Rangkaian Arus Bolak Balik, Rumus Nilai Efektif, dan Contoh Gambar | Fisika Kelas 12
Teman KOCO, pernahkah kmau mendengar sebuah benda yang bernama generator pembangkit listrik? Ya, generator pembangkit listrik biasa digunakan ketika listrik di rumah sedang mati. Nah, benda tersebut merupakan salah satu penerapan dari rangkaian arus bolak balik pada peralatan elektronik. Arus bolak-balik juga dikenal dengan sebutan alternating current (AC) adalah arus dan tegangan listrik yang besarnya berubah terhadap waktu dan mengalir dalam dua arah. Yuk pelajari selengkapnya tentang arus bolak-balik dibawah ini.
Persamaan Arus dan Tegangan Bolak Balik
Arus bolak-balik adalah arus listrik yang arah dan besarnya senantiasa berubah terhadap waktu dan dapat mengalir dalam dua arah. Arus bolak-balik diperoleh dari sumber tegangan bolak-balik seperti generator AC yang bekerja berdasarkan prinsip hukum Faraday. Secara umum, arus dan tegangan bolak-balik yang dihasilkan generator listrik merupakan persamaan sinusoidal dengan frekuensi f. Secara matematis, dirumuskan sebagai berikut:
Keterangan:
I = kuat arus listrik (A)
Im = kuat arus listrik maksimum (A)
V = tegangan listrik (V)
Vm = tegangan listrik maksimum (V)
t = waktu (s)
f = frekuensi (Hz)
Nilai Efektif
Nilai efektif arus atau tegangan bolak-balik adalah nilai arus dan tegangan bolakbalik yang menghasilkan efek panas (kalor) yang sama dengan suatu nilai arus dan tegangan searah. Nilai efektif ditunjukkan oleh alat ukur seperti voltmeter atau amperemeter, sedangkan nilai maksimum ditunjukkan oleh osiloskop. Harga efektif dari arus atau tegangan bolak-balik dengan gelombang sinusoidal adalah 0,707 kali harga maksimumnya. Secara matematis, dirumuskan sebagai berikut.
Vef = tegangan efektif (volt)
Vm = tegangan maksimum (volt)
Ief = kuat arus efektif (ampere)
Im = kuat arus maksimum (ampere)
Rangkaian Arus Bolak Balik
Pada rangkaian arus bolak-balik, terdapat hambatan yang disebut impedansi Z dalam satuan ohm yang terdiri atas hambatan murni R (resistor dalam ohm), hambatan induktif XL (induktor dalam ohm), dan hambatan kapasitif XC (kapasitor dalam ohm).
Rangkaian Resistif Murni
Jika sebuah resistor diberi tegangan bolak-balik, arus listrik dan tegangannya sefase. Hal ini dikarenakan nilai tegangan dan arus akan mencapai nilai maksimum atau minumum pada waktu yang bersamaan.
Dengan demikian, berlaku:
Rangkaian Induktif Murni
Rangkaian Kapasitif Murni
Rangkaian RL
Impedansi rangkaian, tegangan efektif, dan sudut fase rangkaian berturut-turut dirumuskan sebagai berikut.
Rangkaian RC
Impedansi rangkaian, tegangan efektif, dan sudut fase rangkaian berturut-turut dirumuskan sebagai berikut.
Rangkaian LC
Pada rangkaian LC, berlaku aturan berikut.
Rangkaian RLC
Impedansi rangkaian dirumuskan sebagai berikut.
Tegangan efektifnya dirumuskan sebagai berikut.
Kuat arusnya dihitung dengan rumusan berikut.
Besarnya sudut fase rangkaian dirumuskan sebagai berikut.
Faktor Daya dalam Rangkaian Arus Bolak-Balik
Faktor daya (cos φ) 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 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.
Keterangan:
cos φ = faktor daya
Pss = daya sesungguhnya (W)
Psm = daya semu (W)
I = kuat arus (A)
R = hambatan (Ω)
Z = impedansi (Ω)
Untuk menentukan daya sesungguhnya, dapat digunakan rumus berikut.
Keterangan:
P = daya sesungguhnya (W)
Vef = tegangan efektif (V)
Ief = arus efektif (A)
cos φ = faktor daya
Usai menyimak pemaparan diatas, kini kamu makin mahir menguasai seputar rangkaian arus bolak-balik.
Oiya, Minco alias Mimin KOCO juga mau kasih bocoran, nih kalau KOCO Star juga menyediakan media pembelajaran jika kamu masih butuh penjelasan yang lebih lengkap lagi. Langsung klik gambar banner ini, ya!
Dapatkan juga akses ke ribuan materi atau video belajar Matematika, IPA, IPS, Bahasa Indonesia, Bahasa Inggris, serta bantuan langsung dari para guru secara live online dengan berlangganan KODIO Learning.
