Rangkaian Arus Bolak- Balik dan Penerapannya

Rangkaian Arus BolakBalik dan Penerapannya

1


Tidak semua hal yang penting dapat dihitung, dan tidak semua hal yang dapat dihitung itu penting. -Albert Einsten-

i


Kata Pengantar Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT. karena berkat rahmat dan hidayah-Nya penulis telah menyelesaikan buku ini dengan judul “Arus Bolak-Balik dan Penerapannya”. Buku ini ditulis untuk menjadi salah satu referensi belajar siswa kelas 12 semester 2. Dalam penyusunan buku ini penulis banyak mendapat bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada : 1. 2. 3.

Bapak Drs. Iyon Suyana, M.Si. selaku reviewer yang telah memberikan bimbingan dan peninjauan dalam pembuatan buku ini; Kepala Laboratorium Pendidikan Teknologi Dasar FPMIPA UPI yang telah memberikan ijin eksperimen; Kepala Laboratorium Elektronika FPMIPA UPI yang telah memberikan ijin eksperimen;

Penulis sangat berharap buku ini dapat berguna dalam rangka menambah wawasan serta pengetahuan kita. Penulis juga menyadari sepenuhnya bahwa didalam buku terdapat kekurangan, baik dalam hal isi maupun sistematika dan teknik penulisannya. Oleh sebab itu, penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang membangun demi kesempurnaan buku ini. Akhirnya semoga buku ini bisa memberikan manfaat bagi penulis dan bagi pembaca. Aamiin.

Bandung, Januari 2016

Penyusun

ii


Daftar Isi Kalimat Mutiara ................................................................................................ i Kata Pengantar ................................................................................................. ii Daftar Isi........................................................................................................... iii Kompetensi Dasar ............................................................................................. 1 Capaian Pembelajaran ..................................................................................... 2 Peta Konsep ....................................................................................................... 3 Fakta .................................................................................................................. 4 Ticker Timer ................................................................................................... 5 Osiloskop ........................................................................................................ 7 Arus Bolak-Balik .............................................................................................. 8 Karakteristik Rangkaian RLC ...................................................................... 13 Rangkaian Resistif ........................................................................................ 15 Rangkaian Induktif ....................................................................................... 17 Rangkaian Kapasitif .................................................................................... 19 Resistor, Induktor, dan Kapasitor (RLC) .................................................... 21 Impedansi Rangkaian RLC ......................................................................... 24 Penerapan Arus Bolak-Balik ......................................................................... 26 Tuning Frekuensi pada Radio ..................................................................... 27 Alat Penghemat Listrik PLN ...................................................................... 28 Evaluasi ........................................................................................................... 30 Pilihan Ganda .............................................................................................. 30 Esai ............................................................................................................. 33 Glosarium ......................................................................................................... iv Daftar Pustaka ................................................................................................. vi

iii


Kompetensi Dasar 1.1

Bertambah keimanannya dengan menyadari hubungan keteraturan dan kompleksitas alam dan jagad raya terhadap kebesaran Tuhan yang menciptakannya.

2.1

Menunjukkan perilaku ilmiah (memiliki rasa ingin tahu, objektif, jujur, teliti, cermat, tekun, hati-hati, bertanggung jawab,

terbuka,

kritis,

kreatif,

inovatif,

dan

lingkungan) dalam aktivitas sehari-hari sebagai

peduli wujud

implementasi sikap dalam melakukan percobaan dan berdiskusi. 3.8

Menganalisis rangkaian arus bolak - balik (AC) serta penerapannya

4.8 Memecahkan masalah terkait rangkaian arus bolak-balik (AC) dalam kehidupan sehari-hari

1


Capaian Pembelajaran dengan membaca dan mempelajari buku ini, diharapkan :



Peserta didik dapat menguraikan proses terbentuknya arus bolak balik dari generator AC



Peserta didik dapat menganalisis karakteristik tegangan dan arus dari rangkaian resistif



Peserta didik dapat menganalisis karakteristik tegangan dan arus dari rangkaian induktif



Peserta didik dapat menganalisis karakteristik tegangan dan arus dari rangkaian kapasitif



Peserta didik dapat mendiagramkan rangkaian RLC dengan diagram fasor



Peserta didik dapat merumuskan impedansi dari rangkaian RLC



Peserta didik dapat menyimpulkan sifat – sifat rangkaian RLC



Peserta didik dapat menerapkan rangkaian arus bolak-balik pada alat penghemat listrik PLN



Peserta didik dapat mengaitkan rangkaian resonansi dengan tuning frekuensi pada radio

2


Peta Konsep Alat elektronik

Tuning Frekuensi

berupa Aplikasi

memiliki Impedans i memiliki

Resistif

Reaktansi Induktif

Reaktansi Kapasitif

bersifat

bersifat

bersifat

Resistor

Induktor

Kapasitor

mengalir pada

mengalir pada Arus Bolak - Balik

3

mengalir pada


4


-Ticker Timer menghasilkan 50 kali ketukan dalam satu sekon-

gambar 1. Ticker Timer dengan kerangka luar (gambar diambil di LPTD FPMIPA UPI pada tanggal 12 oktober 2015)

Gambar 2. Ticker Timer tanpa kerangka luar

5


1. Bagian-bagiannya adalah sebagai berikut : a.

c. d. e.

Suatu besi yang dililiti kumparan berfungsi menghasilkan elektromagnet untuk menggetarkan plat baja. b. Magnet U berfungsi untuk menginduksi. Tempat tinta (karbon) yang berfungsi sebagai tempat cetak ketikan-ketikan pada kertas pita. Plat baja yang berfungsi sebagai pengetik rekaman waktu pada kertas karbon. Kertas pita merupakan tempat hasil cetakan yang berupa titik-titik yang berasal dari kertas karbon.

2. Prinsip Kerja Ticker Timer a. Prinsip kerja ticker timer menggunakan aturan tangan kanan dan induksi elektromagnet. Cara kerja ticker timer membentuk ketikan berupa titik-titik pada pita ketik dengan selang waktu tetap. b. Alat ini mempunyai sebuah plat baja yang dapat bergetar 50 kali setiap sekonnya. Setiap kali bergetar plat baja ini akan membuat sebuah tanda titik hitam pada kertas pita yang ditarik oleh benda yang akan diamati geraknya. c. Cara kerja ticker timer dengan menggunakan aturan tangan kanan, ibu jari dijadikan sebagai arus, jari telunjuk sebagai induksi magnetik, dan jari yang lain sebagai arah gaya. Pada ticker timer kita menggunakan sumber tegangan (arus) dan akan menimbulkan induksi magnetik serta dapat menunjukkan arah gaya pada saat ticker timer tersebut bekerja. d. Pada rangkaian ticker timer terdapat dua buah dioda dan frekuensi listrik yang dipakai f = 50 Hz. Berarti tiap 1 detik terjadi 50 ketikan. Untuk 10 ketikan diperlukan waktu seperlima (0,2) sekon. Alat ini dapat bekerja pada tegangan 6V dan 12V AC. e. Pada dasarnya alat ini bekerja dari energi elektromagnetik yang kemudian dapat menggerakkan plat baja menghasilkan ketikan pada kertas karbon yang kemudian tercetak pada kertas pita.

6


-Display osiloskop menunjukan gelombang sinusoidal-

gambar 3. Display Osiloskop (gambar diambil pada 22 september 2014 di LE FPMIPA UPI) Sebuah osiloskop merupakan alat berfungsi untuk menampilkan bentuk gelombang. Alat ini sangat diperlukan untuk menguji rangkaian listrik maupun rangkaian elektronik. Pada osiloskop dapat membaca arus dan tegangan dari arus ac yang keduanya ditampilkan dalam sebuah bentuk gelombang pada layar display dalam bentuk gelombang sinusoidal. Dari hasil pengujian tersebut, diketahui bahwa listrik yang mengalir di rumah-rumah dari PLN adalah arus listrik bolak-balik yang berfase (fase).

7


8


Sadarkah kita bagaimana lampu dan peralatan rumah di dalam rumah kita bisa bekerja? Dengan adanya arus listrik yang mengalir pada alat-alat rumah tangga itu bukan? Lalu seperti apa arus listrik yang dialirkan kepada alat-alat rumah tangga dan juga lampu-lampu yang ada di rumah kita? Jawabannya arus yang mengalir ke rumah kita adalah arus yang dihasilkan oleh generator lalu didistribusikan oleh Perusahaan Listrik Negara (PLN) ke rumah-rumah kita. Arus listrik yang berasal dari PLN ini adalah arus bolak-balik atau disebut dengan arus AC (alternating current). Arus listrik AC merupakan arus listrik yang arahnya bolak-balik pada sebuah rangkian listrik yang dihasilkan oleh generator AC. Sekarang setelah arus bolak balik atau arus AC terbentuk dari generator bagaimana arus ini bisa sampai ke rumah kita? Ternyata arus listrik ini dilewatkan pada alat yang bernama transformator, yaitu alat yang dipergunakan untuk menaikkan ataupun menurunkan tegangan arus AC. Transmisi daya listrik jarak jauh yaitu pembangkit listrik biasanya dibangun jauh dari pemukiman penduduk. Proses pengiriman daya listrik kepada pelanggan yang jaraknya jauh disebut transmisi daya listrik jarak jauh. Untuk menyalurkan energi listrik dari pembangkit listrik ke konsumen yang jauh, tegangan yang dihasilkan generator pembangkit listrik perlu dinaikan mencapai ratusan ribu volt. Untuk itu, diperlukan trafo step up. Tegangan tinggi ditransmisikan melalui kabel jaringan listrik yang panjang menuju konsumen. Sebelum masuk ke rumah-rumah konsumen tegangan listrik diturunkan menggunakan trafo step down sehingga menghasilkan tegangan listrik 220 volt. Transmisi jarak jauh ini dapat dilakukan dengan menggunakan tegangan besar dan arus yang kecil. Dengan cara itu akan diperoleh beberapa keuntungan, yaitu

9


energi yang hilang dalam perjalanan dapat dikurangi dan kawat penghantar yang diperlukan dapat lebih kecil serta harganya lebih murah. Tenaga listrik yang dihasilkan oleh pembangkit listrik besar dengan tegangan dari 11 kv sampai 24 kv, kemudian dinaikan tegangannya oleh gardu induk dengan transformator step up hingga tegangannya mencapai 70 kv, 220 kv, atau 500 kv yang kemudian disalurkan melalui saluran transmisi. Tujuan menaikan tegangan ialah untuk kerugian daya listrik pada saluran transmisi, dimana dalam hal ini dengan daya yang sama bila nilai tegangannya diperbesar, maka arus yang mengalir semakin kecil sehingga kerugian daya juga akan diperkecil. Kerugian daya sebanding dengan kuadrat arus yang mengalir. Transformator sederhana terdiri atas dua kumparan kawat, yaitu kumparan primer dan kumparan sekunder. Kumparan tersebut dililitkan pada inti besi, seperti gambar di bawah ini:

gambar 4. Sketsa Transformator

Ada saat arus bolak-balik melalui kumparan primer, kumparan dan inti besi tersebut menjadi bersifat magnet. Karena arusnya berubah-ubah (arus bolak-balik), maka medan magnet yang dihasilkan juga berubah. Perubahan medan magnet ini menghasilkan arus induksi pada kumparan sekunder. Arus induksi yang terjadi pada kumparan sekunder menunjukkan bahwa pada ujung-

10


ujung kumparan sekunder terdapat beda potensial. Jika beda potensial pada kumparan sekunder lebih besar daripada beda potensial kumparan primer, maka transformator tersebut merupakan transformator penaik tegangan (step up). Sebaliknya jika beda potensial kumparan sekunder lebih kecil daripada beda potensial

kumparan

primer,

maka

transformator

tersebut

merupakan

transformator penurun tegangan (step down). Besar beda potensial pada kumparan sekunder bergantung pada jumlah lilitan kumparan sekunder dibandingkan dengan jumlah lilitan pada kumparan primer. Jika jumlah lilitan pada kumparan sekunder semakin banyak, maka beda potensial pada kumparan sekunder juga semakin besar. Sebaliknya jika jumlah lilitan pada kumparan sekunder semakin sedikit, maka beda potensial pada kumparan sekunder juga semakin kecil. Secara matematis hubungan antara jumlah lilitan dengan beda potensial pada kumparan transformator dapat dirumuskan : ……………………………….. (1) Di bawah ini terdapat gambaran bagaimana listrik dari pembangkit dapat sampai ke rumah-rumah :

gambar 5. Distribusi Listrik Hingga ke Rumah-rumah (gambar diambil dari ilmulistrik.com)

11


Dari uraian di atas dapat kita ketahui bahwa listrik di rumah kita merupakan listrik AC yang memiliki tegangan 220 volt. Hal tersebut dapat dibuktikan

dengan

mencolokkan

kabel

ke

stop

contact,

kita tidak

memperhatikan polaritasnya karena pada arus AC polaritasnya berubah-ubah. Sehingga, arus dan tegangannya berubah terhadap waktu. Melalui osiloskop, kita dapat mengetahui bahwa tegangan berubah terhadap waktu dengan ditunjukkan oleh bentuk gelombangnya yang sinusoidal. Gelombang sinusoidal menyatakan bahwa arus dan tegangan listrik bolak – balik, arahnya selalu berubah-ubah secara kontinu/periodik terhadap waktu. Sering kali kita mendengar bahwa frekuensi PLN adalah 50 Hz. Apabila kita sudah memahami apa itu arus bolak-balik maka kita dapat mengetahui apa maksudnya. Jika pergantian kutub terjadi 80 kali dalam satu detik, maka dapat dikatakan frekuensi sumber AC tersebut adalah 80 Hz, berarti untuk frekuensi 50 Hz sumber AC tersebut terjadi pergantian kutub sebanyak 50 kali dalam satu detik.

12


13


Arus dan tegangan bolak-balik dapat kita nyatakan sebagai fungsi sinus waktu : ………………………………………….. (2) ………………………………………… (3) Dengan

dan

menyatakan nilai maksimum dari arus

dan tegangan. Gelombang sinusoidal memiliki frekuensi yang sama dan memiliki perbedaan fase yang menyatakan perbedaan sudut di antara keduanya. Terdapat istilah mendahului, tertinggal, sefase, dan beda fase yang digunakan untuk menunjukkan hubungan antara satu gelombang dengan gelombang yang lainnya melalui persamaan umum gelombang. Dalam hal ini kita nyatakan perbedaan sudut atau fase gelombangnya dengan cara grafis menggunakan domain ruang atau diagram fasor. Diagram fasor merupakan diagram yang menyatakan suatu besaran dengan vektor. Fasor berasal dari bahasa Inggris phasor (fasa vector atau vektor fase). Fasor itu sendiri merupakan suatu garis yang diproyeksi melalui nilai sumbu vertikal pada gelombang sinus. Proyeksi vertikal dari garis ini adalah vertikalnya adalah

, dengan

dan proyeksi

. Jika kita memberi simbol V pada

proyeksi vertikalnya, maka diperoleh persamaan yaitu persamaan untuk suatu tegangan sinusoidal. Apabila fasor memiliki panjang sebesar

gelombang tersebut menunjukkan nilai

tegangan. Namun, bila fasor memiliki panjang sebesar I m, gelombang

14


tersebut menunjukkan nilai arus, maka untuk persamaan arus …………………………………………………… (4)

…………………………………………………… (5)

a.

Rangkaian Resistif

gambar 6. Rangkaian Resistif keterangan : = Hambatan / Resistor (bersifat resistif) = Sumber tegangan bolak-balik

15


Gambar diatas merupakan rangkaian AC yang mengandung resistor murni dengan hambatan listrik sebesar R. Rangkaian ini dinamakan rangkaian resistif yang dialiri arus AC. Besar tegangan pada arus hambatan berubah-ubah secara sinusoidal, demikian juga dengan kuat arusnya. Antara kuat arus dan tegangan tidak ada perbedaan fase, artinya pada saat tegangan maksimum, kuat arusnya juga mencapai harga maksimum. Sehingga untuk rangkaian resistor (resistif) tegangan pada resistor

sama dengan tegangan sumber V, yaitu :

………………………………………………... (6) ; Grafik dan diagram fasor untuk rangkaian resistat arus bolakbalik adalah sebagai berikut:

gambar 7. Grafik Rangkaian Resistif

16


V

V m

i

im

gambar 8. Diagram Fasor Rangkaian Resistif

b. Rangkaian Induktif

gambar 9. Rangkaian Induktif keterangan : = Kumparan / Induktor (bersifat induktif) = Sumber tegangan bolak-balik

Kumparan kawat yang dililitkan pada inti besi yang memiliki hambatan kawat nol merupakan sebuah induktor. Gambar diatas merupakan induktor yang dialiri arus AC, rangkaian tersebut dinamakan rangkaian induktif yang akan muncul hambatan pada induktor. Menurut Lenz, jika induktor tersebut dialiri arus bolak-balik maka akan terjadi perubahan fluks magnetik yang menimbulkan GGL induksi akan melawan dan menahan arus yang datang, sehingga muncul hambatan pada induktor. GGL induksi pada kumparan

17


sebanding dengan laju kenaikan arus masuk, dengan konstanta pembandingnya adalah nilai induktansi diri (L).

……………………………………… (6) Tegangan pada induktor sama dengan tegangan pada sumber AC dimana

sehingga :

…………………………………….. (7)

18


Dari persamaan tersebut, tampak bahwa pada rangkaian induktif ini terdapat beda fase antara arus dan tegangan, yaitu sebesar sudut fase sebesar

. Sehingga grafik dan diagram

fasor untuk rangkaian induktif ini adalah :

gambar 10. Grafik dan Diagram Fasor Rangkaian Induktif V m

Im gambar 11. Grafik dan Diagram Fasor Rangkaian Induktif

c. Rangkaian Kapasitif

gambar 12. Rangkaian Kapasitif keterangan : = Kapasitor (bersifat kapasitif) = Sumber tegangan bolak-balik

19


Gambar diatas merupakan rangkaian arus yang hanya mengandung kapasitor murni dengan kapasitas sebesar C, dialiri arus bolak-balik maka pada kapasitor tersebut akan timbul resistansi semu atau disebut juga dengan istilah reaktansi kapasitif. Ketika kapasitor dialiri arus DC terjadi aliran arus yang berkurang secara eksponensial terhadap waktu, maka plat akan terisi hingga memiliki tegangan yang sama dengan sumber tegangan pada rangkaian tersebut. Namun, berbeda halnya ketika kapasitor dialiri arus AC, dalam hal ini terjadi beda potensial yang berubah sehingga arus tetap mengalis. Tegangan pada kapasitor pada rangkaian ini sama dengan tegangan pada sumber AC,

, sehingga

muatan listrik (Q) dapat disimpan oleh sebuah kapasitor dengan kapasitas C adalah

20


…………………………………………. (8)

Dari persamaan tegangan dan arus diatas, maka grafik dan diagram fasor untuk rangkaian kapasitor murni yang dialiri arus AC ini adalah

gambar 13. Grafik Rangkaian Kapasitif Im Vm

gambar 14. Diagram Fasor Rangkaian Kapasitif

d.

Resistor, Induktor, dan Kapasitor (RLC) Setelah membahas mengenai arus dan tegangan pada setiap rangkaian dari rangkaian resistif, induktif, dan kapasitif

21


maka kita dapat merangkai ketiganya sebagai rangkaian seri dengan menggunakan rangkaian arus AC, seperti ditunjukkan pada rangkaian dibawah ini :

gambar 15. Rangkaian RLC

Komponen listrik yang dipasang seri memiliki arus yang sama yaitu

jika kita ubah dalam bentuk

eksponensial maka persamaannya menjadi

.

Namun, untuk tegangan pada setiap komponen tersebut berbeda tetapi tegangan ketiga komponen harus sama dengan tegangan sumber arusnya. Pada Resistor (R) :

Pada Induktor (L) :

Pada Kapasitor (C) :

22


Sehingga didapat :

dimana,

…………………………….. (9)

Z : Impedansi Sehingga, diagram fasor untuk RLC adalah : VL VR

VC

gambar 16. Diagram Fasor Rangkaian RLC VL V VL - VC

V

m

V gambar 17. Diagram Fasor Rangkaian RLC R

C

23


e.

Impedansi Rangkaian RLC Efek hambatan total yang dilakukan oleh resistor induktor

, dan kapasitor

,

dalam rangkaian arus bolak-

balik dapat kita gantikan dengan sebuah hambatan pengganti yang kita sebut dengan impedansi

rangkaian RLC.

……………………………………………. (10)

Sifat rangkaian RLC dapat digolongkan berdasarkan perbedaan reaktansi induktif, kapasitif, dan resistif, atau resonansi : 1.

Rangkaian bersifat induktif jika yaitu

2.

tertinggal

dari

tegangan

Rangkaian bersifat kapasitif jika yaitu

3.

arus

atau

arus

mendahului

sebesar

atau tegangan

Rangkaian bersifat resistif atau resonansi jika atau

yaitu arus sefase dengan tegangan.

24

sebesar


Frekuensi

sumber

yang

menyebabkan

terjadinya

resonansi disebut frekuensi resonansi dan besarnya dapat ditentukan sebagai berikut : …………………………………………. (11)

……………………………………(12) Saat terjadinya resonansi berlaku impedanasi rangkaian bernilai minimum maksimum

dan kuat arus rangkaian bernilai

.

Gambar 18. grafik rangkaian RLC

25


26


-Rangkaian Resonansi dan Pemanfatannya untuk Tuning Frekuensi pada RadioRangkaian RLC akan beresonansi dengan suatu cara yang sama yaitu sebagai Rangkaian LC, bersamaan dengan terbentuknya osilator harmonik. Pada tiap-tiap osilasi akan menyebabkan sirkuit menjadi mati dari waktu ke waktu apabila tidak seterusnya dijalani dengan sumber. Hal inilah yang menjadi perbedaan dan terlihat pada resistor. Reaksi ini yang disebut sebagai redaman. Pada penggunaan arus AC untuk sebuah rangkaian RLC yang seri, akan menyebabkan arus listrik dapat hambatan dari R, L, dan C. Impedansi (Z) adalah nama dari hambatan yang terjadi tersebut. Bila ditelaah lebih lanjut, penggabungan dengan cara vektor antara R, XL, dan XC itu yang disebut dengan impedansi dan besarannya diketahui dengan satuan Z tersebut. Untuk sirkuit yang terdapat pada gambar 14 ini terdapat berbagai macam jenis dari RLC. Hal ini menyebabkan rangkaian RLC adalah jenis yang paling banyak dipakai diantara banyaknya jenis rangkaian osilator. Pada televisi ataupun radio, terdapat alat penerima yang disebut tuning. Rangkaian tuning ini sangat penting, karena penggunaannya yang untuk memilih rentang dari frekuensi sempit pada gelombang radio.

gambar 17. Tuning pada Radio

27


-Alat Penghemat Listrik PLNRangkaian Penghemat Listrik adalah suatu rangkaian yang dibuat atau dirancang dengan tujuan untuk menghemat penggunaan daya pada alat elektronik. Rangkaian ini sering digunakan dalam pembuatan stabilizer. Produk – Produk tersebut memiliki rancangan yang akan memanipulasi dan mengatur pemakaian listrik untuk menjalankan perangkat elektronik. Rangkaian yang diaplikasikan dengan metode yang sedemikian rupa ini juga bersifat fleksibel karena dapat pula diterapkan dalam perancangan rangkaian listrik di perumahan.

gambar 18. Bagian Dalam Alat Penghemat Listrik

Tidak ada rangkaian khusus di dalam alat ini. Hanya sebuah kapasitor dengan kapasitas 10µf saja dengan kemampuan tegangan kerja hingga 400V. Pada saat setiap perangkat elektronik dinyalakan selalu terdapat lonjakan tegangan sementara / cosinus pada arus listrik AC meningkat besarannya dan ini bisa terbaca di alat ukur Voltmeter. Lonjakan inilah -

28


yang jika bisa direduksi/diturunkan maka akan cukup berpengaruh terhadap pemakaian listrik dan komponen yang bisa mengurangi tejadinya peak pada cosinus arus listrik ini adalah kapasitor yaitu dengan cara memfilternya terlebih dahulu.

Gambar 19. Rangkaian Alat Penghemat Listrik

Rangkaian Penghemat Listrik akan bekerja secara optimal jika komponen yang digunakan terutama kapasitor dapat berfungsi secara efektif dan efisien.

29


Evaluasi I. Jawablah pertanyaan berikut dengan memilih jawaban yang dianggap paling benar!

1.

Suatu rangkaian seri R, L, dan C dihubungkan dengan tegangan bolakbalik. Apabila induktansi 1/25π2 H dan kapasitas kapasitor 25 μF, maka resonansi rangkaian terjadi pada frekuensi … . A. B. C. D. E.

2.

0,5 kHz 1,0 kHz 2,0 kHz 2,5 kHz 7,5 kHz

Perhatikan gambar rangkaian listrik berikut! R= 60 Ω

XL = 60 Ω

XC = 60 Ω

Jika tegangan maksimum sumber arus bolak-balik = 200 V, maka besar kuat arus maksimum yang mengalir pada rangkaian adalah … . A. B. C. D. E.

1,5 A 2,0 A 3,5 A 4,0 A 5,0 A

30


3.

Perhatikan gambar rangkaian RLC berikut! 500 Ω

8H

5 μF

V = 50 sin 100t v

Besar impedansi pada rangkaian tersebut adalah … . A. B. C. D. E. 4.

1600 Ω 1500 Ω 1300 Ω 800 Ω 600 Ω

Rangkaian seri pada gambar di bawah memiliki impedansi minimum jika R = 100 Ω, L = 0,1 H dan C = 10−3π−2 F.

Frekuensi tegangan bolak-balik yang terpasang adalah … . A. 10π Hz B. 25π Hz C. 50 Hz D. 100 Hz E. 150 Hz 5.

Rangkaian R–L–C disusun seperti gambar di bawah ini

31


Grafik gelombang sinus yang dihasilkan jika XL > XC adalah ... . A.

B.

C.

D.

E.

32


II. Jawablah pertanyaan berikut dengan benar!

1. Diberikan sebuah gambar rangkaian listrik arus bolak-balik yang terdiri sebuah resistor (R), sebuah induktor (L), sebuah kapasitor (C) dan sebuah sumber listrik arus bolak-balik. 8Ω A

800 μF

32 mH B

C

D

V = 120 sin (125)t volt

Tentukan : A. Nilai frekuensi sudut sumber listrik B. Nilai frekuensi sumber listrik C. Nilai periode sumber listrik D. Nilai tegangan maksimum sumber listrik E. Nilai tegangan antara titik A dan B F.

Nilai tegangan antara titik B dan C

G. Nilai tegangan antara titik C dan D H. Nilai tegangan antara titik A dan C I.

Nilai tegangan antara titik B dan D

J.

Nilai tegangan antara titik A dan D

33


Glosarium Arus listrik

: banyaknya muatan listrik yang disebabkan dari pergerakan elektron-elektron, mengalir melalui suatu titik dalam rangkaian listrik tiap satuan waktu.

Fase

: pergeseran periode waktu arus bolak-balik dari posisi baris nol.

Frekuensi

: jumlah getaran yang terjadi dalam waktu satu detik atau banyaknya gelombang/getaran listrik yang dihasilkan tiap detik.

Gelombang sinusoidal : gelombang yang berbentuk fungsi sinus seperti yang digunakan dalam trigonometri. Generator

: suatu alat yang dapat mengubah tenaga mekanik menjadi energi listrik.

GGL induksi

: beda potensial yang terjadi pada ujung-ujung kumparan karena pengaruh induksi elektromagnetik.

Impedansi

: hambatan total dari resistor, induktor dan kapasitor yang dihbungkan pada tegangan bolak-balik

Osilator

: suatu rangkaian yang menghasilkan keluaran yang amplitudonya berubah-ubah secara periodik dengan waktu

Peak

: tegangan puncak gelombang

Rangkaian Induktif

: rangkaian yg hanya terdiri atas induktor (kumparan) dengan mengabaikan hambatan pada kawat kumparan.

Rangkaian Kapasitif

: rangkaian yg hanya terdiri atas kapasitor dengan mengabaikan hambatan pada kawat kumparan.

Rangkaian Resistif

: rangkaian yang hanya mengandung hambatan (R) saja.

iv


Resonansi

: proses bergetarnya suatu benda dikarenakan ada benda lain yang bergetar, hal ini terjadi karena suatu benda bergetar pada frekuensi yang sama dengan frekuensi benda yang terpengaruhi.

Stabilizer

: alat untuk menjaga agar tegangan arus listrik pada instalasi listrik tetap normal atau tetap stabil.

Stop contact

: sebuah alat pemutus ketika terjadi kontak antara arus positif, arus negatif dan grounding pada instalasi listrik.

v


Daftar Pustaka Silabus Mata Pelajaran Fisika Kelas XIII Kurikulum 2013. Jakarta : Kementerian Pendidikan Dasar dan Menengah dan Kebudayaan. Setijasa, Hery. (2013). Proses dan Sistem Penyaluran Tenaga Listrik oleh PT.PLN (Persero). RBITH, 9 (1), hlm. 19 – 27. Kanginan, Marthen. (2007). Fisika untuk SMA kelas XII. Jakarta: Penerbit Erlangga. Halliday dan Resnick. (1991). Fisika Jilid 2 (Terjemahan). Jakarta: Penerbit Erlangga. Sutrisno. (1986). Elektronika Teori dan Penerapannya. Bandung ; Penerbit ITB. Onny. Prinsip Kerja Generator AC. [Online] Tersedia di : http://artikelteknologi.com/prinsip-kerja-generator-ac/2/. [diakses 16 September 2015]. Editor Rangkaian Elektronika. Fungsi Trafo. [Online] Tersedia di : http://rangkaianelektronika.info/fungsi-trafo/. [diakses 16 September 2015]. Admin Bsierad. (2015). Sistem Grounding Listrik Rumah. [Online] Tersedia

di

:

http://www.bsierad.com/sistem-grounding-listrik-

rumah/. [diakses 16 September 2015]. Ridwan, Kausar. (2014). Stopwatch dan Alat Ukur Waktu Lainnya. [Online]

Tersedia

di

http://kausarmugoe.blogspot.co.id/2014/11/stopwatch-dan-alat-ukurwaktu-lainnya.html. [diakses 15 Oktober 2015].

vi

:


Fatma.

Rangkaian

RLC.

[Online]

Tersedia

di

:

http://elektronikadasar.info/rangkaian-rlc.htm. [diakses 15 Oktober 2015]. Admin Komponenelektronika.biz. (2014). Rangkaian Penghemat Listrik. [Online[ Tersedia di : http://komponenelektronika.biz/rangkaianpenghemat-listrik.html. [diakses 15 Oktober 2015].

vii

Rangkaian Arus Bolak- Balik dan Penerapannya

Recommend Documents