Materi Listrik Bolak Balik Beserta Soal Dan Penyelesaian Listrik Bolak Balik Kelas 12

Table of Contents

 A.      PENGERTIAN ARUS LISTRIK BOLAK-BALIK

Materi listrik bolak-balik (AC) merujuk pada arus listrik yang berubah arah secara periodik. Dalam sistem AC, arus listrik bergerak maju-mundur dalam siklus yang berulang, mengalir dari satu arah ke arah yang berlawanan dalam interval waktu tertentu. Berikut adalah beberapa konsep dan karakteristik penting dari materi listrik bolak-balik:

1. Siklus AC: Siklus AC adalah satu putaran lengkap arus listrik bolak-balik mulai dari arah positif ke arah negatif, kemudian kembali lagi ke arah positif. Periode waktu yang diperlukan untuk menyelesaikan satu siklus disebut periode (T).

2. Frekuensi: Frekuensi AC adalah jumlah siklus yang terjadi dalam satu detik. Ini diukur dalam Hertz (Hz) dan merupakan kebalikan dari periode. Misalnya, jika periode adalah 0,01 detik, frekuensinya adalah 100 Hz (1/0,01).

3. Tegangan AC: Tegangan AC adalah tegangan listrik yang berubah secara periodik seiring dengan perubahan arus. Pada grafik waktu, tegangan AC berbentuk gelombang sinusoidal.

4. Arus AC: Arus AC adalah arus listrik yang berubah arah secara periodik seiring dengan perubahan tegangan. Seperti tegangan AC, arus AC juga berbentuk gelombang sinusoidal pada grafik waktu.

5. Nilai Puncak (Amplitudo): Nilai puncak tegangan atau arus AC adalah nilai maksimum dari gelombang sinusoidal tersebut. Ini biasanya disebut sebagai tegangan puncak (Vpk) atau arus puncak (Ipk).

6. Nilai Puncak ke Puncak: Nilai puncak ke puncak (Vpp atau Ipp) adalah dua kali nilai puncak dari gelombang sinusoidal. Ini merupakan perbedaan antara nilai puncak maksimum dan minimum dalam satu siklus.

7. Perubahan Tegangan dan Arus: Dalam rangkaian AC, tegangan dan arus berubah secara bersamaan. Ketika tegangan mencapai nilai puncak positif, arus mencapai nilai puncak positif juga, dan sebaliknya.

8. Aplikasi: Listrik bolak-balik digunakan secara luas dalam sistem distribusi listrik di rumah, industri, dan komersial karena lebih efisien untuk ditransmisikan melalui jarak jauh dan dapat diubah-ubah menggunakan transformator.

Pemahaman tentang listrik bolak-balik penting karena banyak aplikasi dalam berbagai bidang teknik dan industri. Ini membantu dalam pemahaman tentang distribusi listrik, penggunaan peralatan elektronik, dan desain sistem kelistrikan.

 

1.      Membedakan Tegangan Ac Dan Teganga Dc

Arus bolak-balik atau alternating current (AC) sangat berbeda dengan arus searah. Besarnya tegangan arus searah atau direct current (DC) selalu tetap terhadap waktu, sedangkan besarnya tegangan AC selalu berubah terhadap waktu. Tegangan pada listrik arus bolak-balik membentuk sinusoidal sedangkan tegangan pada listrik arus searah membentuk garis lurus. Perbedaan tegangan DC dan AC dapat kita amati dengan menggunakan alat ukur yang disebut osiloskop.

 

 

Baca Juga: Materi Kinematika Dengan Analisis Vektor dan Soal Kinematika Dengan Analisis Vektor

 

 

 

Pada tegangan AC terdapat tegangan puncak dan tegangan efektif. Tegangan puncak yaitu tegangan maksimal dari listrik AC sedangkan tegangan efektif yaitu tegangan yang terukur saat diukur dengan voltmeter. Hubungan matematis antara tegangan puncak atau tegangan max dengan tegangan efektif yaitu:

2.      Arus Dan Tegangan Sinusoidal     

Sumber arus bolak-balik adalah generator ac yang dapat menghasilkan ggl induksi sebesar

Pada rangkaian arus bolak-balik yang mempunyai hambatan R berlaku juga hukum Ohm. Dengan demikian

B.       IMPEDANSI, TEGANGAN DAN ARUS BOLAK-BALIK

Dalam rangkaian sederhana bolak-balik umumnya terdapat komponen resistor, inductor dan kapasitor. Pada masing-masing komponen tersebut bila dialiri arus listrik AC akan timbul impedansi, tegangan dan arus.

1.      Impedansi

Impedasnsi yaitu hambatan atau reaksi pada rangkaian arus bolak-balik. Hambatan pada resistor dinamakan reaktansi resistantif ( X_R ), pada kapasitor dinamakan reaktansi kapastiif ( X_C ), dan pada inductor dinamakan reaktansi induktif ( X_L ). Besarnya masing-masing hambatan tersebut adalah :

Jika komponen tersebut dalam rangkaian seri seperti di atas, maka impedansinya adalah :

2.      Tegangan Dan Arus Bolak – Balik

Besarnya tegangan total pada rangkaian arus bolak – balik di atas yaitu:

Rangkaian di atas merupakan rangkaian seri, sehingga besarnya arus yang mengalir pada rangkaian tersebut sama besar :

3.      Hubungan Impedansi, Tegangan Dan Arus Bolak-Balik

Secara matematis, hubungan hambatan, tegangan dan arus AC sama dengan pada arus DC berlaku hukum Ohm :

Diagram Pashor

Hubungan antara R, L, C dan Z dapat dinyatakan dalam suatu diagram yang dinamakan diagram pashor. Hubungan XR, XL. Dan XC di gambarkan dalam suatu system sumbu koordinat seperti pada gambar:

θ = beda fase antara tegangan  ( V ) dan arus ( I ) pada rangkaian listrik AC

Resonansi

Resonansi yaitu keadaan dimana XL = XC . keadaan ini dapat terjadi pada frekuensi tertentu. Frekuensi saat terjadinya resonansi disebut frekuensi resonansi besarnya ;

C.      KAPASITOR DALAM RANGKAIAN ARUS BOLAK-BALIK

1.      Pada Ragkaian Kapasitif Arus Mendahului Tegangan

Sebuah kapasitor  ( C ) yan dihubungkan dengan sumber arus bolak-balik ditunjukkan pada gambar. Rangkaian seperti ini disebut rangkaian kapasitif.

Besarnya arus dan tegangan pada rangkaian kapasitif dinyatakan dengan persamaan:

2.      Beda Fase Pada Rangkaian Kapasitif

Dengan melihat grafik sinusoidal dapat dinyatakan bahwa beda fase atau selisih fase  anatara arus dan tegangan pada rangkaian kapasitif adalah  90 derajat ½ π , dengan tegangan ketinggalan oleh arus atau arus mendahului tegangan.

3.      Reaktansi Kapasitif

Hambatan yang timbul pada kapasitor yang dihubungkan dengan rangkaian arus bolak-balik disebut reaktansi kapasitif. Besarnya reaktansi kapasitif di rumuskan :

D.      DAYA PADA RANGKAIAN AC

Inductor murni L dan kapasitor murni C yang berbeda dalam rangkaian AC tidak pernah membuang energy listrik, tetapi hanya melakukan pengalihan bolak-balik energy dari rangkaian ke medan magnetic atau medan listrik. Lain halnya dengan arus yang mengalir melaui penghambat  R . di dalam R , energy di ubah menjadi kalor yang tidak dapat di ubah kembali ,menjadi listrik.

Besarnya energy listrik per satuan waktu yang di ubah menjadi kalor disebut daya listrik. Daya listrik pada rangkaian AC identik dengan daya lisrik pada rangkaian DC yaitu :

Dalam hal ini V_R adalah komponen tegangan yang sefase dengan arus, dengan demikian maka : 

     

besaran cos θ disebut factor daya pada rangkaian. Karena θ dapat berubah, maka daya rangkaian AC pun dapat berubah menurut besarnya sudut fase. Jika pada rangkaian hanya ada R, atau tidak ada L dan C, maka θ = 0 sehinggan cos θ = 1 . dalam keadaan itu , P = V . i

E.       PEMAKAIAN ARUS LISRIK AC

1.      Transmisi Tenaga Listrik

Listrik dari PLN yang kita pakai di rumah adalah listrik arus bolak-balik ( AC ) .Listrik bisa masuk ke rumah kita melalui suatu cara yang disebut transmisi tenaga listrik

2.      Pemakaian Listrik Di Rumah Kita

Arus listrik masuk ke rumah kita melalui kWh meter dan pembatas daya. Alat kWh meter berfungsi untuk mengatur banyaknya energy listrik yang digunakan, sedangkan pembatas daya berfungis untuk membatasi daya maksimum yang dapat di gunakan di rumah kita.

 

 

Jenis dan Macam Arus Bolak Balik

Sebelum menjelaskan pengertian arus bolak – balik, dan untuk mempermudah pengertian arus bolak – balik maka ada beberapa pengertian berikut yang harus dipahami:

• Radian adalah satuan sistem internasional ( SI ) untuk sudut bidang datar. Radian merupakan sudut antara 2 jari-jari lingkaran dengan panjang busur di depan sudut tersebut sama dengan jari-jari lingkaran.
• Kecepatan sudut dinyatakan dengan “ω” )(dibaca omega), yaitu sudut yang ditempuh suatu titik yang bergerak di tepi lingkaran setiap satuan waktu. Contoh nya, Sebuah penghantar ( konduktor ) yang berputar dalam medan magnit dengan kecepatan ω (rad/detik)θ, maka dalam waktu t detik menempuh sudut :
  α = ω x t ……………….rad
  Bila frekuensi yang dihasilkan adalah f Hertz, maka
  ω.t =2.π.f.t………………..rad
• Derajat Listrik, pengertian derajat listrik bisa dijelaskan berdasarkan gambar 2 berikut. Menurut gambar 2, bila kumparan diputar satu putaran penuh ( 3600 putaran mekanik ), tegangan induksi yang dibangkitkan juga dihasilkan dalam satu putaran penuh dalam 3600. Bila kutub magnet nya di perbanyak 2 kali atau menjadi 4 kutub, dan kumparan diputar satu keliling, maka tegangan induksi yang terbangkit menjadi 2 kali nya yaitu 2 siklus ( 7200 ). Dari dua contoh ini merupakan pengertian dari derajat Listrik. Secara matematis dapat dinyatakan sebagai berikut :

 

 

 SOAL DAN PENYELESAIAN LISTRIK BOLAK-BALIK

---

Soal 1. Apabila jarum voltmeter AC menunjukkan angka 220 V, maka ….
A. Tegangan efektifnya 220√2 volt
B. Tegangan maksimumnya 220 volt
C. Tegangan rata-rata 220 volt
D. Tegangan maksimumnya 230 volt
E. Tegangan maksimumnya 220√2 volt

Penyelesaian Fisika: E
Nilai yang ditunjukkan oleh alat ukur voltmeter ketika mengukur tegangan listrik bolak-balik adalah nilai efektip.

 

Soal 2. Sebuah voltmeter AC dihubungkan ke sumber tegangan AC menunjukkan nilai 220 volt, maka arus efektif yang mengalir melalui hambatan 20 Ω adalah ….
A. 10 A
B. 15 A
C. 20 A
D. 12 A
E. 11 A

Penyelesaian Fisika: E

 

Soal 3. Jarum suatu voltmeter yang digunakan untuk mengukur sebuah tegangan bolak-balik menunjukkan angka 220 volt. Ini berarti bahwa tegangan tersebut ….A. tetap
B. berubah antara 0 dan 220 volt
C. berubah antara 0 dan 220√2volt
D. berubah antara -220 volt dan 220 volt
E. berubah antara -220√2 volt dan 220√2 volt

Penyelesaian Fisika:E

 

Soal 4. Susunan seri hambatan 40Ω dan kapasitor dengan reaktasi kapasitif 30Ω dihubungkan dengan sumber arus bolak-balik, tegangan efektif 220V. Tegangan efektif pada resistor adalah…
Penyelesaian Fisika:

Impedansi Rangkaian:

 

Soal 5. Susunan seri hambatan 80Ω dan kapasitor dengan reaktasi kapasitif 60Ω dihubungkan dengan sumber arus bolak-balik, tegangan efektif 300V. Tegangan efektif pada kapasitor adalah…
Penyelesaian Fisika:
Impedansi Rangkaian:

 

Soal 6. Sebuah hambatan 600Ω, induktor 1000Ω dan kapasitor 200Ω disusun seri. Jika susunan ini dihubungkan dengan sumber tegangan efektip 100 V, maka daya rangkaiannya adalah….Watt
Penyelesaian Fisika:
Impedansi Rangkaian:

 

Soal 7 . Sebuah resistor 20Ω, disusun seri dengan sebuah kapasitor. Rangkaian dihubungkan ke sebuah tegangan sumber yang frekuensinya dapat berubah-ubah. Jika tegangan antara ujung-ujung resistor sama dengan tegangan antara ujung-ujung kapasitor, tentukanlah frekuensi sudut sumber tegangan tersebut! 

Penyelesaian Fisika:

 

 

 

 Baca Juga: Materi Hukum Archimedes - Fluida Statis dan Soal Penyelesaian Hukum Archimedes - Fluida Statis

 

 Penelusuran yang terkait dengan LISTRIK BOLAK BALIK KELAS 12

• contoh soal arus bolak-balik
• rangkaian arus bolak-balik
• arus dan tegangan bolak-balik
• materi arus bolak-balik kelas 12 pdf
• rumus arus bolak-balik
• contoh arus bolak balik
• makalah arus bolak-balik
• contoh soal arus bolak-balik dan jawabannya