Puji
syukur kita panjatkan kepada Allah SWT karena dengan
hidayah nyalah sehingga kita dapat menyelesaikan makalah ini, tak lupa pual
salawat dan salam kita panjatkan kepada junjungan nabi besar Muhammad SAW yang
memberi penerangan bagi umat manusia.
Penulisan makalah ini,
dimasudkan sebagai salah satu tugas Fisika dijurusan Tekhnik informatika Stimik
Handayani Makassar.
Kami
menyadari bahwa makalah ini jauh dari kesempurnaan, dengan kata lain
masih banyak kekurangan baik dari segi penulisan maupun penyajian materi . oleh
karewna itu kami mengharapkan kritik dan saran dari pembaca guna perbaikan
makalah ini kedepannya.
Dalam menyelesaikan
makalah ini, tak lupa pula kami ucapkan terimah kasih kepada berbagai pihak
atas bantuannya dalam penyusunan makalahini Karena makalah
ini dapat terselesaikan tepat waktunya.
Dan kami berharap
semoga makalah ini dapat bermanfaat bagi pembaca dan penulis
khususnya. Amin
DAFTAR ISI
Halaman
Sampul .........................................................................................
Kata
Pengantar ............................................................................................
Daftar
Isi ......................................................................................................
BAB
I Pendahuluan......................................................................................
A. Latar
belakang .....................................................................................
C. Tujuan..................................................................................................
BAB
II PEMBAHASAN..............................................................................
A. Pengertian
rangkaian arus bolak balik .................................................
B. Harga
efektif dan harga rata-rata.........................................................
C. Fungsi
eksponensial dan impedensi.....................................................
D. Rangkaian
RLC....................................................................................
E. Daya dalam
rangkaian AC..................................................................
BAB
III PENUTUP.....................................................................................
A. Kesimpulan ..........................................................................................
B. Saran ...................................................................................................
BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar belakang
Kebutuhan manusia akan
energi banyak ditopang oleh energy listrik. Hal ini dapat dilihat dari kegiatan
sehari-hari yang banyak menggunakan tenaga listrik, seperti lampu,alat-alat rumah
tangga dari elektronik serta mesin-mesin dipabrik.listrik dihasilkan dari
sumber energi listrik atau pembangkit energy listrik yang lazim disebut
generator. Dari sumbernya, energy listrik disalurkan atau ditransisikan kepada
konsumen, menggunakan kawat penghantar atau kawat transisi yang panjangnya biasa
mencapai ratusan kilometer.
Ditinjau dari sifat
alirannya listrik dibedakan antara listrik arus searah dan arus
bolak balik. Arus bolak balik (alternating carrent) atau AC merupakan arus
dengan tegangan yang berubah tanda secara berulang. Listrik PLN menggunakan
arus bolak balik berbentuk gelombang sinusoidal.
Isyarat yang
diproses dalam elektronika banyak berupa arus bolak balik dengan berbagai
bentuk gelombang. Akan tetapi bentuk gelombang yang dasar adalah bentuk
sinusoidal. Oleh karena itu menurutt dalil fourier hambir semua bentuk
gelombang dapat diuraikan dalam bentuk deret fourier menggunakan bentuk
gelombang sinusoidal.
Ada beberapa cara
dalam membahas arus bolak balik. Yang paling umum adalah metode fungsi
eksponensial kompleks. Dengan cara ini aturan yang digunakan pada arus searah
tetap berlaku, asalkan digunakan fasor kompleks. Cara kompleks ini biasanya
digunakan pada rangkain RLC seri dan pararel dengan tekanan pada
pengertian factor kualitas (Q).
B. Rumusan
masalah
1. Bagaimankah
mengaplikasikan konsep arus bolak balik serta penerapannya ?
2. Bagaimanakah
menentukan harga efektif dan harga rata-rata pada arus bolak balik ?
3. Apa
perbedaan rangkain RLC seri dengan RLC parallel ?
C. Tujuan
1. Mampu
menagaplikasikan konsep arus bolak balik serta penerapannya.
2. Dapat
menentukan harga efektif dan harga rata-rata pada arus bolak balik.
3. Dapat
mengetahui perbedaan rangkain RLC seri dengan parallel.
BAB II
PEMBASAN
A. Pengertian
Arus bolak balik
Arus bolak balik
adalah arus listrik yang berbalik arah dengan frekuensi tetep sehingga disebut
arus AC (Alternating Current). Pada listrik arus bolak balik, GGl
serta arusnya mempunyai lebih dari satu arah atau arahnya berubah sebagai
fungsi waktu. Sumber Arus bolak balik adalah generator Arus bolak
balik. Generator Arus bolak balik terdiri atas sebuah kumpuran
persigi yang diputar dlam medan magnet.
Arus bolak balik
dibedakan antara Arus bolak balik yang mempunyai fungsi atau pola grafik
sinusoida dan Arus bolak balik yang non sinusoida seperti pada gambar :
Sumber
arus bolak balik adalah generator arus bolak alik, generator arus bolak
balik terdiri atas sebuah kumparan persegi yang diputar dalam medan magnet. Gaya
gerak listrik (GGL) yang dihasilkan oleh generator arus bolak balik berubah
secara periodic menurut fungsi sinus atau cosinus. GGL sinusoida ini
dihasilkan oleh sebuah kumparan yang berputar dengan laju sudut tetap.tegangan
yang dihasilkan berupa tegangan sinusoida dengan persamaan sebagai berikut:
Ԑ = NBA ω
sin ωt
Atau
Ԑ = Ԑm sin
ωt
Dengan :
Ԑm = NBA ω =
gaya gerak listrik maksimum
N = Jumlah
lilitan kumparan
A = luas
kumparan
B = besarnya
induksi magnetic
ω = frekuensi
sudut putaran kumparan
Beban listrik
dalam rangkaian Arus bolak balik dapat berupa resistor (R), kapasitor (C) dan
indictor (L).
Pada Arus AC diukur
dengan amperemeter AC, besaran yang terukur merupakan nilai rms (root mean
square) atau nilai afektif dari arus,untuk melihat bentuk arus.untuk
melihat bentuk arus sinusoidal yang dihasilkan oleh sumber bolak balik, dapat
digunakan osiloskop. Monitor sebuah osiloskop terbagi-bagi menjadi baris-baris
dan kolom-kolom sehingga membentuk sebuah kotak seperti pada gambar :
Dari gambar diatas
sumbu vertikal menunjukkan nilai tegangan atau arus yang dihasilkan oleh sumber
bolak balik dan sumbu horizontal menunjukkan waktu.
B. Harga
Efektif (Root-mean-square) dan Harga Rata-Rata (average)
Pada listrik arus
bolak ballik besarnya GGL (Ԑ), beda potensial (V) dan arus (I) selalu
berubah sebagai fungsi wkatu. Untuk itu perlu suatu besaran yang bersifat
tetap, tidak digunakan harga efektif dan harga rata-rata, baik untuk
GGl, beda potensial maupun arus.
Alat ukur amperemeter
AC dan volt meter AC dapat mengukur nilai efektif dari arus dan
tegangan bolak balik.nilai efektif arus dan tegangan bolak balik adalah kuat
arus dan tegangan yang dianggap setara dengan arus dan tegangan searah yang
menghasilkan jumlah energy yang sama ketika melalu suatu pengantar dalam waktu
yang sama. Besarnya arus efektifyang mengalir pada sebuah rangakain
seperti pada gambar Dibawah dapat dihitung dengan cara
sebagai berikut.
1. Harga
Efektif (root-mean-square, rms)
Harga efektif arus(Ief = Irms)
dari arus listrik bolak balik didefenisikan setara dengan besarnya arus
rata-rata yang pada besar hambatan dan selang waktu yang sama,menghasilkan
kerja listrik yang sama besar.
Untuk arus rata,jika
arus sebesar I mengallir pada hambatan R selam selang waktu t akan
menghasilkan kerja listrik sebesar:
W = R I2 t
Untuk arus rata, I = Ief
W= R I2ef t
Kerja yang dihasilkan
oleh arus bolak balik pada hambatan R dalam selang waktu t adalah:
W= i2 dt
Dalam waktu setengah
periode, energy yang dihasilkan oleh arus efektif adalah
Wef =
I2ef R T
Untuk selang waktu
satu periode, harga efektif listrik arus bolak balik
Ief = 2 dt
Harga efektif untuk
GGL dan arus adalah
Ԑef = p
Dan
Ief p
Biasanya tanda
atau keterangan efektif tidak dituliskan.itu berarti yang dimaksud adalah harga
efektifnya. Pada umumnya alat-alat ukur listrik bolak balik dikalibrasi
untuk harga efektif untuk tegangan sinusoida.
2. Harga
rata-rata (average-value)
Harga rata-rata arus
dari listrik arus bolak balik didefenisikan setara dengan besarnya arus rata
yang dalam selang waktu sama memindahkan sejumlah muatan yang sama
besarnya.Jika arus rata dengan selang waktu memindahkan sejumlah muatan, q =
I t. Listrik arus rata, arus yang mengalir tetap besarnya, berarti
arus rata-rata dan arus sesaat sama besarnya, atau
I = Ī
q= I t = Ī t
Jumlah muatan yang
dipindahkan oleh arus bolak balik dalam selang waktu t adalah
Untuk selang
waktu satu periode harga rata-rata bagi arus GGL dan tegangan adalah
Untuk arus bolak
balik yang mempunyai pola grafik simetrikm, artinya bagian positif dan
negative sama besar, maka dalam selang waktu t harga rata-ratanya
nol. Dalm hal demikian, harga rata-rata diambil untuk selang waktu
setengah periode.
C. Fungsi
eksponensial dan Impedansi Kompleks
1. Fungsi
eksponensial kompleks
Pada suatu rangkaian
bolak-balik yang terdiri dari sebuah resistor yang seri dengan sebuah kapasitor
seperti pada gambar berikut
Salah satu cara untuk memecahka persamaan diatas
adalah dengan menggunakan fungsi eksponensial kompleks untuk menyatakan suatau
fasor. l Suatu bilangan kompleks dapat dinyatakan sebagai z = x
+ jy dimana j = yang merupakan bilangan khaya (imajener), x disebut bagian
nyata (real) dari, dan ditulis : x = Ri . Besaran y disebut
bagian khayal dan ditulis y = Im .
Suatu
fasor z = x + j y dapat dinyatakan secara mengutup (polar)
dengan menggunakan fungsi eksponensial kompleks:
z = e jɸ
2. Fungsi impedansi
kompleks
Kembali kepersamaan
(1.2)
Vp cos ( ωt
+ɸ )= I (t) R +
Dengan
Vs (t) = Vp cos (ωt
+ɸos) dan I (t) = Ip cos ( ωt +ɸoi) dimana Vs (t) = Vp ej (ωt
+ ɸos)
Impeansi kompleks
untuk reaktansi kapasitif yaiu:
D. Rangkaian
RLC
Rangkaian penting
dalam rangkaina arus bolak balik ialah rangkaian RLC seri dan parallel.
1. Resonansi
RLC-Seri
Sebuah rangkaian yang
terdiri atas hambatan, induktansi, dan kapasitor yang terhubung secara seri dan
dihubungkan dengan sebuah sumber tegangan yang berubah terhadap waktu vs (t)
seperti pada gambar.kita mulai dengan menganalisis arus yang mengalir pada rangkaian.
Pada rangkain
RLC seri adalah rangkain yang terdiri atashambatan inductor dan kapasitor yang
disusun secara seri seperti pada gambar 5 kemudian rangkaian tersebut
dihubungkan dengan sumber tegangan bolak balik. Andaikan arus sesaatnya I
= im sin ωt diperoleh :
Dari gambar diatas
diperoleh:
tan
jika dibuat grafik
tegangan total dan arus pada sebuah grafik,akan didapatkan grafik sebagai
berikut :
Beda fase antara
tegangan total (Vab) terhadap arus adalah dengan 0 < <
900 (tegangan mendahului arus)
2. Impedensi rangkaian RLC
seri
Hambatan total karena
pengaruh resistor R, inductor XL, dan kapasitor XC dalam rangkaian
arus bolak balik dapat diganti dengan sebuah hambatan pengganti yang disebut
impedansi (Z) sehingga akan berlaku hubungan
V = V = I Z
Nah, bagaimanakah cara
mengetahui frekuensi resonansi dari sebuah rangkaian ? dengan mengubah-ubah
frekuensi yang dihasilkan oleh sebuah generator, anda dapat menetukan frekuensi
resonansi dari rangkaian dengan cara frekuensi generator
diubah-ubah mulai dari nilai terkecil, kemudian secara perlahan-lahan
dinaikkan sambil mengamati arusyang terbaca pada amperemeter.
Arus akan
membesar dan akhirnya akan mengecil. Pada arus mencapai nilai
maksimum, frekuensi pada rangkaian itu merupakan frekuensi resonansi.
Banyak peralatan
elektronik memerlukan rangkaian resonans. Diruang sekitar anda,merambat
berbagai gelombang radio dan gelombang televise dengan berbagai macam
frekuensi. Agar pesawat radio atau televise dapat menerima satu macam
frekuensi, dibutuhkan sebuah rangkaian resonansi yang frekuensi resonansinya
dapat diubah-ubah.
Rangkaian
semacam ini disebut rangkaian penala. Pengubahan freuensi resonansi biasanya
dilakukan dengan menggunakan kapasitor yang kapasitasnya dapat diubah-ubah,
disebut kapsitor variable.
E. Daya Dalam Rangkaian Ac
Jika sebuah induktor
dialiri arus listrik bolak balik, pada inductor akan timbul medan magnetic.
Untuk menimbulkan medan magnetik ini dibutuhkan energi yang kemudian akan
tersimpang didalam medan magnetic. Jika arus listriknya dihentikan, medan
magnetic akan hilang.
Bersamaan dengan itu,
energy yang tersimpandidalam medan magnetik pun akan berubah kembali menjadi
energy listrik. Oleh karena inductor dialiri arus bolak balik, akan terjadi
perubahan energy berulang ulang secara periodic dari energy listrik ke medan
magnetikdan sebaliknya dari medan magnetic ke energy listrik.
Peristiwa yang sama
dapat terjadi pada kapasitor. Ketika kasitor dihubungkan dengan tegangan
listrik,di dalam kapasitor timbul medan listrik. Untuk menimbulkan medan
listrik ini dibutuhkan energy yang bersal dari tegangan listrik. Jika tegangan
listriknya diputuskan, medan listrik di dalam kapasitor juga akan menghilang
dan energy yang tersimpan didalamnya akan kembali ke rangkaian dalam bentuk
arus listrik sesaat. Oleh karena kapasitor dihubungkan dengan tegangan bolak
balik, akan terjadi terjadi peristiwa perubahan energy secara periode.
Jadi inductor murni
dan kapasitor murni yang ada didalam rangkaian arus bolak balik tidak menghabiskan
energy listrik karena yang sebenarnya terjadi adalah perubahan secara berulang
energy listrik dari rangkaian kemedan magnet atau medan listrik.
BAB III
PENUTUP
A. Kesimpulan
Aliran listrik
berdasarkan sifatnya dibedakan antara listrik arus searah (direct current, DC)
dan listrik bolak balik (alternating-current, AC) disebut listrik
arus searah jika arahnya tetap, arus searah yang besarnya tetap disebut arus
rata, dan arus searah yang besarnya berubah disebut dengut atau arus pulsa.
Harga efektif dari
listrik arus bolak balik setara dengan besarnya arus rata yang besar hambatan
dan selang wktu yang sama menghasilkan kerja listrik yang sama besar, sedangkan
harga rata-rata dari listrik arus bolak balik setara dengan besarnya arus rata
yang dalam selang waktu memindahkan sejumlah muatan yang sama besarnya.
Keuntungan cara
penyelesaian dengan fungsi eksponensial kompleks dan impedansi kompleks dapat
digunakan untuk menyakan fasor dan diterapkan aturan untuk arus searah.
Untuk resonansi pada
rangakaian RLC sumber tegangannya tetap, artinya nilai rms Vs tidak
tergantuk pada arus yang mengalir dalam rangkaian.
B. Saran
Diharapkan semua pihak
memberikan sumbangsinya dalam menyempurnakan makalah ini.
DAFTAR
PUSTAKA
Hidayat,Fachri.
2015.Arus Bolak-balik. Makassar: Stimik Handayani
- See more at: http://fahryjackers.blogspot.com/
0 komentar: