Sebelumnya kita telah mempelajari mengenai listrik arus searah, yaitu arus dan tegangan listrik yang besarnya dapat dianggap tetap dan mengalir dalam satu arah. Arus searah yang juga disebut direct current (DC) contohnya dihasilkan oleh baterai. Pada modul ini akan dibahas mengenai arus bolak-balik atau alternating current (AC), yaitu arus dan tegangan listrik yang besarnya berubah terhadap waktu dan dapat mengalir dalam dua arah. Arus bolak-balik digunakan secara luas untuk penerangan maupun peralatan elektronik seperti televisi, radio, oven microwave, dan lain-lain. Di Indonesia, listrik arus bolak-balik disediakan oleh PLN. Pada modul ini, Anda juga akan mempelajari beberapa komponen-komponen listrik, diantaranya resistor, induktor, dan kapasitor, serta rangkaian yang menggunakan komponen-komponen listrik tersebut.
GENERATOR
Generator adalah mesin yang mengubah energi kinetik (mekanik) menjadi energi listrik. Prinsip kerja generator adalah menghasilkan arus listrik induksi dengan cara memutar kumparan dalam suatu medan magnetik.
Berdasarkan jenis ggl induksi atau arus listrik induksi yang dihasilkan maka generator dapat dibedakan atas generator arus bolak-balik (AC) dan generator arus searah (DC). Perbedaan generator arus searah dengan generator arus bolak-balik hanyalah pada cincin luncur (cincin kolektor) yang berhubungan dengan kedua ujung kumparan dimana generator AC memiliki dua buah cincin yang masing-masing berhubungan dengan tiap ujung kumparan sedangkan generator DC memiliki sebuah cincin yang terbelah di tengahnya yang disebut cincin belah atau komutator.
Generator AC sederhana terdiri dari sebuah kumparan yang diputar dalam
suatu medan magnetik seperti gambar yang ditunjukkan gambar di atas.
Untuk melihat bagaimana arus dibangkitkan oleh generator, perhatikan dua
sisi vertikal dari kumparan pada gambar tersebut. Agar kumparan
berputar berlawanan arah jarum jam maka sisi vertikal kiri harus
mengalami gaya F ke depan dan sisi vertikal kanan harus mengalami gaya F
ke belakang. Sesuai dengan kaidah telapak tangan untuk gaya magnetik
(gaya Lorentz), arus I pada sisi vertikal kiri haruslah ke atas, dan
arus I pada sisi vertikal kanan haruslah ke bawah, seperti ditunjukkan
pada gambar tersebut. Arah gaya F pada gambar searah dengan arah normal
bidang kumparan n. dengan demikian sudut antara arah induksi magnetik B
dan arah normal bidang n adalah θ. Dalam generator, perputaran kumparan
menyebabkan sudut θ selalu berubah, dan ini menyebabkan fluks magnetik
(Ф), yang menerobos bidang kumparan juga berubah. Pada ujung-ujung kawat
loop dibangkitkan ggl induksi (ε), yang dapat dihitung dengan
persamaan:
ε=-NBA (d cosθ)/dt
ε=-NBA (d cosθ)/dt
Bila loop diputar dengan kecepatan sudut ω maka θ = ωt, dan persamaan di atas dapat ditulis sebagai:
ε=-NBA (d )/dt(cos〖ωt)〗
ε=NBA ω sinωt
ε=-NBA (d )/dt(cos〖ωt)〗
ε=NBA ω sinωt
Jika ggl induksi maksimum antara ujung-ujung sikat sama dengan ε_m, maka persamaan di atas dapat ditulis sebagai:
ε=ε_m sin〖ωt=〗 NBA ω sinωt
ε=ε_m sin〖ωt=〗 NBA ω sinωt
Dengan ggl maksimum, ε_m, diberikan oleh:
ε_m=NBAω
ε_m=NBAω
Dengan ε = ggl induksi sesaat, ε_m = ggl induksi maksimum, ω = kecepatan
sudut putar dari loop dan t = lama loop telah berputar. Nyata bahwa ggl
induksi yang dihasilkan pada loop berubah terhadap waktu setiap satu
periode T=2π/ω.
ARUS DAN TEGANGAN BOLAK BALIK
Arus dan tegangan bolak-balik adalah arus dan tegangan yang nilainya
selalu berubah terhadap waktu secara periodik. Besaran seperti ini
disebut arus dan tegangan bolak-balik atau AC (Alternating Current).
Apabila pada arus searah Anda dapat mengetahui nilai dan tegangannya
yang selalu tetap. Maka, pada arus bolak-balik Anda akan dapat
mengetahui nilai maksimum yang dihasilkan dan frekuensi osilasi yang
dihasilkan oleh sumbernya. Arus dan tegangan listrik bolak-balik
berbentuk sinusoida seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 1.3 berikut.
Secara matematis, arus dan tegangan listrik bolak-balik tersebut dapat dinyatakan sebagai berikut:
Dimana:
V = tegangan sesaat (V)
I = arus sesaat (A)
Vm = tegangan maksimum (V)
Im = arus maksimum (A)
f = frekuensi (Hz)
T = periode (s)
t = waktu (s)
ωt = sudut fase (radian atau derajat)
V = tegangan sesaat (V)
I = arus sesaat (A)
Vm = tegangan maksimum (V)
Im = arus maksimum (A)
f = frekuensi (Hz)
T = periode (s)
t = waktu (s)
ωt = sudut fase (radian atau derajat)
Hubungan amplitudo tegangan atau arus bolak-balik dengan sudut fase
dapat dinyatakan secara grafik dalam diagram fasor. Fasor adalah suatu
vektor yang berputar berlawanan arah putaran jarum jam terhadap titik
asal dengan kecepatan sudut ω. Fasor suatu besaran dilukiskan sebagai
suatu vektor yang besar sudut putarnya terhadap sumbu horizontal (sumbu
x) sama dengan sudut fasenya. Nilai maksimum besaran tersebut adalah
sama dengan panjang fasor, sedangkan nilai sesaatnya adalah proyeksi
fasor pada sumbu vertikal (sumbu y). Berikut adalah gambar diagram fasor
untuk arus dan tegangan yang sudut fasenya sama (sefase) serta gambar
fungsi waktu dari arus dan tegangan tersebut.
Sesungguhnya arus dan tegangan bolak-balik bukanlah besaran vektor,
melainkan besaran skalar. Penggambaran arus dan tegangan bolak-balik
sebagai fasor adalah untuk mempermudah analisis rangkaian arus
bolak-balik yang lebih rumit.
NILAI RATA-RATA DAN NILAI EFEKTIF
Arus dan tegangan bolak-balik adalah arus dan tegangan yang nilainya
selalu berubah terhadap waktu secara periodik. Besaran seperti ini
disebut arus dan tegangan bolak-balik atau AC (Alternating Current).
Apabila pada arus searah Anda dapat mengetahui nilai dan tegangannya
yang selalu tetap. Maka, pada arus bolak-balik Anda akan dapat
mengetahui nilai maksimum yang dihasilkan dan frekuensi osilasi yang
dihasilkan oleh sumbernya. Arus dan tegangan listrik bolak-balik
berbentuk sinusoida seperti yang ditunjukkan
GEJALA TRANSIEN PADA KAPASITOR
Biasanya pengertian kapasitor adalah dua bahan logam yang berbentuk
identik yang kedua luas permukaannya dapat berhadapan secara simetris
mengikuti arah medan listrik, sehingga memiliki kemampuan untuk
menyimpan muatan listrik. Namun kenyataanya konduktor tunggalpun
memiliki kapasitansi yang merupakan ukuran daya tampung muatan. Artinya
konduktor tunggal pun mampu menampung muatan listrik. Contoh benda
berbentuk bola dapat diberi muatan karena bentuk simetri lainnya
dianggap berada di tak hingga. Kapasitor yang tersedia di pasar dapat
ditunjukkan dalam berbagai jenis dan ukuran seperti gambar di atas.
Simbol untuk kapasitor digambarkan seperti gambar berikut.
Kapasitansi didefinisikan sebagai:
C=Q/∆V
C=Q/∆V
Artinya, daya tampung muatan pada suatu kapasitor bergantung pada beda
potensial diantara kedua keping yang berhadapan secara simetris. Nilai
beda potensial ini bergantung pada bentuk fisik dan ukuran serta jarak
antara kedua keping. Hampir semua komponen dalam rangkaian listrik
memiliki kapasitansi, misal kabel, kawat maupun resistor. Satuan SI
untuk menyatakan kapasitansi adalah F (farad), namun karena satuan ini
terlalu besar untuk keperluan sehari hari digunakan mikrofarad (ditulis
μF = 10–6F), nanofarad (ditulis nF = 10–9F) dan pikofarad (ditulis pF =
10–12F).
Tidak ada komentar:
Posting Komentar