Arus Bolak-balik

Dalam dunia kelistrikan, terdapat salah satu arus yang banyak digunakan untuk berbagai kebutuhan. Arus listrik tersebut dikenal dengan arus bolak-balik atau arus AC. Arus AC merupakan pergerakan muatan listrik yang terjadi secara berkala dan berbeda dengan listrik arus searah. Arus ini mempunyai rangkaian, jenis dan penggunaan masing-masing. Penasaran? Simak penjelasanya berikut.

Pengertian Arus Bolak-balik

Arus bolak-balik adalah pergerakan arus listrik yang mempunyai arah dan besaran yang dapat berubah secara berkala saat melalui media atau rangkaian listrik. Dalam suatu rangkaian listrik, terdapat arus listrik yang melewati titik dalam waktu tertentu. Arus digerakan oleh gaya gerak listrik atau GGL yang disebut dengan beda potensial atau tegangan.

Dalam arus AC, tegangan yang terjadi bolak-balik dengan polaritas yang berubah. Sehingga arus AC dapat dikatakan sebagai arus yang mempunyai polaritas yang dapat berubah dalam siklus teratur. Dalam arus AC juga mempunyai nilai puncak gelombang atas dan bawah yang selalu berubah.

Jika sudah mencapai nilai puncak gelombang atas dan bawah secara penuh, maka sudah dikatakan satu gelombang. Nilai puncak gelombang atas dan bawah tersebut disebut juga dengan nilai peak to peak atau puncak ke puncak.

Rangkaian Arus Bolak-balik

a. Tegangan Sinusoidal

Untuk membangkitkan gaya gerak listrik dalam generator, membutuhkan kumparan yang diputar dalam medan magnetik. Sehingga menghasilkan arus dan tegangan yang maksimal. Rangkaian ini dapat dilihat pada layar osiloskop yang disebut dengan bentuk sinusoidal.

b. Harga Efektif

Arus dan tegangan dalam arus bolak-balik selalu mengalami perubahan secara periodik. Sehingga, dalam penggunaan yang efektif membutuhkan besaran arus AC yang tetap, yaitu dengan harga efektif. Harga arus AC yang menghasilkan panas yang sama dalam waktu tertentu disebut dengan harga efektif. Harga efektif diukur dengan kuat arus dan tegangan.

c. Resistor

Dalam rangkaian arus AC, terdapat hambatan murni yang dikenal dengan resistor. Pada hambatan tersebut dapat tegangan dan kuat arus dengan besaran yang dapat berubah. Kuat arus dan tegangan tersebut tidak mempunyai perbedaan fase, sehingga kuat arus akan mencapai harga maksimum jika tegangan maksimum pula.

d. Kapasitor

Selain itu, rangkaian arus AC juga mempunyai kapasitor. Kapasitor tersebut antara kuat arus dengan tegangan mempunyai perbedaan fase. Kuat arus lebih dahulu dari tegangan.

e. Reaktansi

Bagi arus bolak-balik, terdapat resistor, kapasitor dan kumparan induktif yang menjadi hambatan. Hambatan kumparan induktif disebut dengan reaktansi induktif. Sedangkan untuk hambatan kapasitor disebut dengan reaktansi kapasitif.

f. Impedansi

Untuk menyederhanakan hambatan, reaktansi induktif dan juga reaktansi kapasitif dalam rangkaian arus AC dapat disusun dengan hukum Ohm.

g. Rangkaian RLC Seri

Dalam suatu rangkaian RLC seri terdapat tiga kemungkinan yaitu rangkaian induktif, rangkaian kapasitif, dan rangkaian resonansi. Rangkaian induktif berarti tegangan mendahului kuat arus yang diberikan. Rangkaian kapasitif berarti kuat arus mendahului tegangan dan untuk rangkaian resonansi berarti tegangan dan kuat arus mempunyai fase yang sama.

h. Resonansi

Besaran resonansi dapat dicari menggunakan frekuensi, induktansi kumparan dan kapasitas kapasitor. Untuk mencapai keadaan tersebut, amplitudo kuat arus harus mempunyai nilai terbesar. Frekuensi arus disebut dengan frekuensi resonansi seri.

i. Getaran Listrik

Arus bolak-balik yang mempunyai frekuensi tinggi disebut dengan getaran listrik. Dalam rangkaian LC digunakan untuk membangkitkan getaran listrik dengan kapasitor yang bermuatan tegangan maksimum. Jika saklar ditutup, arus yang mengalir searah dengan jarum jam. Sehingga dalam rangkaian LC, arus yang mengalir berlawanan dengan arah jarum jam.

Jenis Arus Bolak-balik

Apa saja jenis arus AC? Berikut jawabannya.

1. Radian

Radian adalah satuan sudut bidang datar dalam sistem internasional. Sudut yang dibentuk antara panjang busur dengan jari-jari lingkaran sama dengan sudut jari-jari lingkaran.

2. Kecepatan sudut

Kecepatan sudut merupakan besar sudut yang terjadi pada titik di tepi lingkaran. Satuan kecepatan sudut adalah omega. Sebagai contoh sebuah benda konduktor berputar dalam medan magnet dan mempunyai kecepatan dalam satuan waktu atau detik.

3. Derajat Listrik

Derajat listrik dapat digambarkan sebagai kumparan yang berputar secara penuh yaitu 3600 putaran. Tegangan induksi yang dihasilkan sama dengan besaran putaran tersebut. Jika kutub magnet ditambah menjadi 4 kutub, maka kumparan dan tegangan tersebut akan lebih besar dua kali lipat menjadi 7200. Terjadinya dua siklus tersebut dinamakan dengan derajat listrik.

Rumus Arus Bolak-balik

Arus AC mempunyai perhitungan dan rumus untuk menentukan tegangan sinusoidal, frekuensi dan sebagainya. Rumus menentukan tegangan sinusoidal dapat menggunakan:

V = Vmax sin W t

Sedangkan untuk menentukan frekuensi dapat menggunakan rumus:

f = 1 / 2π √LC

Untuk lebih memahami penggunaan rumus tersebut, pahami soal dan pembahasan dibawah ini.

Arus bolak-balik dapat diukur menggunakan voltmeter dan untuk mengukur arusnya menggunakan galvanometer. Jika kumparan terlalu lama mengikuti bentuk gelombang dari sumber arus AC, maka akan menunjukan angka nol. Namun, jika menggunakan osiloskop, nilai arus dan tegangan terhadap waktu selalu berubah.

Untuk melihat bentuk gelombang secara periodik dapat menggunakan osiloskop. Alat osiloskop merupakan alat yang digunakan untuk melihat dan mengamati bentuk gelombang dan nilai yang dihasilkan oleh sumber arus AC. Selain itu, kamu juga bisa menggunakan alat ukur lain yaitu voltmeter dan amperemeter.

Dengan menggunakan voltmeter atau amperemeter, Kamu dapat mengamati arus AC yang melihat nilai arus listrik dan beda potensial yang efektif. Arus AC dapat dimanfaatkan untuk berbagai rangkaian listrik. Rangkaian listrik dapat digunakan untuk berbagai kebutuhan, termasuk peralatan yang membutuhkan sumber arus listrik.

Contoh Soal Arus Bolak-balik

Contoh Soal 1

Sebuah benda yang dapat bergerak mampu menghasilkan tegangan maksimal sebesar 200 V. Benda tersebut membentuk sudut yang besarnya 30⁰ dalam periode waktu yang dibutuhkan yaitu 60 sekon. Dari benda tersebut, berapakah tegangan sinusoidal yang terjadi?

Diketahui:
Tegangan maksimal atau V maks = 200 V
Sudut atau W = 30⁰
Waktu atau t = 60 s

Ditanyakan:
Berapa tegangan sinusoidal benda tersebut?

Jawab:
V = V mak x sin W x t
= 200 x sin 30⁰ x 60
= 600 V

Maka, benda tersebut mampu menghasilkan tegangan sinusoidal sebesar 600 V.

Contoh Soal 2

Sebuah penghantar mampu menghasilkan tegangan sinusoidal sebesar 300 V dengan tegangan maksimal 50 V dan sudut yang dihasilkan 65⁰. Berapakah waktu yang dibutuhkan oleh penghantar tersebut dalam menghasilkan tegangan sebesar itu?

Diketahui:
Tegangan sinusoidal atau V = 300V
Tegangan maksimal atau V maks = 50V
Sudut atau W = 65⁰

Ditanyakan?
Berapa waktu atau periode yang dibutuhkan?

Jawab:
V = Vmaks x sin W x t
300 = 50 x sin 65⁰ t
300 = 45,315 t
t = 300 / 45,315
t = 6.620 sekon

Maka waktu yang dibutuhkan oleh benda tersebut adalah 6.62 detik atau dibulatkan menjadi 7 detik.

Contoh Soal 3

Sebuah rangkaian listrik seri dihubungkan dengan arus AC dengan kapasitor 30 Mf dan induktansi sebesar 1 / 25π². Berapakah frekuensi yang terjadi pada rangkaian tersebut?

Diketahui:
Induktansi atau L = 1 / 25π²
Kapasitor atau C = 30 Mf atau 30 x 10^-6

Ditanyakan?
Frekuensi pada rangkaian tersebut?

Jawab:
f = 1 / 2π √LC
= 1 / 2π √1/25 π² x (30 x 10^-6))
= 456,44 Hz
= 0.46 kHz
Maka frekuensi yang terjadi pada rangkaian tersebut adalah 0.46 kHz.