Arus dan Tegangan Bolak – balik ( Pertemuan 1)

 

Bahan ajar untuk kelas XII MIPA, pertemuan – 1.  

 

Nama Sekolah     : SMA WR SUPRATMAN 2 MEDAN

Tahun Pelajaran   : 2024 / 2025

Semester            : I (Satu)

Kelas                  : XII – MIPA

Materi Ajar          : Arus dan Tegangan Bolak – balik

Hari/tanggal        :

Waktu                 :

Guru                   : Parulian Simorangkir, S.si., S.Pd

 

Arus dan Tegangan Bolak – Balik

 

Daftar Isi

1.  Arti Arus dan Tegangan Bolak – Balik.

2.  Frekuensi dan Nilai Maksimum dari Tegangan/Arus Bolak – Balik.

3.  Arus dan Tegangan Sinusoidal.

4.  Nilai efektif

5.  Osiloskop

 

Arti Arus dan Tegangan Bolak – Balik

Periksalah tegangan yang tersedia pada stop kontak rumah Anda dengan menggunakan Galvanometer dan Osiloskop.

Mula – mula hubungkan kedua lubang stop kontak dengan terminal galvanometer, kemudian amati apakah jarum galvanometer menyimpang ?. ternyata jarum galvanometer tidak menyimpang. Seakan tidak ada tegangan atau arus yang keluar dari stop kontak.

Ulangi percobaan dengan menghubungkan kedua lubang kontak terminal tegangan atau arus osiloskop. Amati gambar gelombang tegangan atau arus yang terlihat di layar osiloskop. Akan terlihat bahwa tegangan berubah secara periodik, seperti ditunjukkan pada gambar 1.

Akan berbeda jika kita mengamati arus tegangan searah yang keluar dari baterai dengan menggunakan galvanometer dan osiloskop. Untuk arus atau tegangan searah, jarum galvanometer menyimpang. Sedangkan osiloskop akan mengamati perubahan tegangan atau arus searah ini hanya dalam satu arah saja seperti diperlihatkan pada gambar 2.

Frekuensi dan Nilai maksimum dari Tegangan/Arus Bolak – Balik

 

Dari gambar 1, terlihat tegangan naik kira – kira 220√2 volt dalam arah positif (+), turun ke nol, dan naik kembali lagi ke 220√2 volt dalam arah berlawanan ( arah - ). Siklus ini terus berulang – ulang. Satu siklus memerlukan waktu 1/50 detik, dan waktu ini disebut waktu periode (T) dari tegangan. Jika satu siklus memerlukan waktu 1/50 detik, maka dalam satu detik dapat terjadi 50 siklus.

 

Banyaknya siklus yang terjadi dalam waktu 1 detik inilah disebut frekuensi dari tegangan. Dengan demikian hubungan antara frekuensi dengan periode.

 

Arus dan Tegangan Sinusoidal

 

Tegangan dan arus bolak – balik dihasilkan oleh generator arus bolak – balik.

Dalam generator, kumparan persegi panjang yang diputar dalam medan magnetik akan membangkitkan gaya gerak listrik (ggl) sebesar :

Dengan demikian bentuk arus dan tegangan bolak – balik dapat dituliskan.

Dengan demikian i_m dan V_m merupakan arus maksimum dan tegangan maksimum.

Gambar 3, merupakan kurva berbentuk sinusoidal. Dan merupakan tegangan bolak – balik.

Nilai Efektif

Bentuk sinusoidal kurva arus/tegangan bolak – balik. Sementara yang ditunjukkan alat ukur disebut nilai efektif.

Daya pada tegangan/arus bolak – balik dinyatakan sebagai :

Karena,

Lalu kedua ruas kiri dan kanan kita kuadratkan.

Karena bentuk kurva berulang setiap θ = ϖ maka periode T = ϖ. Dengan demikian nilai arus efektif :

Karena,

Dengan demikian hubungan antara harga efektif arus dan tegangan bolak – balik dengan harga maksimumnya.

Contoh :

Jala – jala listrik di rumah mempunyai beda tegangan 220V. Sebuah alat listrik dengan hambatan 40 ohm dipasang pada jala – jala listrik. Hitung :

a)   Harga efektif dan maksimum tegangan.

b)   Harga efektif dan maksimum arus.

 

Pembahasan :

 

Dik :

Hambatan, R = 40Ω

Tegangan, V = 220V

 

Dit :

a)  Tegangan, V_ef dan V_m ?.

b) Kuat arus, I_ef dan I_m ?

 

Jawab

Bagian a)

ó V = 220 V

ó V = V_ef = 220V (alat ukur)

ó V_m = V_ef . √2

ó V_m = 220√2 V(osiloskop)

 

Bagian b)

ó untuk kuat arus I_ef :

ó untuk kuat arus I_m = I_ef.√2

ó I_m = 5,5√2 A

 

 

Osiloskop

 

Untuk keperluan praktis maka alat ukur tegangan, arus, dan hambatan dibuat menjadi satu dan disebut dengan AVO – meter atau multimeter.

 

Untuk mengamati langsung bentuk kurva arus/tegangan bolak – balik, yaitu arus / tegangan yang berubah – ubah besarnya terhadap waktu disebut osiloskop.

 

Contoh :

Diagram di bawah ini menunjukkan suatu bentuk gelombang pada layar sebuah osiloskop sinar katode ketika suatu tegangan ac dihubungkan ke terminal Y. Penguatan Y diatur 2V/cm dan waktu dasar pada 5 milidetik/cm. Kotak – kotak memiliki panjang 1 cm.

(a)    Berapa tegangan maksimum dari bentuk gelombang.

(b)   Berapa frekuensi dari tegangan ac.

Pembahasan :

Bagian a)

Tegangan dibaca pada sumbu Y. Dari gambar gelombang terlihat bahwa tegangan maksimum 4 cm dan sumbu Y diatur 2V/cm. Maka kita peroleh tegangan maksimumnya :

Bagian b)

Untuk membaca periode gelombang, kita cukup melihat dan membaca sumbu – x.

Contoh :

Jika sketsa di atas diatur ulang, waktu dasar diubah menjadi 10 milidetik/sekon. Maka tentukan frekuensi tegangan dan gambarkan.

 

Pembahasan :

Untuk menghitung frekuensi tegangan, cukup kita perhatikan sumbu – x saja.