Arus Bolak-Balik: Penemu, Rangkaian, dan Contoh Soal

Listrik sudah menjadi salah satu serpihan dr hidup manusia sehari-hari. Listrik sendiri dibagi menjadi dua jenis, yaitu listrik arus searah (DC) & listrik arus dua arah (AC) atau yg biasa pula disebut sebagai listrik arus bolak balik.

Pada potensi kali ini di Sosiologiku kita akan mempelajari jenis listrik yg kedua. Materi ini merupakan materi mata pelajaran fisika yg ada di kelas 12.

Materi arus listrik bolak balik yg akan kita pelajari mencakup pengertian, penemu, rangkaian, rumus, sampai teladan soal & pembahasannya. Langsung saja, berikut materinya.

Pengertian Arus Bolak Balik

Arus bolak balik atau alternating current (AC) yakni arus & tegangan listrik yg arahnya berganti-ubah kepada waktu & mengalir dengan-cara dua arah.

Bentuk gelombang atau sinyal dr arus listrik bolak balik idealnya yaitu gelombang sinusoidal. Karena bentuk gelombang ini lah yg pengaliran energinya paling efisien.

Tetapi, hal ini tak menutup kemungkinan bahwa bentuk gelombangnya bisa berubah.

Pasalnya, pada kasus-kasus spesifik, bentuk gelombang yg lain pula bisa digunakan, contohnya bentuk gelombang segi empat (square wave) & bentuk gelombang segitiga (triangular wave).

Penemu Arus Bolak Balik

Siapakah ilmuwan yg berhasil menemukan jenis listrik ini? Jawabannya yaitu Nikola Tesla. Nikola Tesla yaitu ilmuwan penemu arus bolak balik. Penemuannya ini sudah ia aplikasikan pada motor listrik yg sebelumnya memakai arus searah yg konstan.

Dengan penemuannya yg baru ini Tesla sudah menjamin bahwa arus listrik AC akan lebih efisien dibandingkan dengan arus sebelumnya. Pada tahun 1887, Nikola Tesla hijrah ke New York & mendirikan laboratorium sendiri.

Di dlm laboratorium inilah ia telah pertanda bahwa arus AC lebih efisien ketimbang arus searah yg sebelumnya diciptakan oleh Thomas Alfa Edison.

Nikola Tesla pula sudah mematenkan sekitar 300 hasil temuannya cuma dlm kurun waktu kurang dr satu tahun. Dan dua puluh tahun selanjutnya ia telah membuat penemuan ahli yang lain.

Rumus Arus Bolak Balik

Arus yg bolak balik mengartikan bahwa tegangan listriknya pula bolak balik. Berikut rumus arus bolak-balik.

v(t) = Vpeak . sin(ωt)	Vpeak ialah tegangan listrik (volt)
	ω yakni frekuensi sudut (radians per detik)
	t yaitu waktu (detik)

Selain rumus di atas, berikut Sosiologiku berikan pula semua rumus-rumus lainnya yg berkaitan dgn arus AC.

• Persamaan biasa
  V = V_max sin ωt
• Rumus arus lewat resistor
  I_R = V_R/R
  I_R = V_m/R sin ωt
  I_R = I_m sin ωt
• Rumus tegangan melalui resistor
  V_R = V_m sin ωt
• Rumus arus lewat induktor
  I_L = V_m sin (ωt-1/2 π) /ωL
  I_L = I_m sin (ωt-1/2 π)
• Rumus tegangan lewat induktor
  V_L = V_m sin ωt
• Rumus arus melalui kapasitor
  I_C = ω C V_m sin (ωt+1/2 π)
  I_C = I_m sin (ωt+1/2 π)
• Rumus tegangan melalui kapasitor
  V_C = V_m sin ωt

Apabila masih belum mengerti, cobalah ananda tonton pula video materi arus bolak balik berikut.

Rangkaian Arus Bolak Balik & Contohnya

Terdapat tiga rangkaian pada jenis arus dua arah ini, yaitu rangkaian resistor, induktor, & kapasitor. Berikut masing-masing klarifikasi lengkap & contohnya.

1. Resistor

Rangkaian resistor ketika dihubungkan dgn sumber tegangan bolak balik maka alirannya pun akan dialiri arus bolak balik. Rangkaian ini pada lazimnya digunakan untuk menurunkan memiliki potensi listrik suatu rangkaian.

Bisa pula selaku pembatas arus listrik yg masuk, yg pada kesannya tegangan & arus dlm rangkaian resistor memiliki fase yg sama dikala dihubungkan dgn sumber tegangan DC.

Perhatikanlah grafik di bawah ini!

Sesuai dgn grafik tadi kita tahu bahwa arus & tegangan berada pada satu fase yg mempunyai arti meraih nilai maksimal pada saat yg selaras.

Suatu resistor dihubungkan dgn asal tegangan bolak balik, bisa dikatakan bahwa sumber tegangan sama dgn besarnya tegangan.

Lalu didapati rumus tegangan resistor & arus yg mengalir via resistor berikut di bawah ini.

2. Induktor

Suatu induktor memiliki kendala yg pula mampu disebut dgn reaktansi induktif tatkala dialiri dgn sumber arus bolak balik.

Reaktansi induktif atau kendala ini tergantung pada induktansi diri & frekuensi sudut arus, yg bisa dirumuskan dengan:

Dapat diperoleh bahwa tegangan sumber sama dgn tegangan pada induktor.

Sedangkan kekerabatan arus & tegangan pada waktu pada induktor seperti gambar berikut.

Pada grafik di atas bisa kita lihat dengan-cara seksama bahwa ketika arus pada induktor maksimum, besar tegangan pada induktor bernilai nol.

Saat arus pada induktor bernilai nol, maka besar tegangan pada induktornya maksimum.

Jadi, tegangan pada induktor mencapai batas nilai tertingginya atau maksimum lebih singkat seperempat periode dibandingkan arus meraih nilai maksimumnya.

Maka mampu disimpulkan bahwa tegangan sinusoidal arus pada induktor tertinggal 90° dibandingkan tegangan pada induktor.

Pada kesannya, didapati rumus tegangan & arus yg mengalir pada induktor seperti pada gambar di bawah.

3. Kapasitor

Suatu kapasitor mempunyai karakteristik yg bisa menempatkan energi dlm bentuk muatan listrik ketika dihubungkan dgn sumber tegangan searah maupun arus bolak balik.

Kapasitor yg dialiri tegangan bolak balik akan timbul reaktansi kapasitif atau bisa pula disebut reaktansi semu.

Besar nilai reaktansi semu tergantung pada besarnya frekuensi sudut arus & nilai kapasitansi kapasitor sehingga dapat dirumuskan selaku berikut:

Perhatikanlah grafik di bawah ini!

Pada grafik di atas bisa kita lihat bahwa arus pada kapasitor menjadi maksimum dikala tegangan kapasitor memiliki nilai nol, & sebaliknya pun begitu.

Hal ini mengartikan bahwa arus telah meraih batas nilai tertingginya seperempat periode lebih singkat dibandingkan tatkala tegangan meraih nilai maksimumnya.

Lalu bisa kita peroleh bahwa rumus tegangan & arus yg mengalir pada kapasitor mirip berikut.

Sumber Arus Bolak Balik

Tegangan bolak-balik dgn sinyal sinusoidal dapat berasal dr berbagai macam sumber. Umumnya, arus ini dihasilkan dr pembangkit listrik mirip PLTA, PLTU, PLTS, sampai PLTG. Ada pula pembangkit listrik yg bersifat portable atau bisa dibawah-bawa.

Perbedaan Arus AC & DC

Selain beda nama, apa saja sih perbedaan antara arus DC & AC? Nah berikut ini beberapa perbedaan listrik arus AC & DC:

• Perbedaan yg mencolok pertama yakni terletak pada arah arusnya. Sesuai namanya, arah arah arus bolak-balik akan mengalir pada dua arah, sementara arus searah mengalir pada satu arah.
• Sumber arus AC adalah dr PLN, sementara sumber arus DC dr akumulator atau baterai kering.
• Tegangan arus listrik bolak-balik menciptakan tegangan yg besar, artinya mampu dipakai untuk alat elektro yg memerlukan energi listrik yg besar. Sedangkan tegangan listrik searah menciptakan tegangan listrik yg kecil, artinya hanya dapat digunakan pada alat elektro yg membutuhkan energi listrik yg kecil.
• Bentuk grafik arus AC (bolak-balik) adalah sinusoidal atau tegangannya berubah kepada waktu. Sedangkan bentuk grafik arus DC (searah) yaitu lurus yg artinya tegangannya tetap kepada waktu.

Keuntungan Arus Bolak Balik

Kelebihan utama arus bolak balik ialah kefektifan & keefisienan dlm urusan transmisi listrik.

Sejak permulaan, penemu dr arus ini, Tesla & Westinghouse sudah mengenali bahwa supaya tenaga listrik bisa lebih praktis, maka mesti ada cara supaya transmisi bisa dilakukan dengan-cara efisien meskipun dr jarak yg jauh.

Pada zamannya, PLTA merupakan pembangkit listrik terpopuler. Akan namun, sumber air letaknya ada di wilayah yg jauh sekali dr sentra beban sehingga diperlukan jalur transmisi yg begitu panjang.

Baik arus AC ataupun DC, keduanya mempunyai ketahanan yg bisa menjadikan hilangnya daya atau losses tatkala proses penghantaran dilakukan.

Para ilmuwan ini sudah menyadari bahwa tegangan mesti dinaikkan setinggi-tingginya supaya bisa menghantarkan daya yg efisien walaupun jaraknya jauh.

Saat ini sendiri sudah tersedia banyak jalur transmisi yg mempunyai tegangan 500.000 volt atau setara 500 kV.

Dan cara mengoptimalkan tegangan sebelum diantarvia jalur transmisi bisa dilaksanakan dgn pinjaman transformer (trafo).

Dengan penggunaan trafo, menaikkan & menurunkan tegangan menjadi hal yg mudah. Ini pula yg menjadi keunggulan utama tegangan bolak balik. Sistem arus DC tak mampu melaksanakan hal yg sama.

Kemudian keunggulan selanjutnya yakni pembangkitannya. Pada tamat tahun 1800-an, penemuan generator AC merupakan salah satu yg terpenting. Desainnya dibuat sedemikian sederhana & praktis oleh Westinghouse.

Ini berlawanan sekali dgn desain sistem generator DC yg rumit, & kebanyakan masih dihasilkan dgn sumbangan sel materi bakar, sel surya, atau baterai.

Dalam hal konsumsi daya, arus AC pula lebih unggul. Sementara mesin DC membutuhkan komutator & sikat untuk bekerja, yg membuatnya sulit & kompleks untuk urusan pemeliharaannya.

Dulu, Tesla pertama kali mematenkan motor induksi AC mudah. Setelah itu, general electric mulai memproduksi & memasarkannya dengan-cara massal.

Dalam periode waktu yg singkat, mesin ini sudah banyak diinstal di tambang, pabrik, sampai pertokoan.

Hingga kini, motor AC sudah dimanfaatkan bahkan di rumah tangga untuk pendingin & pompa air.

Dan kelebihan arus AC yg terakhir adalah penggunannya untuk macam-macam lampu modern, misalnya lampu CFL & lampu neon.

Contoh Soal Arus Bolak Balik & Pembahasannya

Supaya lebih terperinci lagi & biar ananda ngerti materi ini, nah berikut Sosiologiku sajikan pula beberapa pola soal arus bolak balik & pembahasannya.

---

Pertanyaan yg Sering Ditanyakan

Berikut di bawah ini beberapa pertanyaan yg sering diajukan terkait arus bolak balik.

---

Demikianlah pembahasan yg padat & mendalam terkait arus AC. Apakah ananda punya pertanyaan? Kasih tau di kolom komentar ya. Semoga berguna & terima kasih.