Pengertian Listrik Arus Bolak Balik
Rangkaian arus bolak-balik memiliki perbedaan-perbedaan jika dibandingkan dengan rangkaian arus searah. Perbedaan tersebut bukan hanya pada komponen besaran-besarannya yang ditinjau secara vektor, tetapi juga pada adanya perbedaan fase antara arus dan tegangannya. Berikut ini adalah rangkaian arus bolak-balik.
HUKUM OHM
Diperlukan beda potensial agar arus listrik agar arus listrik mengalir dalam suatu rangkaian listrik tertutup. Beda potensial dapat dihasilkan dengan cara memberikan sumber tegangan baterai atau akumulator. Sekarang timbul pertanyaan, apakah keterkaitan antara kuat arus yang mengalir dengan beda potensial yang diberikan? Hasil eksperimen Georg Simon Ohm (1789-1854) menunjukkan bahwa arus (I) yang mengalir dalam suatu penghantar logam sebanding dengan beda potensial (V) dikedua dengan syarat suhu pengantar tetap. Pernyataan ini dikenal sebagai hukum Ohm.
I V
Besarnya kuat arus yang mengalir dalam suatu rangkaian tidak hanya bergantung pada beda potensial tetapi ditentukan juga oleh hambatan kawat penghantar (R).Untuk beda potensial yang tetap, arus yang mengalir pada kawat penghantar yang memiliki nilai hambatan besar akan bernilai kecil. Jadi, kuat arus listrik berbanding terbalik dengan hambatan kawat penghantar. Jika dilakukan kombinasi antara kuat arus dan tegangan maka diperoleh hubungan
I= ; V=IR; R=
Persamaan ini dikenal sebagai hukum Ohm. Satuan hambatan listrik adalah Ohm dan diberi lambang . (1Ω = 1 )
Aliran listrik ditimbulkan oleh muatan listrik yang bergerak di dalam suatu
penghantar. Arah arus listrik (I) yang timbul pada penghantar berlawanan arah
dengan arah gerak elektron. Muatan listrik dalam jumlah tertentu yang menembus suatu penampang dari suatu penghantar dalam satuan waktu tertentu disebut sebagai kuat arus listrik. Jadi kuat arus listrik adalah jumlah muatan listrik yang mengalir dalam kawat penghantar tiap satuan waktu.
segmen dari sebuah kawat penhantar berarus
Hukum Ohm menyatakan “ Kuat arus yang melewati suatu peranti selalu berbanding lurus drngan beda potensialnya”.
Perlu ditekankan disini bahwa hukum Ohm tidak berlaku untuk setiap peranti atau komponen listrik. Ada peranti yang tunduk pada hukum Ohm, ada pula yang tidak. Penghantar adalah contoh komponen yang memenuhi hukum Ohm, sedangkan dioda adalah contoh komponen listrik yang tidak tunduk pada hukum Ohm.
Hambatan suatu komponen listrik tidak tergantung pada polaritas dan beda potensial yang dipasang pada ujung-ujungnya.
Perlu ditekankan bahwa persamaan V=Ir bukanlah hukum Ohm. Persamaan ini tidak lain adalah persamaan yang mendefinisikan hambatan yang dimiliki oleh suatu peranti, yaitu sebagai berikut. Besarnya hambatan R yang dimiliki oleh suatu peranti atau komponen listrik adalah suatu nilai ( umumnya bukan suatu tetapan) Sedemikian rupa sehingga jika V beda potensial yang dipasang pada ujung-ujung peranti atau komponen tersebut dan arus yang mengalir melaluinya i, persamaan V = Ir dipenuhi.
Suatu hasil percobaan pada table. Nilai kuat atus I dan tegangan V pada suatu
hambatan menghasilkan grafik seperti gambar. Hukum ohm tidak merupakan pernyataan universal,tapi hanyagambaran bagi sebagian materi tertentu yang mengikuti hukum ohm (komponen ohmik). Nilai hambatan R pada komponen ohmik konstan asal suhunya konstan. Materi yang tidak memenuhi hukum
ohm disebut komponen non-ohmik. Grafi I sebagai fungsi V untuk
I V
Besarnya kuat arus yang mengalir dalam suatu rangkaian tidak hanya bergantung pada beda potensial tetapi ditentukan juga oleh hambatan kawat penghantar (R).Untuk beda potensial yang tetap, arus yang mengalir pada kawat penghantar yang memiliki nilai hambatan besar akan bernilai kecil. Jadi, kuat arus listrik berbanding terbalik dengan hambatan kawat penghantar. Jika dilakukan kombinasi antara kuat arus dan tegangan maka diperoleh hubungan
I= ; V=IR; R=
Persamaan ini dikenal sebagai hukum Ohm. Satuan hambatan listrik adalah Ohm dan diberi lambang . (1Ω = 1 )
Aliran listrik ditimbulkan oleh muatan listrik yang bergerak di dalam suatu
penghantar. Arah arus listrik (I) yang timbul pada penghantar berlawanan arah
dengan arah gerak elektron. Muatan listrik dalam jumlah tertentu yang menembus suatu penampang dari suatu penghantar dalam satuan waktu tertentu disebut sebagai kuat arus listrik. Jadi kuat arus listrik adalah jumlah muatan listrik yang mengalir dalam kawat penghantar tiap satuan waktu.
segmen dari sebuah kawat penhantar berarus
Hukum Ohm menyatakan “ Kuat arus yang melewati suatu peranti selalu berbanding lurus drngan beda potensialnya”.
Perlu ditekankan disini bahwa hukum Ohm tidak berlaku untuk setiap peranti atau komponen listrik. Ada peranti yang tunduk pada hukum Ohm, ada pula yang tidak. Penghantar adalah contoh komponen yang memenuhi hukum Ohm, sedangkan dioda adalah contoh komponen listrik yang tidak tunduk pada hukum Ohm.
Hambatan suatu komponen listrik tidak tergantung pada polaritas dan beda potensial yang dipasang pada ujung-ujungnya.
Perlu ditekankan bahwa persamaan V=Ir bukanlah hukum Ohm. Persamaan ini tidak lain adalah persamaan yang mendefinisikan hambatan yang dimiliki oleh suatu peranti, yaitu sebagai berikut. Besarnya hambatan R yang dimiliki oleh suatu peranti atau komponen listrik adalah suatu nilai ( umumnya bukan suatu tetapan) Sedemikian rupa sehingga jika V beda potensial yang dipasang pada ujung-ujung peranti atau komponen tersebut dan arus yang mengalir melaluinya i, persamaan V = Ir dipenuhi.
Suatu hasil percobaan pada table. Nilai kuat atus I dan tegangan V pada suatu
hambatan menghasilkan grafik seperti gambar. Hukum ohm tidak merupakan pernyataan universal,tapi hanyagambaran bagi sebagian materi tertentu yang mengikuti hukum ohm (komponen ohmik). Nilai hambatan R pada komponen ohmik konstan asal suhunya konstan. Materi yang tidak memenuhi hukum
ohm disebut komponen non-ohmik. Grafi I sebagai fungsi V untuk
HUKUM KIRCHOFF
Hukum khirchoof berbunyi “Jumlah kuat arus listrik yamg masuk ke suatu titik simpul sama dengan jumlah kuat arus listrik yang keluar dari titik simpul tersebut”.
Hukum I kirchoff tersebut adalah hukum kekekalan muatan listrik seperti tampak di dalam analogi pada gambar. Hukum I kirchoff secara matematis dituliskan:
I masuk = ∑I keluar
Skema diagram untuk hukum khirchhoff
Rangkaian untuk menyelidiki kuat arus yang masuk dan keluar dari suatu titik simpul.
Hukum II Kirchoff tentang Tegangan pada Rangkaian Tertutup
Untuk menyederhanakan rangkaian yang rumit,dapat digunakan Hukum II Kirchoff yang berbunyi :
“Didalam sebuah rangkaian tertutup, jumlah aljabar gaya gerak listrik (_) dengan
penurunan tegangan (IR) sama dengan nol”.
Secara matematis dituliskan :
∑ +∑(IR)=0
Dalam menyelesaikan persoalan di dalam loop perhatikan hal-hal berikut ini!
a. Kuat arus bertanda positif jika searah dengan loop dan bertanda negatif jika
berlawanan dengan arah loop.
b. GGL bertanda positif jika kutub positipnya lebih dulu di jumpai loop dan
sebaliknya ggl negatif jika kutub negatif lebih dulu di jumpai loop.
Misalkan kita ambil arah loop searah dengan arah I, yaitu a-b-c-d-a. (rangkain dengan satu loop)
Kuat arus listrik I di atas dapat ditentukan dengan menggunakan Hukum II
Kirchhoff: Σ ε + Σ IR = 0
– ε1 + ε2 + I (r1 + r2 + R) = 0
Jika harga ε1, ε2, r1, r2 & R diketahui maka kita dapat menentukan harga I-nya.
Rangkaian dengan dua loop atau lebih
Rangkaian yang memiliki dua loop atau lebih disebut juga rangkaian majemuk.
Langkah-langkah dalam menyelesaikan rangkaian majemuk ini adalah sebagai
Berikut:
Rangkaian dengan dua loop:
Aturan Hukum II Kirchoff :
1. Pilih loop untuk masing-masing lintasan tertutup dengan arah
tertentu. Pada dasarnya, pemilihan loop bebas, namun jika
memungkinkan usahakan searah dengan arus.
2. Jika pada suatu cabang, arah loop sama dengan arah arus, maka
penurunan tegangan (IR) bertanda positif, sedangkan bila berlawana
arah, maka penurunan tegangan (IR) bertanda negative.
3. Bila saat mengikuti arah loop, kutub sumber tegangan lebih
dahulu dijumpai adalah kutub positif, maka ggl _ bertanda positif,
sebaliknya bila yang lebih dahulu dijumpai adalah kutub negative,
maka ggl _ bertanda negative.
B. Rumus
Nilai rerata arus bolak balik adalah :
Nilai rerata langsung untuk nilai arus adalah nol, hal ini mudah dimengerti karena arus bolak balik merupakan fungsi sinusoida dan dijumlahkan dalam batas satu periode. Agar hasil pererataan tidak nol, maka yang direratakan adalah kuadratnya, selanjutnya diambil akar terhadap nilai rerata tersebut.
Untuk selanjutnya, nilai arus atau tegangan yang berubah terhadap waktu secara sinusoida, lebih mudah dikaitkan dengan nilai akar dari hasil perataan terhadap nilai kuadrat besaran tersebut yang dikenal sebagai nilai rms. Jadi, nilai rms arus adalah nilai arus maksimum pada resistor dibagi dengan akar dua:
Sesuai dengan hukum Ohm, dengan cara yang sama, nilai rms tegangan pada resistor:
Penting untuk ditekankan adalah nilai rms terdefinisi dari perhitungan jumlah panas apabila arus bolak balik dilewatkan resistor, sehingga nilai arus atau tegangan rms selalu terhadap nilai maksimum arus atau tegangan pada resistor. Perhitungan daya terpakai pada resistor dalam rangkaian arus bolak balik, dengan menggunakan konsep arus DC adalah
Sedangkan perhitungan daya pada resistor R dalam rangkaian arus bolak balik, dengan nilai root–means–square (rms) didapat.
Dari perhitungan daya tersebut dapat dipahami bahwa nilai rms suatu arus bolak balik adalah apabila nilai arus tersebut dapat memberikan daya listrik yang sama dengan nilai daya apabila arus bolak balik dianggap sebagai arus searah (DC).
Hukum I kirchoff tersebut adalah hukum kekekalan muatan listrik seperti tampak di dalam analogi pada gambar. Hukum I kirchoff secara matematis dituliskan:
I masuk = ∑I keluar
Skema diagram untuk hukum khirchhoff
Rangkaian untuk menyelidiki kuat arus yang masuk dan keluar dari suatu titik simpul.
Hukum II Kirchoff tentang Tegangan pada Rangkaian Tertutup
Untuk menyederhanakan rangkaian yang rumit,dapat digunakan Hukum II Kirchoff yang berbunyi :
“Didalam sebuah rangkaian tertutup, jumlah aljabar gaya gerak listrik (_) dengan
penurunan tegangan (IR) sama dengan nol”.
Secara matematis dituliskan :
∑ +∑(IR)=0
Dalam menyelesaikan persoalan di dalam loop perhatikan hal-hal berikut ini!
a. Kuat arus bertanda positif jika searah dengan loop dan bertanda negatif jika
berlawanan dengan arah loop.
b. GGL bertanda positif jika kutub positipnya lebih dulu di jumpai loop dan
sebaliknya ggl negatif jika kutub negatif lebih dulu di jumpai loop.
Misalkan kita ambil arah loop searah dengan arah I, yaitu a-b-c-d-a. (rangkain dengan satu loop)
Kuat arus listrik I di atas dapat ditentukan dengan menggunakan Hukum II
Kirchhoff: Σ ε + Σ IR = 0
– ε1 + ε2 + I (r1 + r2 + R) = 0
Jika harga ε1, ε2, r1, r2 & R diketahui maka kita dapat menentukan harga I-nya.
Rangkaian dengan dua loop atau lebih
Rangkaian yang memiliki dua loop atau lebih disebut juga rangkaian majemuk.
Langkah-langkah dalam menyelesaikan rangkaian majemuk ini adalah sebagai
Berikut:
Rangkaian dengan dua loop:
Aturan Hukum II Kirchoff :
1. Pilih loop untuk masing-masing lintasan tertutup dengan arah
tertentu. Pada dasarnya, pemilihan loop bebas, namun jika
memungkinkan usahakan searah dengan arus.
2. Jika pada suatu cabang, arah loop sama dengan arah arus, maka
penurunan tegangan (IR) bertanda positif, sedangkan bila berlawana
arah, maka penurunan tegangan (IR) bertanda negative.
3. Bila saat mengikuti arah loop, kutub sumber tegangan lebih
dahulu dijumpai adalah kutub positif, maka ggl _ bertanda positif,
sebaliknya bila yang lebih dahulu dijumpai adalah kutub negative,
maka ggl _ bertanda negative.
B. Rumus
Nilai rerata arus bolak balik adalah :
Nilai rerata langsung untuk nilai arus adalah nol, hal ini mudah dimengerti karena arus bolak balik merupakan fungsi sinusoida dan dijumlahkan dalam batas satu periode. Agar hasil pererataan tidak nol, maka yang direratakan adalah kuadratnya, selanjutnya diambil akar terhadap nilai rerata tersebut.
Untuk selanjutnya, nilai arus atau tegangan yang berubah terhadap waktu secara sinusoida, lebih mudah dikaitkan dengan nilai akar dari hasil perataan terhadap nilai kuadrat besaran tersebut yang dikenal sebagai nilai rms. Jadi, nilai rms arus adalah nilai arus maksimum pada resistor dibagi dengan akar dua:
Sesuai dengan hukum Ohm, dengan cara yang sama, nilai rms tegangan pada resistor:
Penting untuk ditekankan adalah nilai rms terdefinisi dari perhitungan jumlah panas apabila arus bolak balik dilewatkan resistor, sehingga nilai arus atau tegangan rms selalu terhadap nilai maksimum arus atau tegangan pada resistor. Perhitungan daya terpakai pada resistor dalam rangkaian arus bolak balik, dengan menggunakan konsep arus DC adalah
Sedangkan perhitungan daya pada resistor R dalam rangkaian arus bolak balik, dengan nilai root–means–square (rms) didapat.
Dari perhitungan daya tersebut dapat dipahami bahwa nilai rms suatu arus bolak balik adalah apabila nilai arus tersebut dapat memberikan daya listrik yang sama dengan nilai daya apabila arus bolak balik dianggap sebagai arus searah (DC).
Tidak ada komentar:
Posting Komentar