PERANGKAT PEMBELAJARAN SAINS FISIKA SMA

Arus AC dan DC

PERANGKAT PEMBELAJARAN
SAINS FISIKA SMA
Kelas X Semester 2

Standar Kompetensi
Kompetensi Dasar

: Menerapkan konsep kelistrikan dalam berbagai penyelesaian
masalah dan berbagai produk teknologi.
: Mengidentifikasi penerapan listrik AC dan DC dalam
kehidupan sehari-hari.

Oleh :
Ferry Yudha Pratama (063184012)
Universitas Negeri Surabaya
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Pendidikan Fisika
Ferry Yudha .P (063184012)

0

Arus AC dan DC
2007

I.

PENDAHULUAN

Di zaman yang serba modern ini kehidupan manusia tidak dapat dipisahkan dari dunia
kelistrikan. Hal ini terbukti dari hampir semua peralatan yang kita miliki menggunakan
listrik. Untuk bisa bekerja tentu saja peralatan elektronika yang kita miliki harus diberikan
supply tegangan listrik, pada dasarnya ada dua bentuk tegangan listrik yaitu arus bolak balik /
alternating current (disingkat Arus AC) dan arus searah / direct current (disingkat arus DC).
Arus AC dapat diperoleh dengan cara menghubungkan langsung peralatan kita ke kabel PLN
ataupun menghubungkan peralatan kita ke Genset. Sedangkan arus DC dapat diperoleh dari
batu batere ataupun accumulator (disingkat aki). Sesungguhnya arus listrik yang biasanya
diperlukan oleh perangkat elektronika pada rangkaian internalnya ialah arus DC, arus DC
tersebut diperoleh dengan menyearahkan arus AC sehingga menjadi DC dan rangkaian
penyerarah (rectifier) digunakan pada proses ini. Metode ini banyak digunakan pada

perangkat yang membutuhkan daya yang relative kecil.
Sedangkan arus atau tegangan AC (Alternating Current) sendiri
adalah arus atau tegangan yang nilainya selalu berubah terhadap waktu
Arus DC, electron di
secara periodic. Jumlah perubahan arus persatuan waktu disebut
dalam konduktor
frekuensi dan diukur dalam hertz (Hz). Kita dapat membedakan antara
mengalir hanya pada
tegangan DC dengan tegangan AC yaitu dengan melihat bentuk grafik
satu arah. Arus AC,
tegangan yang dihasilkan oleh osiloskop. Tegangan yang digunakan
arah aliran arus
dalam listrik perumahan (yang disediakan oleh PLN) yaitu tegangan
berubah secara terus
AC. Kita dapat membuktikannya dengan menghubungkan stop kontak
menerus.
ke terminal tegangan yang ada pada osiloskp. Maka grafik yang
muncul pada osiloskop berupa grafik “sinusodial”.
Pada arus atau tegangan DC terdapat nilai efektif yang
merupakan nilai dimana tegangan dan arus searah akan mentransfer

atau mendisipasi daya yang sama. Nilai ini bisa digunakan untuk
mendiskripsikan nilai AC.
(a)

(b)

Ferry Yudha .P (063184012)

1

Arus AC dan DC
Gambar Arus AC keluaran PLN (a) dan arus AC melalui Osiloskop (b)

II.

ISI

1. Idintifikasi Arus Searah
Arus searah (bahasa Inggris direct
current atau DC) adalah aliran elektron atau

aliran arus listrik yang konstan dari suatu titik
yang energi potensialnya tinggi ke titik lain
yang energi potensialnya lebih rendah. Pada
umumnya ini terjadi dalam sebuah konduktor
seperti kabel, namun bisa juga terjadi dalam
semikonduktor, isolator, atau juga vakum
seperti halnya pancaran elektron atau
pancaran ion. Dalam listrik arus searah,
muatan listrik mengalir ke satu arah. Istilah
Grafik arus searah pada osiloskop
lama yang digunakan sebelum listrik arus
"http://id.wikipedia.org/wiki/Listrik_arus_searah"
searah adalah Arus galvanis.
Sumber arus listrik searah biasanya adalah baterai
(termasuk aki dan Elemen Volta) dan panel surya. Arus searah
biasanya mengalir pada sebuah konduktor, walaupun mungkin
saja arus searah mengalir pada semi-konduktor, isolator, dan
ruang hampa udara. Arus searah dulu dianggap sebagai arus
positif yang mengalir dari ujung positif sumber arus listrik ke
ujung negatifnya. Pengamatan-pengamatan yang lebih baru

menemukan bahwa sebenarnya arus searah merupakan arus
negatif (elektron) yang mengalir dari kutub negatif ke kutub positif. Aliran elektron ini
menyebabkan terjadinya lubang-lubang bermuatan positif, yang "tampak mengalir dari kutub
positif ke kutub negatif.
1. a. Susunan Sumber Tegangan DC
Sumber tegangan merupakan tempat diperolehnya arus
A
B
listrik yang disebut juga gaya gerak listrik atau ggl. Contoh
sumber tegangan yang sering ditemuidalam kehidupan sehari-hari
adalah batu bateraiaau elemen. Jadi, ggl adalah tegangan pada
ujung-ujung baterai pada saat baterai tidak dihubungkan ke beban
atau alat dan diberi symbol ε (epsilon) dan satuannya volt.
Sedangkan tegangan jepit V adalah tegangan pada ujung-ujung
baterai ketika baterai ketika baterai mengalirkan arus ke beban.
Ketika arus mengalir melalui sumber tegangan maka akan
Gambar diagram baterai
ditemukan tegangan baterai sedikit turun, hal ini terjadi karena
sebagai sumber tegangan
adanya hambatan dalam baterai itu sendiri yang di sebut dengan

dengan ggl ε dan hambatan
hambatan dalam r. hambatan dalam ini tidak dapat dipisahkan
dalam r
karena merupakan bagian dari baterai itu sendiri.
Ketika tidak ada arus yang diambil dari baterai, tegangan jepit VAB sama dengan ggl
ε. Tetapi ketika arus I mengalir dari baterai, penurunan internal pada tegangan yang terjadi
sama dengan Ir (beda tegangan pada hambatan r) sehingga tegangan jepit yang terukur ialah;
VAB = ε - Ir

Ferry Yudha .P (063184012)

………………………………… (1)

2

Arus AC dan DC
1. a. 1. sumber tegangan seri
Apabila baterai tersebut dihubungkan dengan suatu hambatan R akan diperoleh bahwa
I=



……………………………….. (2)

R r

Jika dalam rangkaian tertutup dipasang sejumlah n sumber tegangan yang dipasang
seri dan masing-masing bernilai ε volt dan hambatan dalamnya r, besar tegangan total adalah
(n ε) volt dan hambatan dalam seluruhnya adalah (nr) ohm, sehingga kuat arus yang mengalir
dalam rangkaian adalah;
I=

n
R  nr

……………………………….. (3)

1. a. 2. Sumber Tegangan Paralel
Jika pada rangkaian tertutup dipasang n buah sumber tegangan yang dipasang parallel,
besar tegangan ε akan tetap dan hambatan dalamnya menjadi r/n. Jadi kuat arus yang

mengalir dalam rangkaian ialah;
Pada sumber
tegangan disusun serri
n
n
maka V = n ε.
I = R  r atau I =
nR  r
Sedangkan pada saat
n
……. …………… (4)
sumber tegangan
disusun parallel V = ε
Diskusikan dengan kelompok mu tentang beberapa pembuktian berikut;
1. Buktikan bahwa n sumber tegangan yang disusun serri akan menghasilkan besar
tegangan total sebesar n ε volt, berdasarkan sekema percobaan berikut;
A

P

V

a

Q

b

c

d

e

2. Buktikan bahwa n sumber tegangan yang disusun paralel akan menghasilkan besar
tegangan total sebesar ε tetap, berdasarkan sekema percobaan berikut;
P

Q

A
V

Ferry Yudha .P (063184012)

3

Arus AC dan DC
2. Idietifikasi Arus Bolak-balik
berkelip-kelip yang membuat garis terlihat
menjadi bintik-bintik.
"http://id.wikipedia.org/wiki/Listrik_arus_bo
lak-balik"

Listrik Arus bolak-balik (listrik
AC alternating current) adalah arus listrik
dimana listrik arus searah dimana besarnya
dan arahnya arus berubah-ubah secara bolakbalik. Berbeda dengan arah arus DC yang
mengalir tidak berubah-ubah dengan waktu.
Bentuk gelombang dari listrik arus bolakbalik biasanya berbentuk gelombang

sinusoida, karena ini yang memungkinkan
pengaliran energi yang paling efisien.
Namun dalam aplikasi-aplikasi spesifik yang
lain, bentuk gelombang lain pun dapat
digunakan, misalnya bentuk gelombang
segitiga (triangular wave) atau bentuk
gelombang segi empat (square wave)..

Gambar Lampu-lampu kota yang
dilihat dari kamera yang bergerak. Listrik
arus bolak-balik menyebabkan lampu

Secara umum, listrik bolak-balik berarti penyaluran listrik dari sumbernya (misalnya
PLN) ke kantor-kantor atau rumah-rumah penduduk. Namun ada pula contoh lain seperti
sinyal-sinyal radio atau audio yang disalurkan melalui kabel, yang juga merupakan listrik
arus bolak-balik. Di dalam aplikasi-aplikasi ini, tujuan utama yang paling penting adalah
pengambilan informasi yang termodulasi atau terkode di dalam sinyal arus bolak-balik
tersebut.
2. a. Arus dan Tegangan Bolak- balik
Sumber arus bolak-balik adalah generator arus bolak-balik. Prinsip dasar generator
arus bolak-balik adalah sebuah kumparan berputar dengan kecepatan sudut ωyang berada
dalam medan megnetik. Generator ini menghasilkan gaya gerak listrik induksi (magnetik)
dan arus listrik induksi yang berbentuk sinusoida. Tegangan dan arus bolak-balik tersebut
dapat dapat dinyatakan dalam matematik sebagai berikut :
V = Vm sin ωt = Vm sin 2πft = Vm sin 2π

t
T

………………………. (2)

dan
I = Im sin ωt = Im sin 2πft = Im sin 2π

t
T

………………………. (3)

Dengan :
V,I
Vm , Im

f
T

= tegangan sesaat (V), arus sesaat (A)
= tegangan maksimum (V), arus maksimum (A)
= frekuensi (Hz)
= periade (s)

Ferry Yudha .P (063184012)

4

Arus AC dan DC
t
ωt

= waktu (s)
= sudut fase (radian atau derajat)

2. b. Nilai Rata-rata dan Nilai Efektif
Dalam suatu siklus antuk arus bolak-balik, luas bagian positif sama dengan luas
bagian negative. Akibatnya nilai rata-rata yang diambil untuk satu siklus sama dengan nol.
Karenanya, nilai rata-rata diambil hanya untuk setengah siklus.
Dengan tinjauan luas daerah dibawah untuk grafik arus terhadap waktu sama dengan
jumlah muatan listrik yang mengalir, maka dapat dinyatakan bahwa nilai rata-rata arus
bolak-balik adalah kuat arus bolak-balik yang nilainya setara dengan kuat arus searah
untuk memindahkan sejumlah muatan listrik yang sama dalam waktu yang sama pula.
Ir=

Vr =

2Im


2Vm



………………………………………….. (3)

………………………………………….. (4)

Dengan :
Ir
Vr

= arus rata-rata (A), I m = arus maksimum (A)
= tegangan rata-rata (V), V m = tegangan maksimum (V)

Sedangkan secra fisik dapat dinyatakan bahwa nilai efektif dari arus dan
tegangan bolak-balik ialah kuat arus dan tegangan bolak-alik yang setara dengan arus
dan tegangan searah untuk menghasilkan jumlah kalor yang sama ketika melalui suatu
resistor dalam waktu yang sama. Sehingga secara matematis dapat dinyatakan sebagai
berikut;
Ief =

Im
atau Im = Ief 2
2

……………………………. (5)

dan
Vef =

Vm
atau Vm = Vef 2
2

……………………………. (6)

3. c. Keuntungan Menggunakan Arus AC Dibandingkan Arus DC
Keuntungan menggunakan tegangan AC dibandingkan DC yaitu dengan
menggunakan transformer dapat menaikkan dan menurunkan tegangan transmisi. Listrik DC
tidak dapat ditransformasikan dengan mudah. Selain itu, AC juga mempunyai kelebihan lein
seperti;
Generator AC lebih sederhana, lebih murah dan lebih dapat diandalkan dari pada
generator DC
AC dapat diubah (on ke off atau sebaliknya) seketika pada saklar-saklar atau pemutus
daya pada setiap tegangan
Frekuensinya dapat dikontrol dengan sangat akurat sehingga AC dapat digunakan
pada motor-motor yang membutuhkan kecepatan akurat, seperti jam dan perekam
tape.

Ferry Yudha .P (063184012)

5

Arus AC dan DC

Disediakan sebuah osiloskop yang menghasilkan tampilan pada layar tampak seperti
pada gambar sewaktu tegangan ACdihubungkan pada terminal masukan vertikalnya. Tombol
pnguat vertical osiloskop diatur pada 3V/cm, sedangkan tombol sweeptime (waktu sapu)
horizontal 2 ms/cm, dan tiap kotak mempunyai ukuran 1 cm.
Diskusikan dengan kelompokmu untuk menyelesaikan permasalahan berikut ini; (a)
menentukan berapa tegangan maksimumnya, (b) frekuensi sumber serta, (c) waktu sapu
horizontal ketika disetel pada 0,5 sm/cm.
Semakin tinggi garis vrtikal
pada gravik maka tegangannya
pun semakin besar, sedangkan
semakin panjang garis
horizontal maka frekuensi arus
AC semakin kecil
Gambar grafik arus AC pada Osiloskop

3. Ditribusi Listrik di dalam Rumah
Listrik yang di suplai ke dalam rumah pada umumnys ysitu 220 V dengan frekuensi
50 Hz. Terdapat dua kawat yang menuju rumah, kawat aktif L (live) dan kawat netral N.
kedua kawat ini masuk ke circuit breaker utama, ke KWh meter dan dilanjutkan ke kotak
sekering pelayanan rumah.
Selanjutnya kedua kawat tersebut (L dan N) yang keluar dari kotak pelayanan rumah
dihubungkan ke berbagai rangkaiaan di dalam rumah seperti lampu, saklar ddan stop kontak.
Semua stop kontak dan lampu di dalam setiap rangkaian di hubungkan secara parallel. Ketika
sebuah alat dihubungkan ke stop kontak maka alat tersebut terhubung secara parallel dengan
peralatan lain yang terhubug ke rangkaian tersebut.

4. Sekering dan Circuit Breaker
Setiap rangkaian mempunyai alat pengaman yang mencegah terlalu banyak arus yang
mengalir pada rangkaian. Ketika jumlah arus di dalam rangkaian melibihi batas aman untuk
rangkaian tersebut, maka alat pengaman tersebut akan membuka rangkaian. Sekering
merupakan salah satu alat pengaman tersebut.
Sekering berisi sebuah logam tipis yang
memiliki titik leleh rendah. Ketika arus yang terlalu
besar mengalir melaluisekering, logam tipis tersebut
akan panas dan meleleh. Hal ini menyebabkan rangkaian
menjadi terbuka. Sekering akan meleleh sebelum kawat
tembag pada rangkaian menjadi panas dan meyebabkan
kerusakan.
Circuit breaker merupakan alat yang sama. Circuit
breaker merupakan saklar yang membuka rangkaian
apabila pada rangkaian terjadi kelebihan beban. Circuit

Ferry Yudha .P (063184012)

6

Arus AC dan DC
breaker memiliki kelebihan dibandingkandenga sekering, yaitu dapat direst. Sedangkan pada
sekering apabila telah terbakar tidak dapat digunakan kembali dan harus diganti.

5. Penerapan Listrik AC dan DC Pada Kehidupan Sehari-hari
Transmisi daya listrik dalam jumlah besar dapat dilakukan dengan saluran transmisi
tegangan tinggi. Energi listrik ditransmisikan ke berbagai daerah dengan saluran tegangan
tinggi karena daya yang hilag pada saluran tersebut jauh lebih kecil dibandingkan daya hilang
apabila menggunakan daya rendah. Saluran tegangan rendah tidak berbahaya apabila
dibandingkan dengan tegangan tinggi.
Apabila seluruh total hambatan dari saluran transmisi dari pusat pembangkit listrik ke
cabang local dianggap sebagai R.dan kebutuhan masyarakat akan daya dari cabang local
tersebut sebesar P = VI. Hal ini berarti arus yang yang dipakai oleh cabang yaitu I = P/V dan
semakin tinggi tgangan saluran transmisi, maka arusnya semakin kecil. Serta daya yang
hilang dalam perjalanan saluran transmisi diberikan oleh Philang = I2R, atau dengan
mensubstitusika I, menjadi
P2R
Philang  2
V

……………………………….. (7)

Dengan fraksi daya yang hilang bertambah dengan kenaikan beban P; transmisi daya
kurang efektif untuk kebutuhan yang lebih tinggi.
Philang
P



PR
V2

………………………………… (8)

Hal ini disebabkan karena daya berbanding lurus dengan arus sedangkan daya yang
hilang berbanding lurus dengan arus kuadrat.

6. Aplikasi Listrik AC dan DC dalam Kehidupan Sehari-hari
Listrik DC pada umumnya ditemukan pada peralatan bertegangan rendah, khususnya
yang menggunakan sumber listrik baterai atau aki. Selain baterai dan aki, listrik DC juga
dapat dihasilkan oleh dynamo DC seperti yang diterapkan pada lampu sepeda. Beberapa
peralatan elektronik yang portable (mudah dibawa) seperti mainan anak-anak, lampu senter,
radio mini, dan sebagainya pada umumnya menggunakan listrik DC karena listrik DC
memiliki kelebihan yaitu sumber arusnya (seperti baterai dan aki) mudah untuk dibawa
kemana-mana.
Alat-alat elektronik yang ada saat ini seperti lemeri es, kipas angina, setrika listrik,
pemanas nasi, blender dan lampu penerangan menggunakan suplai listrik AC. Bahkan,
peralatan elektronik yang membutuhka energi DC seperti pemutar DVD, VCD, Tape dan
Radio tetap menggunakan suplai listrik AC yang kemudian disearahkan menjadi DC dengan
menggunakan rangkaian penyearah atau rectifier yang terdapat di dalamnya.

Ferry Yudha .P (063184012)

7

Arus AC dan DC

Arus searah (bahasa Inggris direct current atau DC) adalah aliran elektron atau
aliran arus listrik yang konstan dari suatu titik yang energi potensialnya tinggi ke titik lain
yang energi potensialnya lebih rendah. Dalam listrik arus searah, muatan listrik mengalir ke
satu arah. Istilah lama yang digunakan sebelum listrik arus searah adalah Arus galvanis.
Listrik Arus bolak-balik (listrik AC alternating current) adalah arus listrik dimana listrik
arus searah dimana besarnya dan arahnya arus berubah-ubah secara bolak-balik. Berbeda
dengan arah arus DC yang mengalir tidak
Beberapa peralatan elektronik yang portable (mudah dibawa) seperti mainan anakanak, lampu senter, radio mini, dan sebagainya pada umumnya menggunakan listrik DC
karena listrik DC memiliki kelebihan yaitu sumber arusnya (seperti baterai dan aki) mudah
untuk dibawa kemana-mana.
Alat-alat elektronik yang ada saat ini seperti lemeri es, kipas angina, setrika listrik,
pemanas nasi, blender dan lampu penerangan menggunakan suplai listrik AC. Bahkan,
peralatan elektronik yang membutuhka energi DC seperti pemutar DVD, VCD, Tape dan
Radio tetap menggunakan suplai listrik AC yang kemudian disearahkan menjadi DC dengan
menggunakan rangkaian penyearah atau rectifier yang terdapat di dalamnya.

Foster, Bob. 2003. Fisika SMU jilid 3A. Jakarta : Erlangga
Budi, Kartika dan Ganijanti. 2007. Fisika Untuk SMA dan MA Kelas X. Jakarta:
Widya Utama
Kanginan, Marthen. 2002. Fisika SMU Kelas 1 Semester 2. Jakarta: Erlangga
F:\folder fisika\Arus_searah.html
F:\folder fisika\Listrik_arus_searah.html
F:\folder fisika\Listrik_arus_bolak-balik.html

Ferry Yudha .P (063184012)

8

Arus AC dan DC

1. Mengapa transmisi daya listrikdalam jumlah besar dapat dilakukan dengan
transmisi daya tinggi ?
a. Daya hilang pada transmisi tersebut lebih kecil
b. Daya hilang dalam saluran tersebut tidak ada
c. Agar daya yang dihasilkan juga besar
d. Untuk mempercepat laju pnerimaan listrik
2. Dibawah ini merupakan cirri-ciri alat listrik sekering, kecuali ….
a. Berisi logam tipis dngan titik leleh rendah
b. Merupakannalat pengaman pada perangkat listrik
c. Mencegah terlalu banyak arus listrik yang mengalir pada rangkaian
d. Dapat direset kembali setelah terjadi korsliting
3. Disediakan 4 buah sumber tegangan DC disusun secara seri dengan besar
masing-masing sumber adalah 1,5 volt. Tentukan berapa besar ggl ε total .…
a. 3 volt
b. 4 volt
c. 5 volt
d. 6 volt
4. Hitunglah berapa nilai dari 3 buah sumber tegangan berupa baterai 1,5 volt
yang disusun secara parallel …..
a. 1.5 volt
b. 3 volt
c. 4,5 volt
d. 6 volt
5. Ayah memiliki dua lampu pijar 100 W yang masing-masing bertegangan 110 volt
dan 220 volt.
a. Apa yang terjadi jika lampu dengan tgangan 110 V dipasang pada
tegangan 220 V?
b. Apa yang terjadi jika lampu dengan tgangan 220 V dipasang pada
tegangan 110 V?

Ferry Yudha .P (063184012)

9