1
1.13 Materi Pokok:
Arus Bolak Balik
a. Kompetensi Inti.
Menguasai materi, struktur, konsep, dan pola pikir keilmuan yang mendukung mata pelajaran yang diampu.
b. Kompetensi Dasar KDKelompok Kompetensi Dasar KKD.
Menganalisis rangkaian arus bolak-balik AC serta penerapannya.
c.
Uraian Materi Pembelajaran dilengkapi dengan contoh problem solving.
Menemukan besaran fisis dari data rangkaian R, L, dan C
1.13. Arus Bolak Balik
2.2 Tegangan bolak-balik sinusoida Suatu tegangan bdak-balik dengan bentrk gelombang sinusoida ditrnjukkan
pada Gambar 1.
Gambar1. Tegangan bolak-balik sinusoida
Tampak kekutuban tegangan berubah secara berkala.Periode T menyatakan beda waktu antara dua titik pada bentuk gelombang dengan fasa yang sama,seperti misalnya antara
titik a dan b pacla Gambar 1. V
p
juga disebut tegangan puncak dan V
pp
disebut tegangan puncak ke puncak. Bentuk umum fungsi tegangan sinusoida adalah
Vt = V
p
cos t +
o
1
2
dengan = 2πf = 2πT, yaitu frekuensi sudut dengan satuan rads sedang frekuensi
mempunyai satuan hertz Hz. Besaran t +
o
pada persamaan 1 disebut sudut fasa tegangan, sedangkan
o
disebut tetapan fasa. Suatu besaran ac yang sering digunakan adalah daya rata-rata dalarn satu perioda. Kita
tahu, jika sustu arus it mengalir melalui suatu hambatan R terjadilah lesapan daya yang disebut daya lesapan atau daya disipasi sebesar:
Pt = i
2
t R 3
Daya ini berubah dengan waktu, sehingga perlu dihitung daya rata-rata dalam satu periode, yaitu:
T T
T
dt t
i T
R dt
t i
R T
dt t
P T
P
2 2
1 1
1 4
Besaran dalam kurung disebut rata-rata kuadrat arus. Selanjutnya kita dapat mendefinisikan arus rata-rata kuadrat root means square, rms sebagai:
T rms
dt t
i T
I
2
1 5
Dengan penalaran serupa kita dapat pula mendefinisikan tegangan rms sebagai:
T rms
dt t
v T
V
2
1 6
Untuk tegangan sinusoida dengan Vt = V
p
cos t +
o
akan diperoleh: V
rms
= V
p
√2 =0,707 V
pp
7 Perhatikan bahwa persamaan 7 hanya berlaku untuk bentuk gelombang sinusoida.
Untuk gelombang bentuk lain persamaan ini tidak berlaku. Dari persamaan 4 dan 7 kita peroleh daya rata-rata:
R I
P
rms 2
8
R I
P
p
2 2
1
9
Jika kita alirkan arus searah I melalui suatu resistor R, daya lesapan yang dihasilkan adalah
R I
P
2
10
3
Nyatalah arus I
rms
, adalah arus bolak-balik efektif yang harus dialirkan pada harnbatan R agar menghasilkan daya seperti pada arus searah. Oleh sebab itu arus rms juga disebut
arus efektif, I
ef
. Dalam buku ini akan digunakan istilah rms. Dalam mengukur tegangan bolak-balik dengan voltmeter analog digunakan dioda untuk
membuatnya searah sehingga dihasilkan tegangan berbentuk nilai mutlak daripada bentuk sinusoida seperti ditunjukkan pada Gambar 2.
Gambar 2. a Tegangan AC sinusoida, b Nilai mutlak dari pada tegangan pada a
Akibatnya jarum voltmeter analog akan bergetar amat cepat pada nilai tegangan sama dengan nilai rata-rata daripada bentuk pada Gambar 2b, yaitu yang dikenal sebagai
bentuk gelombang penuh. Niai nta-rata ini dapat diperoleh dengan menghitung luas bagian yang diarsir pada Gambar 2b, dibagi dengan T2, atau
p p
T ra ta
ra ta
V V
dt t
Vp T
V 636
, 2
sin 2
1
2
2.11 Jarum voltmeter akan bergetar pada nilai V
rata-rata
ini. Perhatikan lagi bahwa penurunan 11 juga hanya berlaku untuk tegngan sinusoida. Jika kita bandingkan dengan nilai rms,
maka: V
rms
: V
rata-rata
= 0,707 V
p
: 0,636 V
p
= 1,11 12
atau untuk tegangan sinusoida berlaku: V
rata-rata
= 0,901 V
rms
. Seperti dikemukakan sebelumnya pengukuran dengan voltmeter analog akan
menyebabkan jarum secara langsung menunjukkan pada nilai rata-rata. Namun orang akan lebih menyukai nilai rms, dan ingin agar voltrneter menunjukkan nilai rms, sehingga
pada voltneter ac skala dibuat agar menyatakan nilai rms untuk tegangan sinusoida. Jika jarum menunjukkan 0,901 V
rata-rata,
skala ditulis sebagai 1V rns. Akibatrya, kebanyakan
4
voltmeter AC dan amepermeter AC menunjukkan bacaany ang betul jika digunakan untuk mengukur tegangan ac saja. Untuk tegangan berbentuk lain persamaan 12 tak berlaku,
bacaan voltneter akan menyebabkan kesalahan sistematik.
2.3 Rangkaian RC seri
Kategori