegangan antara titik e dan g

q. Nilai tegangan antara titik d dan g r. Nilai faktor daya rangkaian s. Nilai sudut fase antara tegangan dan arus listrik t. Nilai daya yang diserap rangkaian u. Sifat rangkaian ( kapasitif, induktif atau resistif) v. Nilai tegangan sesaat sumber listrik saat t = (π/150) sekon w. Persamaan kuat arus sumber listrik x. Nilai kuat arus sesaat sumber listrik saat t = (0,016 π) sekon y. Nilai tegangan rata-rata z. Nilai kuat arus rata-rata aa. Lukis diagram fasor arus dan tegangan dari rangkaian RLC di atas bb. Lukis diagram fasor hambatan, reaktansi dan impedansi dari rangkaian RLC di atas 4. Gambar berikut menunjukkan suatu sumber tegangan bolak-balik yang dihubungkan dengan osiloskop. Dengan mengatur tombol skala vertikal pada angka 2 volt/cm dan tombol sweep time 5 ms/cm, maka diperoleh pola gambar seperti di bawah. Dari pola tersebut diinterpretasikan, maka nilai Vef dan f sebesar…

5. Pada rangkaian RLC seri dengan R = 80 Ohm, XL = 100 Ohm, dan XC = 40 Ohm, disambungkan dengan sumber tegangan bolak-balik yang mempunyai tegangan maksimum 120 V. Tentukan arus maksimum pada rangkaian! 6. Rangkaian seri RL terdiri dari R = 20 ohm, L = 30mH dipasang pada tegangan AC 25 V, 500rad/s, maka kuat arus yang dihasilkan…

7. Pada frekuensi 100 Hz, reaktansi dari sebuah kapasitor adalah 4000 Ohm dan reaktansi dari sebuah induktor adalah 1000 Ohm. Jika kapasitor dan induktor itu dipasang pada sebuah rangkaian, maka pada frekuensi berapakah resonansi terjadi ? 8. Pada rangkaian RLC seri dengan R = 40 Ohm, XL = 50 Ohm, dan XC = 20 Ohm, disambungkan dengan sumber tegangan bolak-balik yang mempunyai tegangan efektif 110 V. Tentukan daya yang digunakan oleh seluruh rangkaian.

Post Test Form Penilaian Siswa Nama Siswa/i Kelas di Smakbo Kelas di RY Mata Pelajaran Materi (Bab dan Kompetensi) Tanggal Tingkat Pemahaman Fokus Ketelitian Kerajinan Nilai Post Test Kesalahan Post Tes Tentor (Nama dan ttd) Paraf Koodinator Kompetensi SOAL Kompetensi 1 1. Tuliskan perbedaan arus Ac dan DC! 2. Tunjukkan lembah, puncak, frekuensi, simpangan, dan periode dari :

Kompetensi 2 3. Arus listrik PLN yang sampai ke rumah-rumah mempunyai tegangan 220 V. Tegangan tersebut adalah tegangan… 4. Tegangan maksimum pada generator listrik bolak blik (AC) bergantung pada … 5. Rangkaian seri RC terdiri dari R = 30 ohm dan C = 10 𝜇F, dipasang pada tegangan AC 200 V 2500 rad/s, maka impedansi rangkaian … 6. Perhatikan diagram rangkaian RLC berikut ini! Tentukan nilai kuat arus maksimum yang mengalir pada rangkaian berikut..

7. Perhatikan gambar rangkaian listrik di bawah ini! Jika kuat arus yang melalui rangkaian listrik dengan I = 2,2 A, maka kapasitas kapasitor C besarnya adalah… ….

8. Suatu kumparan dihubungkan dengan tegangan bolak-balik. Melalui data percobaan hasil pengukuran dengan ohmmeter, voltmeter, dan amperemeter diperoleh hasil: 30 ohm, 5 Volt, dan 100 mA. Reaktansi (hambatan) induktif kumparan adalah …. 9. Sebuah sumber tegangan AC dengan persamaan V = 100√2 sin 1000t Volt dihubungkan dengan rangkaian seri RLC. Tentukan daya efektif pada rangkaian jika R = 400 ohm, L = 0.5 H, dan C = 5 𝜇F.