Arus Bolak Balik: Pengertian, Rangkaian, Rumus, Contoh Soal
Arus listrik yang dijumpai dalam kehidupan sehari-hari terbagi menjadi dua jenis, yaitu arus searah dan arus bolak-balik. Arus listrik bolak-balik adalah jenis arus listrik yang dialirkan oleh PLN ke konsumen seperti rumah, kantor, pabrik dan sebagainya.
Definisi Arus Bolak-balik
Arus bolak-balik atau alternating current (AC) adalah jenis arus listrik yang nilai sesaatnya selalu berubah secara terus menerus atau berkala dari nilai negatif ke nilai positif. Nilai negatif arus listrik bolak-balik adalah nilai yang menunjukkan arah sebaliknya.
Konsep arus dan tegangan bolak-balik erat kaitannya dengan Hukum Faraday dimana perubahan fluks magnet yang dikelilingi oleh kumparan akan menimbulkan ggl induksi pada ujung-ujung kumparan.
Kawat penghantar tersebut kemudian dihubungkan ke setiap ujung kumparan sehingga arus listrik mengalir di dalam penghantar tersebut. Kinerja generator menggunakan prinsip hukum Faraday yang menghasilkan daya dan arus listrik sinus soidal, yaitu besarnya nilai arus dan tegangan mengikuti fungsi sinus.
Baca Juga:
Fungsi sinus adalah fungsi yang paling cocok digunakan untuk menggambarkan nilai arus listrik bolak-balik. Oleh karena itu arus dan tegangan bolak-balik dapat digambarkan dengan menggunakan gelombang sinusoidal atau juga sering dinyatakan dengan diagram fasor.
Besarnya arus dan tegangan bolak-balik (AC) ditulis menggunakan persamaan di bawah ini:
I = Sin Imaks (ωt + 90⁰)
V = Vmax sin ωt
Baca Juga:
Pada persamaan di atas, ωt + 90⁰ dan ωt adalah sudut fase yang juga dapat ditulis dengan simbol ϴ. Sedangkan beda fasa adalah selisih sudut fasa antara gelombang arus dengan tegangan bolak-balik.
Berdasarkan persamaan di atas, antara tegangan dan arus listrik terdapat beda fasa sebesar 90⁰. Arus listrik bolak-balik mendahului tegangan dengan beda fasa 90⁰.
Untuk menggambarkan tegangan dan arus bolak-balik menggunakan diagram fasor seperti pada gambar di bawah ini.
Rangkaian Arus Bolak-balik
Rangkaian arus bolak-balik terdiri dari rangkaian kapasitor, rangkaian induktor dan rangkaian resistor.
Baca Juga:
Rangkaian Resistor
Rangkaian resistor atau penahan arus listrik bolak-balik (AC) berguna sebagai pembatas arus listrik yang masuk ke dalam rangkaian.
Rangkaian resistor juga berguna untuk menurunkan potensial listrik pada rangkaian agar hambatan tegangan dan arus terhadap arus dan tegangan sumber tidak berubah fasa.
Oleh karena itu resistor atau hambatan yang dialiri arus bolak-balik (AC) menghasilkan nilai arus dan tegangan sefasa.
Nilai resistansi dalam rangkaian listrik adalah tetap dan disebut sebagai reaktansi resistif. Sifat tetap resistor juga berlaku pada saat resistor dialiri arus searah, yaitu arus searah (DC).
Baca Juga:
Besarnya arus kuat yang melalui hambatan tertentu dapat dihitung dengan menggunakan hukum Ohm sebagai berikut:
Sirkuit Induktor
Rangkaian induktor yang dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik AC ditunjukkan pada gambar di bawah ini:
Tegangan di ujung induktor sama dengan sumber listrik bolak-balik. Jadi rumus menghitung arus induktor adalah :
Informasi:
Baca Juga:
Sirkuit Kapasitor
Pada rangkaian arus bolak-balik AC yang memiliki kapasitor, maka sifat arus dan tegangan berlaku yaitu terdapat beda fasa, dimana besarnya arus akan mendahului tegangan dengan besarnya beda sudut fasa adalah
Untuk menunjukkan besarnya arus listrik yang melewati kapasitor pada rangkaian arus bolak-balik, dapat dinyatakan dengan menggunakan laju perpindahan muatan listrik pada komponen kapasitor berikut ini :
Nilai 1/ωC identik dengan resistansi yang dikenal sebagai reaktansi kapasitif yang dilambangkan dengan simbol Xc.
Formula Arus Bolak-balik
Untuk menunjukkan besarnya kuat arus dan juga tegangan arus bolak-balik yang memenuhi fungsi sinus, gunakan rumus di bawah ini:
Baca Juga:
I = Imaks sin ωt
V = Vmax sin ωt
Informasi:
Vmax = tegangan maksimum
Imax = ampere maksimum
ωt = sudut fase biasanya ditulis dengan simbol ϴ
Baca Juga:
- Rumus Nilai Efektif dan Nilai Maksimum Tegangan dan Arus Bolak-balik
Nilai pada persamaan di atas merupakan nilai maksimum. Namun pengukuran dengan menggunakan alat ukur menghasilkan nilai tersendiri yang digunakan dalam pekerjaan komponen kelistrikan. Nilai yang terukur pada alat ukur ini disebut nilai efektif.
Hubungan antara nilai efektif dan nilai maksimum dituliskan dalam persamaan di bawah ini:
Informasi:
Ief = kuat arus efektif (A)
Vef = tegangan efektif (V)
Baca Juga:
- Rumus Nilai Rata-Rata Arus Bolak-balik
Nilai rata-rata arus bolak-balik adalah besarnya arus bolak-balik yang nilainya setara dengan arus searah untuk mengalirkan muatan listrik yang besarnya sama dalam penghantar yang sama dan waktu yang sama.
Hubungan antara nilai tegangan dan arus bolak-balik dengan nilai tegangan dan arus maksimum dinyatakan dengan menggunakan persamaan di bawah ini:
Informasi:
Ix = Arus rata-rata
Imax = Arus maksimum
???? = konstanta phi 3,14 atau 22/7
Baca Juga:
Contoh Masalah Alternating Current
Dalam rangkaian arus bolak-balik (AC), persamaan antara tegangan dan arus dinyatakan menggunakan persamaan V = Vmax sin (ωt – 60⁰) dan I = Imax sin ωt. Jelaskan tujuan dari persamaan arus dan tegangan?
Diskusi
Menjawab:
Nilai sudut fasa tegangan adalah ωt – 60⁰ dan sudut fasa arus adalah ωt. Jadi pada rangkaian diatas terdapat beda fasa 60⁰ dimana arus mendahului tegangan dengan beda fasa 60⁰.
Baca Juga:
Diketahui sebuah resistor 10 Ω dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik V = 15 sin ωt. Mendefinisikan
A. arus bolak-balik maksimum melalui resistor
B. Arus efektif melalui resistor.
Diskusi
Menjawab:
Baca Juga:
A. Berdasarkan persamaan tersebut diketahui nilai tegangan maksimum Vmax = 15 Volt, jadi
B. Kekuatan arus efektif Ief
Ief = 0,707 Imaks = 0,707 x 1,5 A = 1,0605 A
Aliran arus bolak-balik dan tegangan bolak-balik ini umumnya dihasilkan oleh generator dari berbagai sumber pembangkit listrik, baik tenaga diesel, tenaga uap, tenaga air, maupun tenaga panas bumi. Arus listrik bolak-balik adalah arus listrik yang arah geraknya selalu berubah-ubah secara periodik atau terus menerus.
Baca Juga:
mejakelas.com
Artikel Terkait
