FISIKA. Sesi RANGKAIAN ARUS BOLAK-BALIK. A. ARUS BOLAK-BALIK a. Persamaan Arus dan Tegangan AC

Transkripsi

1 FISIKA KEAS II IPA - KUIKUUM GABUNGAN 09 Sesi NGAN ANGKAIAN AUS BOAK-BAIK A. AUS BOAK-BAIK a. Persaaan Arus dan Tegangan A Arus bolak-balik adalah arus listrik yang arah dan besarnya senantiasa berubah terhadap waktu dan dapat engalir dala dua arah. Arus bolak-balik diperoleh dari suber tegangan bolak-balik seperti Generator A yang bekerja berdasarkan prinsip huku Faraday. Secara uu, arus dan tegangan bolak-balik yang dihasilkan generator listrik erupakan persaaan sinusoidal dengan frekuensi f, yang eenuhi persaaan: Keterangan: tegangan puncak (volt) I t f arus puncak (apere) waktu (s) π frekuensi (Hz) dan ω π f T It () I sin( π ft + ϕ) I sin( + 90 ) ( t) sinπ ft sin

2 .I I sin( + 90 o ) t θ 90 o (beda fase) sin b. Nilai Efektif Nilai ektif arus atau tegangan bolak-balik adalah arus dan tegangan yang setara dengan harga arus atau tegangan searah, yang dala waktu yang saa dapat enibulkan sejulah energi yang saa pada suatu habatan yang saa. Nilai ektif ditunjukkan oleh alat ukur seperti volteter atau apereeter, sedangkan nilai aksiu ditunjukkan oleh osiloskop. Harga ektif dari arus atau tegangan bolak-balik dengan gelobang sinusoidal adalah 0,707 kali harga aksiunya, diruuskan sebagai: Keterangan: tegangan ektif (volt) tegangan aksiu (volt) I kuat arus ektif (apere) kuat arus aksiu (apere) I dan I I ONTOH SOA. Apabila jaru volteter A enunjukkan 5 volt, aka besarnya tegangan bolak-balik yang diukur adalah... (anggap 4, ) Pebahasan: Tegangan terukur volteter adalah tegangan ektif, aka 5 volt,

3 aka kita dapatkan tegangan yang diukur adalah tegangan aksiu sebesar: 5 volt 5 4, 30volt B. ANGKAIAN AUS BOAK-BAIK Pada rangkaian arus bolak-balik terdapat habatan yang disebut ipedansi Z dala satuan oh, yang terdiri atas habatan urni (resistor-dala oh), habatan induktif (induktor-dala oh), dan habatan kapasitif c (kapasitor-dala oh). a. esistor Murni Apabila sebuah resistor diberi tegangan bolak-balik, aka arus listrik dan tegangannya sasa karena beban resistor tidak enyebabkan adanya geser fasa antara arus dan tegangan pada rangkaian. t I I ω I I O π π sin Maka berlaku: I f dan I ONTOH SOA. Perhatikan gabar! I sin Jika 40 oh, 00 volt, dan frekuensi suber arus 50 Hz, aka besarnya arus yang elalui pada saat t sekon adalah

4 Pebahasan: 00 I 5 Apere 40 ω π f π 50 00πHz It () I sin t sin sin 5 π apere b. Induktor Murni ω I sin O π π I I Napak bahwa arus yang engalir pada induktor tertinggal π rad dari tegangan, berlaku pula : I f dan I di ana ω. Perhatikan gabar! ONTOH SOA I 0,5 H 00 sin 00t Tentukanlah besarnya arus aksiu! Pebahasan: ( t) sin ω00rad/ s dan 00 volt ω 00 05, 00 oh 4

5 Kita dapatkan I 00 apere 00 c. Kapasitor Murni c I c c I c I c ω sin O π π c c Napak bahwa tegangan yang engalir pada kapasitor tertinggal π rad dari arus, berlaku pula: I f dan I di ana I f ONTOH SOA. Sebuah kapasitor 50 µf dihubungan dengan tegangan A. Kuat arus listrik yang engalir eenuhi persaaan, I(t) sin 00 t. Tentukanlah tegangan aksiu pada kapasitor! Pebahasan: F µ 50 0 F 5 0 F I(t) sin 00 t berarti ω 00 rad/s dan I apere Ditanyakan:...? Jawab: ω oh Sehingga I volt d. angkaian - Ipedansi rangkaian diruuskan sebagai: Z + Tegangan ektifnya diruuskan sebagai: + Besarnya sudut fase rangkaian diruuskan, tanϕ 5

6 e. angkaian - Ipedansi rangkaian diruuskan sebagai: Z + Tegangan ektifnya diruuskan sebagai: + Besarnya sudut fase rangkaian diruuskan, tanϕ f. angkaian - Ipedansi dihitung sederhana sekali, yaitu: > Z < Z Z 0 adapun tegangannya: > < 0 g. angkaian -- I I ak sin θ I angkaian seri Ipedansi rangkaian diruuskan sebagai: Z + ( ) Tegangan ektifnya diruuskan sebagai: + ( ) Kuat arusnya dihitung dengan ruusan: I Z Besarnya sudut fase rangkaian diruuskan: tanϕ 6

7 Adapun sifat rangkaian seri --, antara lain:. > angkaian bersifat induktif, arus tertinggal oleh tegangan dengan beda fase - π < ϕ < 0. < angkaian bersifat kapasitif, arus endahului tegangan dengan beda fase π < ϕ < 0 3. angkaian bersifat resistif (resonansi), arus tertinggal oleh tegangan sase, ϕ 0. esonansi pada rangkaian seri -- terjadi jika eenuhi syarat,, Z, dan sudut fase θ 0. Adapun frekuensi resonansinya diruuskan: f π. Perhatikanlah gabar! 8 Ω 3, H 800 µf ONTOH SOA I 0 v/5 rad/s Tentukanlah arus aksiu dan sifat rangkaian tersebut! Pebahasan: Diketahui: 8 oh 3, H 800 μf ω 5 rad/s 0 volt Ditanya: Arus aksiu, I...?; Sifat rangkaian...? Jawab: 4 ω oh 7

8 ω oh 0 4 Z + ( ) 8 + ( 4 0) 0 oh 0 aka arus aksiunya adalah, I apere Z 0 karena > aka rangkaian bersifat kapasitif.. angkaian -- dihubungkan dengan tegangan arus bolak-balik. Jika 0-3 henry dan frekuensi resonansi 000 Hz, dengan enganggap π 0 aka kapasitas kapasitor (dala µf) adalah... Pebahasan: f sehingga f π 4 π 3 ( 0 ) 3 4π0 sehingga didapat 4 050, F 5 µ F h. Daya pada angkaian Arus Bolak-Balik Daya rata-rata pada rangkaian arus A eenuhi persaaan: P I cosϕ atau P I Keterangan: P daya rata-rata (watt), tegangan ektif (volt) I kuat arus ektif (apere) habatan resistor cosϕ faktor daya, diana cosϕ Z atau cosϕ 8