33
KEGIATAN PEMBELAJARAN 2: RANGKAIAN ARUS BOLAK BALIK DAN GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK KELOMPOK KOMPETENSI G
Arus listrik bolak-balik atau alternating current ac sudah merupakan bagian dari kehidupan kita sehari-hari. Bisa dibayangkan bagaimana sulitnya jika kita hidup tanpa listrik bolak-balik.
Sangat banyak peralatan di sekitar kita yang menggunakan arus bolak-balik. Hampir di setiap ruangan di rumah, sekolah, dan kantor terdapat rangkaian arus bolak-balik, seperti
lampu, televisi, komputer, mesin pendingin, microwave, hair dryer, dan lain-lain.
Dalam memahami arus bolak-balik, ada beberapa hal yang harus di pahami, yaitu frekuensi, tegangan efektif, arus efektif, dan daya. Dalam Kegiatan Pembelajaran 2 ini kita akan
membahas tentang listrik bolak-balik, rangkaian arus bolak-balik yang terdiri dari resistor, kapasitor, induktor, rangkaian seri resistor-kapasitor RC, rangkaian seri resistor-induktor
RL, rangkaian seri resistor-kapasitor-induktor RLC, dan ditutup dengan materi tentang gelombang elektromagnetik.
A. Tujuan
Setelah mempelajari modul ini diharapkan Anda dapat memahami materi tentang rangkaian arus bolak-balik; arus dan tegangan efektif RMS, arus bolak balik pada induktansi murni,
arus bolak balik pada kapasitansi murni, impedansi rangkaian seri, disipasi daya pada arus bolak balik, resonansi, dan gelombang elektromagnetik.
B. Indikator Ketercapaian Kompetensi
1. Menganalisis besaran-besaran yang terkait rangkaian RLC. 2. Menganalisis besarnya daya pada rangkaian RLC.
3. Menggunakan persamaan rangkaian arus listrik bolak balik dalam perhitungan. 4. Menjelaskan konsep resonansi dalam rangkaian RLC.
5. Memberikan contoh penerapan gelombang elektromagnetik dalam kehidupan sehari-
hari.
KEGIATAN PEMBELAJARAN 2 RANGKAIAN ARUS BOLAK BALIK DAN GELOMBANG
ELEKTROMAGNETIK
Direktorat Guru dan Tenaga Kependidikan - Kemdikbud
34
KEGIATAN PEMBELAJARAN 2: RANGKAIAN ARUS BOLAK BALIK DAN GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK KELOMPOK KOMPETENSI G
C. Uraian Materi
Mengapa Kita Menggunakan Arus Listrik Bolak-Balik
Sebagaimana telah kita lihat sebelumnya bahwa kumparan yang berputar dalam medan magnetik, menginduksi ggl bolak-balik dan karenanya timbul arus bolak-balik. Disebut ggl
bolak-balik karena besar dan arah ggl induksi tersebut bervariasi secara berkala. Selain itu frekuensi ggl induksi juga dapat diubah dengan mengubah kecepatan kumparan. Hal ini
memungkinkan kita dapat memanfaatkan seluruh rentang spektrum elektromagnetik untuk satu tujuan atau yang lain.
1. Bentuk Grafik Tegangan dan Arus bolak-balik
Seperti telah dijelaskan sebelumnya, salah satu sumber listrik bolak-balik adalah generator bolak-balik. Generator menghasilkan ggl dan arus induksi yang berubah
secara periodik terhadap waktu menurut fungsi sinus atau fungsi cosinus, seperti ditunjukkan pada Gambar 2.1.
Gambar 2.1 a Tegangan bolak-balik yang dihasilkan antara terminal-terminal generator bolak- balik berubah secara sinusoidal terhadap waktu, b Arus yang mengalir pada rangkaian bolak-
balik berubah secara sinusoidal terhadap waktu.
Secara matematis tegangan bolak-balik dinyatakan seperti yang sudah dituliskan pada persamaan 1.6, yaitu:
....................... 2.1 V
maks
= tegangan maksimum atau tegangan puncak, V = tegangan sesaat,
= 2f = frekuensi sudut rads, t = waktu s
V
maks
menunjukkan tegangan maksimum atau nilai puncak. Agar penulisan lambang menjadi lebih singkat, untuk selanjutnya V
maks
akan ditulis sebagai V
o
.
LISTRIK untuk SMP
Mata Pelajaran Fisika SMA
KEGIATAN PEMBELAJARAN 2: RANGKAIAN ARUS BOLAK BALIK DAN GELOMBANG ELEKTROMAGNETIK KELOMPOK KOMPETENSI G
35
Seperti halnya tegangan, arus yang dihasilkan generator ac juga berubah terhdap waktu menurut suatu fungsi sinus atau cosinus, dengan frekuensi sama dengan frekuensi
tegangan yang menimbulkannya. Di dalam rangkaian yang hanya terdiri dari resistor, arus berbalik arah setiap waktu pada saat polaritaskutub terminal generator berbalik.
Perubahan arah arus di dalam rangkaian ini digambarkan dengan grafik pada Gambar 2.1 b. Arus tersebut akan berubah arah sebanyak dua kali dalam setiap siklus.
Persamaan arus bolak-balik bisa diperoleh dengan mensubtitusikan
ft V
V
2 sin
ke dalam
IR V
, sehingga didapatkan:
t I
ft I
I
sin 2
sin
....................... 2.2
dimana I
o
= arus maksimum atau arus puncak yang besarnya sama dengan
R V
I
I = arus sesaat,
2. Daya dan Nilai Efektif
Besar daya yang disalurkan oleh generator pada rangkaian bolak-balik dinyatakan sebagai
IV P
, sama dengan daya pada rangkaian searah. Tetapi pada rangkaian bolak-balik, kuat arus I dan tegangan V bergantung pada waktu sehingga besar daya
naik turun setiap saat. Dengan mensubtitusikan persamaan 2.1 dan 2.2 ke dalam
IV P
maka akan di dapat ....................... 2.3
Persamaan ini dapat digambarkan dengan grafik:
Gambar 2.2 Pada rangkaian AC, daya pada resistor berubah-ubah diantara nilai nol dan nilai puncak I
V , dimana I
dan V adalah arus dan tegangan puncak.
Karena daya pada rangkaian bolak-balik berubah-ubah maka kita harus menentukan daya rata-rata
P
. Daya rata-rata ini besarnya setengah dari nilai daya puncak seperti ditunjukkan pada Gambar 2.2, dan dituliskan dengan persamaan
2 1
V I
P
....................... 2.4 Persamaan 2.28 dapat dinyatakan dengan bentuk lain, yaitu:
