Arus Bolak Balik – Pengertian, Rangkaian, Rumus dan Contoh Soal dengan Penjelasannya

Posted on

Arus bolak balik merupakan arus dengan arah dan besar yang selalu berubah-ubah setiap saat. Arus bolak balik sangat banyak digunakan pada dunia kelistrikan. Prinsip kerja arus bolak balik yaitu terjadi putaran kumparan dengan kecepatan sudut tertentu yang ada dalam medan magnetik.

Arus bolak balik terbagi menjadi beberapa jenis rangkaian yaitu rangkaian resistor, rangkaian induktor, dan rangkaian kapasitor. Untuk mengetahui lebih lengkap tentang arus bolak balik, berikut ini merupakan penjelasan tentang pengertian arus bolak balik, rangkaian, rumus dan contoh soal dengan penjelasannya.

Pengertian Arus Bolak Balik

Arus bolak balik atau altenating current (AC) adalah arus dan tegangan listrik dengan besar yang berubah-ubah terhadap waktu dan mengalir dalam dua arah. Arus bolak balik memiliki arah yang selalu berubah secara periodik terhadap waktu. Nilai arus dan tegangan bolak balik selalu berubah menurut waktu dan memiliki pola grafik simetris berupa fungsi sinusoida.

Arus bolak balik banyak dimanfaatkan pada dunia kelistrikan. Dalam kehidupan sehari-hari, arus bolak balik banyak digunakn untuk keperluan rumah tangga, perusahaan, perkantoran, pabrik dan penerangan umum seperti taman, jalan raya dan sebagainya.

Contoh sumber arus bolak balik misalnya seperti dinamo sepeda, generator arus bolak balik, arus bolak balik dari jaringan perusahaan listrik seperti PLN.

Baca Juga : Hukum Newton 1 2 3 dan Penjelasannya

Rangkaian Arus Bolak Balik

Arus bolak balik terbagi menjadi beberapa jenis rangkaian yaitu rangkaian resistor, rangkaian induktor, dan rangkaian kapasitor. Berikut penjelasannya:

Rangkaian Resistor

Rangkaian resistor yang dialiri arus bolak balik akan menghasilkan penurunan potensial listrik dalam rangkaian atau sebagai pembatas arus yang masuk sehingga arus dan tegangan dalam reangkaian resistor memiliki fase yang sama ketika terhubung dengan sumber tegangan bolak balik.

Perhatikan gambar rangkaian resistor arus bolak balik dibawah ini:

Rangkaian resistor pada arus bolak-balik

Grafik hubungan tegangan dan arus terhadap waktu pada resistor

Berdasarkan grafik diatas, terlihat jika tegangan dan arus berada dalam keadaan sefase yaitu mencapai nilai maksimum pada saat yang sama. Sebuah resistor yang dihubungkan dengan sumber tegangan bolak balik memiliki besar tegangan pada resistor yang sama dengan tegangan sumber.

Berikut ini adalah persamaan matematis pada tegangan resistor dan arus yang mengalir melalui resistor:

Arus yang mengalir melalui resistor:

Tegangan pada resistor:

Baca Juga : Usaha dan Energi dan Penjelasannya

Rangkaian Induktor

Sebuah induktor saat dihubungkan dengan sumber tegangan bolak balik disebut dengan reaktansi induktif. Hambatan atau reaktansi induktif tergantung dari frekuensi sudut arus dan induktansi diri induktor yang dirumuskan sebagai:

Rangkaian induktor pada arus bolak-balik

Grafik hubungan tegangan dan arus terhadap waktu pada induktor

Berdasarkan grafik diatas terlihat jika besar tegangan pada induktor adalah Nol saat arus induktornya maksimum dan sebaliknya. Rumus yang berlaku pada tegangan dan arus yang mengalir pada induktor yaitu:

Arus yang mengalir melalui induktor:

Tegangan pada induktor:

Baca Juga : Rotasi Bumi dan Penjelasannya

Rangkaian Kapasitor

Sebuah kapasitor memiliki karakteristik yang mampu menyimpan energi dalam bentuk muatan listrik ketika dihubungkan dengan sumber tegangan bolak balik maupun tegangan searah. Kapasitor yang dialiri arus bolak balik akan muncul resistansi semu atau Reaktansi kapasitif. Besar nilai pada reaktansi kapasitif tergantung dari besarnya nilai kapasitansi kapasitor dan frekuensi sudut arus yang dapat dirumuskan sebagai berikut:

Rangkaian kapasitor pada arus bolak-balik

Grafik hubungan tegangan dan arus terhadap waktu pada kapasitor

Berdasarkan grafik tersebut, terlihat jika arus pada kapasitor maksimum ketika tegangan kapasitor bernilai nol begitu juga sebaliknya. Rumus yang digunakan pada tegangan dan arus yang mengalir pada kapasitor, yaitu:

Arus yang mengalir melalui kapasitor:

Tegangan pada kapasitor:

Baca Juga : Energi Potensial dan Penjelasannya

Rumus Arus Bolak Balik

Pada arus bolak balik terdapat beberapa persamaan matematis yang berlaku, diantaranya yaitu:

Terdapat beberapapersamaan matematis dalam arus bolak balik diantaranya yaitu:

Persamaan Umum

V = Vmax sin ωt

Rumus Arus Melalui Resistor

IR = VR/R

IR = Vm/R sin ωt

IR = Im sin ωt

Rumus Tegangan Melalui Resistor

VR = Vm sin ωt

Rumus Arus Melalui Induktor

IL = Vm sin (ωt-1/2 π) /ωL

IL = Im sin (ωt-1/2 π)

Rumus Tegangan Melalui Induktor

VL = Vm sin ωt

Rumus Arus Melalui Kapasitor

IC = ω C Vm sin (ωt+1/2 π)

IC = Im sin (ωt+1/2 π)

Rumus Tegangan Melalui Kapasitor

VC = Vm sin ωt

Keterangan:

C = kapasitor
L = Induktor
R = Resistor
I = Arus (A)
V = Tegangan (V)
ω = frekuensi sudut
t = waktu (s)

Baca Juga : Percepatan Gravitasi dan Penjelasannya

Contoh Soal Arus Bolak Balik

Sebuah generator menghasilkan tegangan sinusoidal dengan persamaan V = 200 sin 200t. Berapa nilai dari Vmax dan Frekuensi tegangan?

Pembahasan
Diketahui:

V = 200 sin 200t

Penyelesaian

Persamaan umum tegangan AC

V = Vmax sin ωt

Dari sini kita dapat menyimpulkan bahwa tegangan maksimumatau Vmax bernilai 200V

ω = 200
2 pi f = 200
f = 100/pi
f = 31.81 Hz
Jadi frekuensi gelombang tersebut bernilai 31.81 Hz.

Baca Juga : Kelajuan, Kecepatan dan Percepatan dengan Penjelasannya

Demikian artikel mengenai Kelajuan, Kecepatan dan Percepatan dengan Penjelasannya. Semoga artikel ini dapat bermanfaat dan menambah wawasan anda mengenai pelajaran Ilmu Pengetahuan Alam.