211
Rangkaian Arus dan Tegangan Bolak-Balik
F. Daya pada Rangkaian Arus Bolak- Balik
Apabila pada rangkaian hanya terdapat R saja maka daya yang dipergunakan oleh R akan memenuhi persamaan
sebagai berikut.
Adapun pada rangkaian R-L-C seri maka daya yang diper- gunakan adalah:
ternyata daya ini tidak sesuai dengan kenyataannya. Per- samaan di atas hanya merupakan daya semu saja.
Daya sesungguhnya yang dipergunakan pada seluruh rangkaian R-L-C nilainya tetap seperti pada rangkaian
yang hanya mengandung R saja.
Daya semu selalu memiliki nilai yang lebih besar daripada daya sesungguhnya. Perbandingan antara daya sesung-
guhnya dan daya semi disebut faktor daya.
Apabila dibuat diagram vektornya Sehingga
Jadai, dalam setiap perhitungan daya yang Anda hitung hanyalah daya sesunggunya saja. Perumusannya menjadi
Oleh karena maka besarnya daya yang digunakan
Gambar 4.21
Faktor daya cos = RZ
Di unduh dari : Bukupaket.com
212
Fisika untuk SMAMA kelas XII
oleh rangkaian dapat dituliskan menjadi Ternyata besarnya daya yang sesungguhnya ini merupakan
daya atau energi listrik per satuan waktu yang dipergu- nakan oelh hambatan ohm saja. Hal tersebut disebabkan
tidak ada daya rata-rata yang hilang pada elemen kapasitif murni dalam elemen induktif murni.
Pada kapasitor dan induktor murni, setengah perioda energi diambil. Kemudian, setengah periode berikutnya
diberikan kembali pada rangkaian. Pada kapasitor terjadi pengisian dan pengosongan pada induktor seperti baterai
yag diisi lalu dikosongkan dengan menghasilkan arus.
Di unduh dari : Bukupaket.com
213
Rangkaian Arus dan Tegangan Bolak-Balik
• Arus dan tegangan bolak-balik adalah
arus dan tegangan yang arahnya selalu berubahnya terhadap waktu secara periodik.
Besarnya ini disebut tersebut tegangan atau arus AC Alternating Current.
• Besaran yang terukuran oleh Voltmeter atau
Amperemeter AC adalah nilai rms root mean square
atau nilai efektif dari tegangan atau arus.
• Hubungan antara arus dan tegangan efektif,
serta arus dan tegangan maksimum dari sumber arus bolak-balik adalah
dan •
Nilai rata-rata arus bolak-balik adalah kuat arus bolak-balik yang harganya setara dengan
kuat arus searah yang memindahkan sejumlah muatan listrik yang sama dalam waktu yang
sama.
• Hubungan antara arus dan tegangan rata-rata
serta arus dan tegangan maksimum adalah
dan •
Jika sebuah resistor R dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik, arus dan
tegangan listrik memenuhi persamaan
dan
Ringkasan
• Induktor dengan induktansi diri L dipasang
pada rangkaian tegangan bolak-balik. Arus dan beda potensial antara ujung-ujung
induktor adalah
dan •
Kapasitor dengan kapasitas C dipasang pada rangkaian arus bolak-balik. Arus
dan tegangan antara ujung –ujung
kapasitor adalah dan
• Impedansi rangkaian RLC seri:
• Beda fase rangkaian RLC seri:
• Resonansi Rangkaian RLC
• Faktor daya memenuhi persamaan
• Besarnya daya memenuhi persamaan
Di unduh dari : Bukupaket.com
214
Fisika untuk SMAMA kelas XII
Uji Kompetensi Bab 4
A. Pilihlah satu jawaban yang benar
1. Jika kapasitor C, induksi L, dan tahanan R
dipasang secara seri, maka frekuensi reso- nansi rangkaian dapat diturunkan dengan
…. a. mengecilkan
R b. membesarkan
L c. mengecilkan
C d. membesarkan tegangan pada ujung-
ujung rangkaian e.
mengecilkan arus dalam rangkaian 2.
Sebuah hambatan murni 15 ohm dihubung- kan dengan induktor yang memiliki reaktansi
induktif 20 ohm. Rangkaian ini dipasang pada tegangan efektif bolak-balik 100 volt.
Faktor daya pada rangkaian itu adalah …. a. 0,2
d. 0,5 b. 0,3
e. 0,6 c. 0,4
3. Sebuah hambatan 10 ohm dihubungkan seri dengan sebuah kapasitor 25
m
F. Maka, im- pedansi pada frekuensi 1000 Hz adalah ….
a. 12 ohm
d. 9 ohm
b. 15 ohm
e. 7 ohm
c. 3 ohm
4. Sebuah sumber tegangan arus bola-balik dihubungkan dengan sebuah kapasitor. Arus
efektif yang mula-mula melewati kapasitor adalah i
ef
. Jika kapasitas kapasitor didu- akalikan maka arus efektif yang melewati
kapasitor menjadi …. a. 0,5i
ef
d. 3i
ef
b. i
ef
e. 4i
ef
c. 2i
ef
5. Pada frekuensi 1000 Hz, reaktansi dari sebuah indikator adalah 2000 ohm, dan
reaktansi dari sebuah kapasitor adalah 5000 ohm. Jika induktor dan kapasitor tersebut
kita pasang pada suatu rangkaian, maka resonansi akan terjadi pada frekuensi ….
a.
2500 Hz d.
2236 ohm b.
1823 ohm e.
2500 ohm c. 1500
ohm 6. Jarum suatu amperemeter yang digunakan
mengukur arus pada rangkaian arus bolak- balik menunjukkan angka 10 mA. Ini berarti
bahwa arus yang mengalir pada rangkaian ….
a.
tetap 10 mA b.
berubah antara 0 dan 10 mA c.
berubah antara 0 dan 10mA d.
berubahn antara -10 mA dan 10 mA e.
berubah antara -10mA dan 10mA 7.
Beda potensial jala-jala listrik pada sebuah rumah 220 volt dan memiliki frekuensi 100
Hz, dihubungkan seri dengan R = 10 ohm dan L = 0,03 henry. Arus yang mengalir pada
rangkaian adalah …. a.
15 ampere d.
10,3 ampere b.
3 ampere e.
4 ampere c. 12,5
ampere 8. Sumber arus PLN adalah arus bolak-balik,
tetapi lampu pijar di rumah tidak kelihatan berkedip-kedip sebab ….
a. tekanan lampu pijar relatif
b. tekanan lampu pijar relatif kecil
c. frekuensi arus bolak-balik relatif be-
sar d.
frekuensi arus bolak-balik relatif kecil e.
semua jawaban di atas salah 9. Pada frekuensi 100 Hz, reaktansi daripada
sebuah kapasitor 4000 ohm dan reaktansi daripada sebuah inductor adalah 1000 ohm.
Jika kapasitor dan inductor tersebut dipasang pada sebuah rangkaian, maka akan terjadi
resonansi pada frekuensi …. a. 60
Hz b. 300
Hz c. 400
Hz d. 500
Hz e. 200
Hz 10. Pada frekuensi berapakah sebuah rangkaian
R-L-C seri yang dihubungkan bertegangan bolka-balik akan beresonansi. Apabila R =
80 ohm, L = 1 henry, dan C = 1 F?
Di unduh dari : Bukupaket.com
215
Rangkaian Arus dan Tegangan Bolak-Balik
a. Hz
b. Hz
c. Hz
d. Hz
e. Hz
11. Kita ukur tegangan jaringan listrik di rumah dengan memakai voltmeter, maka yang
terukur adalah tegangan …. a. maksimumnya
b. efektifnya c. sesaatnya
d. rata-ratanya e. minimumnya
12. Dari rangkaian seperti gambar berikut ini jika
harga R, L, dan C cukup sesuai maka akan berlaku ….
a. b.
c. d.
e.
13. Jarum suatu voltmeter yang dipergunakan utuk mengukur suatu tegangan bolak-balik
menunjuk harga 110 volt. Ini berarti bahwa tegangan itu ….
a. tetap b.
berubah antara 0 dan 110 volt c.
berubah antara 0 dan 110 volt
d. berubah antara -110 volt dan +110 volt
e. berubah antara -1100
volt dan + 110 volt
14. Tinjau sebuah rangkaian R-L-C seri seperti gambar berikut. R = 80 ohm, X
L
= 120 ohm, dan X
C
= 60 ohm Dihubungkan dengan sum- ber arus bolak-balik yang memiliki tegangan
efektif 150 V. Daya yang dipakai rangkaian adalah ….
a. 90 W
b. 100 W
c. 120 W
d. 180 W
e. 240 W
15. Jika pada sebuah voltmeter arus bolak-balik terbaca 100 volt, maka ….
a. tegangan maksimumnya 100 volt
b. tegangan maksimumnya 110 volt
c. tegangan efektifnya 100
volt d.
tegangan rata-rata 110 volt e.
tegangan maksimum 100 a. 100
ohm b. 300
ohm c. 400
ohm d. 500
ohm e. 1000
ohm 16. Sebuah sumber tegangan volt dihubungkan
dengan sebuah resistor R = 80 ohm dan induktor L = 0,5 H. Besarnya arus listrik
maksimum yang melalui rangkaian tersebut adalah ….
a. 6
mA b. 12
mA c. 60
mA d. 80
mA e. 120
mA 17. Bola lampu dari 10 watt dan 110 volt dapat
dipakai pada …. a.
arus bolak-balik saja b.
arus searah saja c.
arus bolak-balik maupun searah d.
arus bolak-balik dengan tegangan 220 volt
e. tidak ada jawaban yang benar
18. Tegangan listrik di rumah 220 V.Sebuah alat listrik dengan hambatan 20 ohm dipasang
pada tegangan listrik tersebut. Tentukan nilai efektif dan maksimum arus
a. 10 A dan 14,1 A
b. 14,1 A dan 10 A
c. 11 A dan 15,6 A
d. 15,6 A dan 11 A
e. 11 A dan 7,8 A
Di unduh dari : Bukupaket.com
216
Fisika untuk SMAMA kelas XII
19. Tiga sumber tegangan masing-masing GGL-
nya 1,5 volt dan tahanan dalamnya 1 ohm dihubungkan seri diberi beban tahanan 3
ohm, maka daya yang diberikan pad beban sebesar ….
a. 2716
watt b. 2732
watt c. 274
watt d. 272
watt e. semuanya
salah 20. Sebuah resistor dengan 25 ohm dihubungkan
dengan kumparan yang memiliki induktansi diri 30 MH dan kapasitor yang memiliki
kapasitansi 12 F. Ketiga komponen dirang- kai seri seperti pada gambar berikut ini.
Jika tegangan listrik efektif rangkaian 90 V dan frekuensinya 500 Hz, arus efektif yang
mengalir pada setiap komponen adalah …. a. 0,73
A b. 3,6
A c. 0,77
A d. 1,25
A e. 1,77
A
B. Soal Uraian