Arus Bolak Balik

MAKALAH

FISIKA

ARUS BOLAK - BALIK

D

I

S

U

S

U

N

OLEH :

NAMA      : SYAHRUL SILA

NPM          : 2013020183

KELAS     : TEKNIK INFORMATIKA (MALAM)

KATA PENGANTAR

Puji syukur atas kehadirat Allah yang maha kuasa karena berkat rahmat dan hidayahNya sehingga saya dapat menyelesaikan makalah ini tepat pada waktu yang telah ditentukan.

Makalah ini berisi tentang pembahasan “Arus Bolak Balik.”

Makalah ini kami akui masih banyak kekurangan karena pengalaman yang saya miliki masih sangat kurang . Oleh karena itu, kami harapkan kepada para pembaca untuk memberikan masukan-masukan yang bersifat membangun untuk kesempurnaan makalah ini. Dan tak lupa kami berterima kasih kepada dosen pembimbing kami yaitu Ibu Fitrianty yang tak henti-hentinya membimbing kami, agar kami menjadi lebih baik.

Harapan saya semoga makalah ini membantu menambah pengetahuan dan pengalaman bagi para pembaca, sehingga kami dapat memperbaiki bentuk maupun isi makalah ini sehingga kedepannya dapat lebih baik.

Sekian dan Terima Kasih.

Makassar       ,Februari 2014

Penulis

Syahrul Sila

DAFTAR ISI

SAMPUL

KATA PENGANTAR

DAFTAR ISI

BAB I PENDAHULUAN

A.    LATAR BELAKANG

B.     RUMUSAN MASALAH

C.    TUJUAN PENULISAN

D.    MANFAAT PENULISAN

BAB II PEMBAHASAN

A.    Pengertian Arus Bolak – Balik

-          Tegangan pada Fasor

-          Nilai rata – rata dan Nilai efektif

B.     Tegangan sinusoida

C.    Resistor , Kapasitor , Induktor pada rangkaian AC

D.    Rangkaian seri pada arus bolak - balik

E.     Daya Pada Rangkaian Arus Bolak-Balik

F.     Resonansi Pada Rangkaian AC

BAB III PENUTUP

A.    KESIMPULAN

B.     SARAN

DAFTAR PUSTAKA

                                                        

BAB I

PENDAHULUAN

1.      LATAR BELAKANG

Sebagian besar energi listrik yang digunakan sekarang dihasilkan oleh generator listrik dalam bentuk arus bolak-balik. Arus bolak-balik tersebut dapat dihasilkan dengan induksi magnetik dalam sebuah generator AC. Arus dan tegangan listrik selalu mempunyai nilai tetap, tidak berubah terhadap waktu. Arus dan tegangan listrik semacam ini disebut arus dan tegangan DC (Direct Current).  Sedangkan arus dan tegangan listrik yang nilainya selalu berubah terhadap waktu secara periodik disebut arus dan tegangan bolak balik atau arus dan tegang AC(Alternating Current). 

Arus bolak-balik dalam dunia kelistrikan banyak digunakan. Berdasarkan pengertian tersebut, dapat diartikan bahwa arus bolak-balik berbentuk gelombang. Dalam banyak pemakaian, tegangan listrik yang digunakan dihasilkan oleh sumber dalam bentuk tegangan yang dengan waktu secara sinusoida. Demikian juga dalam rangkaian elektronika banyak digunakan tegangan semacam ini yang dihasilkan oleh isolator.

 Dalam rangkaian arus bolak-balik, baik tegangan maupun kuat arusnya berubah-ubah secara periodik. Oleh sebab itu untuk penggunaan yang praktis diperlukan besaran listrik bolak-balik yang tetap, yaitu harga efektif. Tegangan bolak-balik sinusoidal, tersedia dari bermacam-macam sumber. Sumber arus bolak-balik pada umumnya dihasilkam oleh pembangkit tenaga listrik seperti Pembangkit Listrik Tenaga Air, Pembangkit Listrik Tenaga Uap, Pembangkit ListrikTenaga Gas, Pembangkit Listrik Tenaga Angin dan Pembangkit Listrik Tenaga Surya(Panas matahari ). Pernahka anda melihat gardu listrik .? Biasanya merupakan transmisi tegangan tinggi. Secara umum listrik bolak balik berarti penyaluran listrik dari sumbernya (misalnya PLN) ke kantor-kantor atau rumah-rumah penduduk.  Sebuah penghantar dalam rangkaian arus bolak-balik memiliki hambatan, reaktansi induktif, dan reaktansi kapasitif.

2.      RUMUSAN MASALAH

G.    Pengertian Arus Bolak – Balik

-          Tegangan pada Fasor

-          Nilai rata – rata dan Nilai efektif

H.    Tegangan sinusoida

I.       Resistor , Kapasitor , Induktor pada rangkaian AC

J.       Rangkaian seri pada arus bolak - balik

K.    Daya Pada Rangkaian Arus Bolak-Balik

L.     Resonansi Pada Rangkaian AC

3.      TUJUAN PENULISAN

a.       Untuk mengetahui apa itu arus bolak – balik.

b.      Untuk mengetahui hal yang tercakup di dalam arus bolak – balik, seperti bagaimana resistor , resistor dan induktornya,  bagaimana rangkaian R-L-C dalam seri maupun paralel, dan daya serta resonansi pada rangkaian AC.

4.      MANFAAT PENULISAN

a.       Memberikan pemahaman bagi penulis dan pembaca , bagaimana itu sebenarnya arus bolak balik.

b.      Sebagai bahan bacaan bagi para pelajar maupun mahasiwa , sebagai referensi tambahan jika membuat makalah dengan judul seperti ini.

c.       Sebagai bahan pertimbangan bagi mahasiswa yang ingin membuat makalah sejenis ini.

BAB II

PEMBAHASAN

A.    Pengertian Arus Bolak – Balik

Arus bolak balik atau AC (Alternating current) adalah arus yang besar dan arahnya selalu berubah-ubah secara periodik. . Biasanya dihasilkan oleh generator atau dinamo. Nilai arus dan tegangan bolak-balik selalu berubah-ubah menurut waktu, dan mempunyai pola grafik simetris berupa fungsi sinusoda. Tegangan bolak balik adalah tegangan yang besar dan arahnya selalu berubah ubah secara periodik. Besarnya arus dan tegangan bolak balik diukur dengan ampermeter dan voltmeter AC. Arus dan tegangan yang ditunjukkan merupakan harga efektifnya bukan harga maksimummya.

Perbedaan generator AC dan generator DC terletak pada cincin gesernya.

-          Pada generator AC, cincin gesernya tetap (ada 2 cincin) sehingga bersinggungan dengan rotor secara bergantian dan menghasilkan GGL induksi ke segala arah

-          Pada generator DC , cincin gesernya dibelah menjadi 2 sehingga yang bersinggungan dengan rotor tidak mengalami perubahan dan menghasilkan GGL induksi ke satu arah.

 Grafik tegangan berbentuk sinusoidal maka secara matematis dirumuskan :

Ket:

v : tegangan sesaat (volt)

v_m : tegangan maksimum (volt)

f : frekuensi sudut tegangan bolak balik (rad/s)

t : waktu (sekon)

: sudut fase ketika t = 0, biasanya diambil sama dengan 0

Grafik arus berbentuk sinusoidal, maka secara matematis arus bolak balik :

Ket:

I: Arus sesaat (ampere)

I_m: Arus maksimum (ampere)

a.       Tegangan Pada Fasor

Fasor adalah sebuah vektor yang yang berotasi dalam arah yang berlawanan dengan arah perputaran jarum jam dengan laju sudut w konstan yang sama dengan frekuensi sudut dari gerak sinusoidal tersebut.   Fasor digunakan untuk melukiskan tegangan / arus listrik bolak balik . Panjang/besar fasor menyatakan tegangan/arus maksimum  . Arah fasor menyatakan sudut fase ke gelombang pada saat itu.  Berikut adalah gambar diagram fasor.

Keterangan: Proyeksi fasor pada sumbu horizontal dan pada waktu t adalah I cos wt, menyatakan nilai sesaat dari arus tersebut.

b.      Nilai Rata – Rata dan Nilai Efektif

Untuk menentukan nilai rata-rata dan nilai efektif suatu arus dan tegangan bolak balik, kalian harus mengetahui dulu pengertian tegangan maksimum dan arus maksimum.

-          Tegangan maksimum (V_m) adalah nilai terbesar tegangan listrik bolak balik

-          Kuat arus maksimum (I_m) adalah nilai maksimum dari arus bolak balik.

1.      Nilai rata – rata arus bolak balik

-          Nilai rata – rata arus bolak balik adalah kuat arus bolak balik yang nilainya setara dengan kuat arus searah untuk memindahkan sejumlah muatan llistrik yang sama dalam waktu yang sama.

RUMUS :

Keterangan :

I_r             : Kuat arus rata-rata (A)

I_m            : Kuat arus maksimum (A)

-          Tegangan rata – rata arus bolak balik

RUMUS :                           Keterangan : V_{r :} Tegangan rata – rata (volt)

                 V_m :Tegangan maksimum (volt)

2.      Nilai Efektif Arus Bolak – Balik

Nilai efektif arus bolak balik adalah arus bolak balik yang setara dengan arus searah untuk menghasilkan jumlah kalor yang sama ketika melalui suatu resistor dalam waktu yang sama.

RUMUS :

Keterangan : I_ef  : arus efektif (A)

         I_m   : arus maksimum (A)

Nilai efektif tegangan bolak balik adalah adalah tegangan bolak balik yng setara dengan arus searah untuk menghasilkan jumlah kalor yang sama.

RUMUS :

Keterangan :V_ef  : tegangan efektif (volt)

                    V_m   : tegangan maksimum(volt)

B.     Tegangan Sinusoida

Tegangan sumber berubah dengan waktu secara sinusoida yang dinyatakan oleh persamaan berikut :         V = V_m Sin t

Ket  :

V : tegangan sesaat

Vm: tegangan maksimum

: frekuensi sudut (2 f)

Grafik  arus dan tegangan sebagai fungsi waktu :

                 

   

C.    Resistor , Kapasitor , dan Induktor pada rangkaian AC

a.      Resistor

Jika tahanan R dihubungkan dengan sunber tegangan AC, maka arus melemah dan menguat mengikuti GGL. Bolak balik sesuai hukum Ohm, yaitu I=V/R. Beda potensial antara a dan b adalah :

V_ab = v = V_m Sin t

                                                                                            

Nilai arus sesaat yang mengalir pada resistor

RUMUS :

   

Sesuai perumusan V_r dan I_r, maka grafik tegangan dan arus pada resistor berbentuk sinusoidal. Jika tahanan murni R dilewati arus bolak balik, ternyata arus dan tegangan yang diderita tahanan tersebut adalah sefase.  

Resistor sefase = berhimpit

Contoh soal :

Hambatan 100 ohm pada catu daya listrik AC. Persamaannya V = 200 sin (100t + 45^o)

Bagaimana persamaan arusnya?

Diketahui : R = 100 

V = 200 sin (100t + 45^o)

V = 200 sin (100t + 45^o)

Jadi, V_m = 200

Ditanya : Persamaan I

Jawab :

 

200 = I_m . 100

 I_m = = 2 A

Karena I dan V sefase, maka persamaan

 

I = 2 sin (100t + 45^o)

b.      Kapasitor

Tegangan yang melalui sebuah kapasitor C tertinggal dari arus sebanyak 90^o. Amplitudo tegangan dan amplitudo arus dihubungkan oleh V_C = IX_C   dimana  X_C = 1/wC adalah reaktansi kapasitif dari kapasitor itu.

RUMUS :

Q =C. V

Q = C . V_m Sin t

Keterangan :

Q : muatan kapasitor (Coulomb)

C : kapasitas kapasitor (Farad)

Kuat arus yang mengalir melalui kapasitor

RUMUS :

I_C = I_m sin (t + )    X_c = =

X_C = = Reaktansi kapasitif ()

f  = frekuensi (Hz)

I_m = .C. V_m =    I_ef =

Contoh soal :

Sebuah kapasitor mempunyai kapasitas 1mF pada catu daya dengan listrik AC, V= 200 sin (200t – 90^o). Bagaimana arus sesaatnya?

Diket :

C = 1 mF = 10^-3 F

V = V_m sin t

V = 200 sin (200t – 90^o)

V_m = 200

= 200

Dit : Persamaan I

Jawab : X_c =   = =

     = x 10²x 10^-3  = 5 

I_m = = = 40 A

I = I_m sint

  = 40 sin (200t – 90^o+90^o) = 40 sin (200t)

c.       Induktor

Tegangan yang melalui sebuah induktor L mendahului arus sebanyak 90^o.  Amplitudo tegangan dan amplitudo arus dihubungkan oleh V_L = IX_L   dimana  X_L = wL adalah reaktansi induktif dari induktor itu.

  

RUMUS :

V_I = V_m . sin t        I_L = I_m sin (t – 90^o)

Hubungan antara arus maksimum I_m­ dan tegangan induksi maksimum V_m adalah

I_m =        X_L = L

Keterangan:

: kecepatan sudut (rad)

L: Induktansi diri kumparan

: Reaktansi induktif ()

Berbeda dengan resistor, reaktansi induktif besarnya tergantung pada frekuensi

RUMUS : I_ef =

Contoh soal:

Suatu kumparan dengan induktansi diri 0,5 H pada catu daya listrik AC, V= 200 sin (100t + 120^o). Bagaimana persamaan arusnya?

Diketahui :

L = 0, 5 H

V = V_m sin t

V = 200 sin (100t + 120^o)

V_m = 200

= 100

Ditanya: persamaan I

Jawab :

= X_L = L

 = 100 . 0,5 = 50

I_m =  =   = 4 A

I = I_m sin (t – 90^o)

   = 4 sin (100t + 120^o – 90^o)

   = 4 sin (100t + 30^o)

D.    Rangkaian Seri Pada Arus Bolak – Balik

1.      Rangkaian seri R-L-C

Pada bagian sebelumnya telah dibahas mengenai rangkaian-rangkaian R, C, dan L yang dihubungkan terpisah. Maka pada bagian ini kita akan membahas sebuah rangkaian seri yang di dalamnya terdapat ketiga elemen tersebut, yang sering disebut rangkaian seri RLC. Jadi, yang dimaksud rangkaian RLC secara seri ialah rangkaian dari hambatan murni (R) induktor (L) dan kapasitor (C) yang ketiganya dihubungkan secara seri.

Diagram Fasor yang sesuai dengan gambar di atas

Rumus :

Jika tegangan sumber di berikan dengan persamaan V = Vm.sint

Maka arus yang melalui rangkaian tersebut dapat ditulis I = I_m Sin (t- )

Dengan ω adalah frekuensi sudut tegangan gerak elektrik bolak-balik pada persamaan. Im adalah amplitudo arus dan φ menyatakan sudut fase di antara arus bolakbalik dan tegangan gerak elektrik. Jadi akan berlaku persamaan:

V = VR + VC + VL

Pada diagram fasor berlaku :

2.      Rangkaian seri R-C

Diagram fasor yang sesuai dengan gambar

Jika gabungan seri antara resistor R dengan kapasitor C dipasang pada sumber tegangan bolak-balik, maka tegangan kapasitor V_C tertinggal oleh arus I dengan beda fase 90^o, sedangkan tegangan resistor V_R mempunyai fase yang sama dengan arus I. Keadaan ini dapat dapat digambarkan dengan diagram fasor seperti di atas.

Maka berlaku :

Keterangan:

Z = impedansi (W)

φ = beda fase

3.      Rangkaian seri R-L

Rangkaian R-L merupakan Rangkaian yang berisi tahanan dan induktor, Karena seluruh rangkaian memiliki tahanan dan induktansi diri, analisis suatu rangkaian RL dapat diberlakukan untuk batas-batas tertentu pada seluruh rangkaian. Seluruh rangkaian juga memiliki kapasitansi di antara bagian rangkaian pada potensial yang berbeda. Induktansi diri rangkaian mencegah arus naik atau turun seketika.

E.     Daya Pada Rangkaian Arus Bolak Balik

Daya rata-rata (P) adalah jumlah daya sesaat dalam suatu selang waktu dibagi dengan waktunya. Jika daya sesaat dinyatakan dengan (P), maka daya rata-rata (P) untuk selang waktu satu periode (T). Daya sesaat pada sebuah rangkaian seperti yang terlihat pada rangkaian seri RLC di bawah :

Maka dapat dirumuskan :

Keterangan :

 P    = daya (watt)

I_ef  = nilai efektif arus bolak-balik (A)

R    = hambatan (W)

V_R = tegangan pada hambatan (volt)

F.      Resonansi pada Arus Bolak Balik

Resonansi pada rangkaian AC merupakan keadaan dimana reaktansi induktif dan reaktansi kapasitif memiliki nilai yang sama satu sama lain (XL = XC ). Ketika rangkaian AC dalam keadaan resonansi maka reaktansi akan sama dengan ‘0’ (Nol), (X = XL - XC = 0). Frekuensi resonansi (Fr) merupakan frekuensi dimana keadaan resonansi tercapai, dimana phasa tegangan AC dan arus AC berbeda 90° satu sama lain. Rangkaian RLC memiliki suatu frekuensi alami dari osilasi, dan menganggap pada rangkaian tersebut bekerja suatu pengaruh luar, yang di dalam kasus ini adalah tegangan gerak elektrik bolak-balik yang diberikan dalam persamaan V = Vm.sin  t , dengan adalah frekuensi sudut  dari gaya penggerak. Respons maksimum, Irms, terjadi bila frekuensi sudut dari gaya penggerak tersebut persis menyamai frekuensi alami 0  dari osilasi untuk osilasi bebas dari rangkaian tersebut.

Nilai maksimum Irms terjadi bila XL = XC dan mempunyai: Irms, maks =RVrms

Dengan memanfaatkan bahwa XL = XC, maka:.L = 1.C=LC1

Rangkaian R-L-C seri berada pada keadaan resonansi jika harga reaktansi induktif X_L sama dengan harga reaktansi kapasitif X_C, sehingga pada keadaan ini X_L-X_C = 0 atau rangkaian impedansi sama dengan hambatan (Z = R).

Selain itu, pada keadaan resonansi berlaku I = V/R, hal ini karena Z = R.

Keterangan:

L = induksi induktor (H)

C = kapasitas kapasitor (F)

f = frekuensi (Hz)

BAB III

PENUTUP

A.    KESIMPULAN

Dari materi di yang telah di bahas di atas , maka kita bisa simpulkan bahwa Arus bolak balik atau AC (Alternating current) adalah arus yang besar dan arahnya selalu berubah-ubah secara periodik. . Biasanya dihasilkan oleh generator atau dinamo. Nilai arus dan tegangan bolak-balik selalu berubah-ubah menurut waktu, dan mempunyai pola grafik simetris berupa fungsi sinusoda. Tegangan bolak balik adalah tegangan yang besar dan arahnya selalu berubah ubah secara periodik. Besarnya arus dan tegangan bolak balik diukur dengan ampermeter dan voltmeter AC. Arus dan tegangan yang ditunjukkan merupakan harga efektifnya bukan harga maksimummya.

B.     SARAN

Setelah makalah ini dibuat maka saya selaku penulis memberi saran kepada para pembaca supaya jika ada salah penulisan dalam makalah ini , tolong di koreksi karena anda yang bisa merubah semuanya menjadi lebih baik.

DAFTAR PUSTAKA

modul-9-fisika-dasar-2

pertemuan-13-arus-bolak-balik1

4_tiara_listrik-bolak-balik_xii

Arus_bolak_balik.pdf