MODUL FISIKA. TEGANGAN DAN ARUS BOLAK-BALIK (AC) DISUSUN OLEH : NENIH, S.Pd SMA ISLAM PB. SOEDIRMAN

Transkripsi

1 MODUL ISIKA TEGANGAN DAN ARUS BOLAK-BALIK (AC) DISUSUN OLEH : NENIH, S.Pd SMA ISLAM PB. SOEDIRMAN

2 TEGANGAN DAN ARUS BOLAK-BALIK (AC) 1. SUMBER TEGANGAN DAN ARUS BOLAK-BALIK Sumber tegangan bolak-balik adalah generator AC. Output dari generator tersebut pada umumnya berbentuk sinusoidal: V = N A B ω sin ω t V = V max sin ωt Dengan V max = N A B ω = tegangan maksimum Arus listrik yang dihasilkan adalah arus listrik bolak-balik, seperti juga tegangan, arus listrik bolak-balik dituliskan sebagai: I = I max sin ωt V dan I adalah tegangan dan arus listrik bolak-balik sesaat V max dan I max adalah tegangan dan arus listrik bolak-balik maksimum 2. HARGA EEKTI DARI TEGANGAN DAN ARUS BOLAK-BALIK Harga efektif dari suatu listrik bolak-balik sama dengan arus searah yang menghasilkan jumlah kalor yang sama ketika melalui suatu hambatan dalam waktu yang sama. Harga arus efektif adalah: I ef = I max 2 = 0,707 Imax I ef = arus efektif, V ef = tegangan efektif Tegangan V yang berkaitan dengan arus efektif besarnya adalah : V ef = V max 2 = 0,707 Vmax Catatan: harga yang terukur/terbaca pada alat ukur listrik adalah harga efektif dari arus bolak-balik 3. RANGKAIAN SERI ARUS BOLAK-BALIK (RANGKAIAN SERI R-L-C) Rangkaian seri arus bolak-balik mengandung resistor R, inductor L, dan kapasitor C yang dihubungkan secara seri. Bila rangkaian tersebut dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik, maka pada rangkaian akan timbul arus bolak balik. R L C I = I max sin ωt V = V max sin ωt Sama seperti pada rangkaian DC, resistor pada rangkaian AC memberi harga hambatan, dinamakan resistansi, sebesar R Induktor pada rangkaian AC mamberi harga hambatan, disebut reaktansi induktif, X L sebesar: X L = ω L Kapasitor pada rangkaian AC member harga hambatan, disebut reaktansi kapasitif, X C sebesar: X C = 1 ωc Dengan: R = resistansi (ohm, Ω) ω = frekuensi anguler (rad/s) L = induktansi (henry, H) X L = reaktansi induktif (ohm, Ω) C = kapasitansi (farad, ) X C = reaktansi kapasitif (ohm, Ω)

3 Impedansi Untuk Rangkaian Seri R-L-C Rangkaian seri R-L-C memberi harga hambatan total, dinamakan impedansi, Z sebesar : Z = R 2 + (X L X c ) 2 Z = impedansi (ohm, Ω) Diagram Phasor Hubungan antara R, L, C, dan Z dapat dinyatakan dalam suatu diagram yang dinamakan diagram phasor. Hubungan R, X L, dan X C dapat digambarkan dalam suatu system sumbu koordinat seperti gambar di bawah ini : Dengan: X L Dan Z = R 2 + (X L X c ) 2 X L - X C φ R Z tan φ = X L X C R X C φ adalah beda fase antara V dan i Resonansi Kondisi dimana X L = X C dapat dibuat dengan mengatur frekuensi dari sumber tegangan bolak-balik. rekuensi ini disebut frekuensi resonansi. Jadi, X L = X C ωl = 1 ωc ω 2 = 1 LC atau : f = LC 4. DAYA LISTRIK PADA RANGKAIAN ARUS BOLAK-BALIK Daya listrik pada rangkaian arus bolak-balik adalah daya yang terbuang pada hambatan R. ( P R ) P R = (I ef) 2 R P R = (I ef) 2 Z cos φ P R = I ef I ef Z cos φ P R = I ef V ef cos φ P R = P cos φ LATIHAN SOAL NO PERTANYAAN JAWABAN 1 Tegangan listrik dari PLN volt. Bila diukur dengan multimeter, tegangan efektifnya sebesar. a. 110 volt b volt c. 220 volt d volt e. 240 volt

4 NO PERTANYAAN JAWABAN 2 Reaktansi kapasitif sebuah kapasitor pada frekuensi 50 Hz adalah 200 ohm. Nilai kapasitas kapasitor adalah. a. b. c. d. e Dalam rangkaian seri inductor dan hambatan (60 ohm) dalam tegangan arus bolak-balik, kuat arus yang lewat 2 A. Apabila dalam diagram phasor tan φ = ¾, maka tegangan inductor adalah. a. 72 volt b. 90 volt c. 120 volt d. 160 volt e. 200 volt 4 Hambatan 1000 ohm, kumparan 0,5 henry, kapasitas 0,2 µ dirangkai seri dan dihubungkan dengan sumber tegangan arus bolak-balik yang frekuensi angulernya 500 rad/s. harga impedansi tersebut mendekati. a. 100 ohm b. 500 ohm c ohm d ohm e ohm 5 Dalam suatu rangkaian, arus bolak-balik mengalir melalui resistor 8 ohm, inductor dengan reaktansi induktif 4 ohm, kapasitor dengan reaktansi kapasitif 10 ohm seperti pada gambar. Bila V bc = 24 volt, maka tegangan V ad sebesar. a b c d a. 10 V b. 30 V c. 40 V d. 60 V e. 70 V R L C

5 NO PERTANYAAN JAWABAN 6 Suatu kumparan bila dihubungkan dengan kutub-kutub sumber arus searah 20 2 volt menghasilkan arus 4 A. Bila kumparan dihubungkan pada arus bolak-balik, maka untuk menghasilkan arus yang sama diperlukan tegangan 20 6 volt. Jika frekuensi arus bolak-balik 50 Hz, maka induktansi kumparan adalah. Henry a. 0,2 b. 0,2 c. 0,1 d. 0,4 e. 0,4 7 Suaru rangkaian RLC dihubungkan dengan sumber tegangan V = sin 100 t volt. Besar hambatan murni 600 ohm, induktansi diri kumparan 2 Henry dan kapasitor 10 µ. Daya disipasi rangkaian adalah. Watt a. 3 b. 4 c. 6 d. 8 e Dalam rangkaian seri R-L-C diketahui : V = sin 1000 t volt, L = 2 H, R = 1000 Ω dan C = 1 µ. Impedansi dan arus efektif dari rangkaian adalah. a Ω dan 0,71 A b Ω dan 0,071 A c. 141 Ω dan 0,71 A d. 141 Ω dan 0,071 A e Ω dan 7,1 A 9 Pada rangkaian seri RLC, tegangan efektif sumber 80 volt sedangkan tegangan pada resistor 20 V. Beda fase antara arus da tegangan adalah. a. tan -1 ¼ b. Cos -1 ¼ c. Sin -1 ¼ d. tan -1 ¼ e. cos -1 ¼

6 NO PERTANYAAN JAWABAN 10 Pernyataan yang benar tentang terjadinya resonansi pada rangkaian R, L, dan C adalah. a. Reaktansi induktif rangkaian < reaktansi kapasitifnya b. Reaktansi induktif rangkaian > reaktansi kapasitifnya c. Reaktansi induktif rangkaian = reaktansi kapasitifnya d. Impedansi rangkaian = reaktansi kapasitifnya e. Impedansi rangkaian > nilai hambatan R 11 Akibat pengaruh arus bolak-balik pada rangkaian R-L-C seri, maka diperoleh data yang tertera pada gambar di bawah. Berdasarkan data tersebut, maka reaktansi kapasitifnya adalah. R = 160 Ω L C 80 volt 100 volt a. 0 b. 80 ohm c. 120 ohm d. 160 ohm e. 240 ohm 100 volt 12 Suatu rangkaian seri R,L,C dihubungkan dengan tegangan bolak-balik. Apabila induktansi 10-2 henry dan frekuensi resonansi 1000 Hz, maka kapasitas kapasitornya adalah. 10 a. µ 2 b. c. d. e µ 30 2 µ 35 2 µ 50 2 µ

7