Pengertian dan Konsep Medan Listrik

Medan listrik itu daerah/area/ruang di sekitar muatan listrik, baik itu muatan positif (proton) maupun muatan negatif (elektron) yang masih dipengaruhi gaya listrik.

Nah, kejadian memegang gagang pintu bisa kesetrum itu disebabkan oleh lompatan elektron akibat adanya medan listrik.

Hal ini bisa terjadi ketika terdapat ketidakseimbangan antara jumlah proton dengan elektron di tangan kita dan gagang pintunya. Biasanya, fenomena tangan kita kesetrum saat memegang gagang pintu itu disebabkan karena tangan kita kelebihan elektron, yang menyebabkan elektron mengalir atau melompat dari tangan kita ke gagang pintunya.

Selain itu, peristiwa tersebut juga didukung karena gagang pintu terbuat dari bahan logam. Kenapa? karena logam bersifat mudah mengalirkan atau memindahkan elektron.

Oke, dari penjelasan di atas, mungkin di antara kamu ada yang bertanya-tanya, “kenapa tangan atau tubuh kita bisa kelebihan elektron?”

Hal tersebut biasanya terjadi karena faktor cuaca dingin yang membuat elektron mudah terbentuk di permukaan kulit kita ketika sedang menyentuh sesuatu. Sesuatunya ini bisa dari mana aja, ya. Misalnya, ketika kita nggak sengaja menggosokkan tangan ke sprei, selimut, gorden, atau benda lainnya, maka elektron bendanya akan lebih mudah berpindah ke tangan atau permukaan tubuh yang lain. Apalagi, jika bendanya itu terbuat dari bahan logam yang mudah mengalirkan elektron.

Jadi, sebenernya, perpindahan elektron itu bisa terjadi dari tubuh kita ke benda, maupun sebaliknya, ya. Nah, untuk kasus ini, memang umumnya perpindahan elektronnya itu dari tangan ke gagang pintu.

Ketika menyentuh benda yang mudah mengalirkan elektron, akan terjadi lompatan/aliran elektron dari tangan kita ke benda tersebut. Karena terjadi interaksi muatan listrik antara tangan kita dengan bendanya, maka bisa dikatakan di daerah tersebut terdapat medan listrik.

Rumus Medan Listrik

Medan listrik dipengaruhi juga oleh jarak (r), semakin jauh jarak suatu titik dari suatu muatan sumber (Q), maka medan listrik (E) yang dirasakan di titik itu akan semakin lemah. Begitupun sebaliknya. Sehingga, kuat medan listrik (E) pada suatu titik di sekitar sebuah muatan akan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak (r) antara titik dengan muatannya, atau dapat dituliskan juga E~1/r². Sedangkan semakin besar muatan sumber (Q) maka semakin besar pula medan listriknya (E) atau dapat ditulis E~Q.

Contoh Soal

1. Gaya Coulomb dua muatan A dan B adalah sebesar 4 x 10-4N. Jika besar muatan A sebesar 4 x 10-6 C dan muatan uji B sebesar 4 x 10-12C, berapakah besar kuat medan listrik yang dirasakan muatan uji B oleh muatan A tersebut?

Jawaban:

Diketahui:

FC = 4 x 10-4N

QA = 4 x 10-6C

QB = 4 x 10-12C

Ditanyakan: EA = …?

EA = F/QB

EA = 4 x 10-4N/4 x 10-12C = 108N/C

2. Hitunglah intensitas medan listrik dari sebuah muatan titik 6 x 10-9C pada jarak 30 cm.

Jawaban:

Diketahui:

Q = 6 x 10-9C

k = 9 x 109Nm2/C2

r = 30 cm = 30 x 10-2 m

Ditanyakan: E = …?

E = k . Q/r2

E = 9 x 109 . 6 x 10-9/(30 x 10-2)2

E = 45/900 x 10-4

E = 45/0,9

E = 50 N/C

Hukum Coulomb ditemukan oleh ahli fisika asal Prancis yang bernama Charles Augustin de Coulomb. Coulomb melakukan penelitan mengenai gaya yang ditimbulkan oleh dua benda yang diberi muatan listrik dan dipisahkan oleh jarak tertentu. Hukum Coulomb pada dasarnya menyatakan bahwa interaksi muatan listrik yang sejenis akan tolak-menolak, sedangkan muatan yang berlainan jenis akan tarik-menarik. Dari hasil percobaan Coulomb, dapat dinyatakan bunyi Hukum Coulomb sebagai berikut:

Misalnya, ada dua muatan, yaitu q₁ dan q₂ yang berada pada jarak r satu sama lain dalam ruang hampa udara. Jika q₁ dan q₂ memiliki muatan yang sama, maka kedua muatan akan saling tolak-menolak. Contohnya seperti yang ditunjukkan pada gambar (a) dan (b), ya.

Pada gambar (a), muatan q₁ dan q₂ sama-sama positif. Makanya, muatan q₁ mendapat gaya tolakan sebesar F₁₂ ke kiri akibat interaksi dengan muatan q₂. Sementara itu, muatan q₂ mendapat gaya tolakan F₂₁ ke kanan akibat interaksi dengan muatan q₁. Begitupun yang terjadi pada gambar (b). Muatan q₁ dan q₂ sama-sama bernilai negatif, sehingga terjadi gaya tolak menolak pada masing-masing muatannya.

Sebaliknya ya, jika q₁ dan q₂ memiliki muatan yang berbeda, maka kedua muatan akan saling tarik-menarik. Contohnya seperti pada gambar (c). Muatan q₁ positif dan muatan q₂ negatif, sehingga terjadi interaksi saling tarik menarik antar dua muatan. Muatan q₁ ditarik oleh muatan q₂ dengan gaya F₁₂ ke kanan, sedangkan muatan q₂ ditarik oleh muatan q₁ dengan gaya F₂₁ ke kiri.

Rumus Hukum Coulomb

Lalu, mungkin di antara kamu ada yang bertanya, bagaimana dengan gaya yang dihasilkan oleh masing-masing muatan? Dalam kasus di atas, berarti nilai F₁₂ dan F₂₁. Menurut Hukum Coulomb, gaya yang dihasilkan oleh interaksi dua muatan tersebut akan bernilai sama (F₁₂ = F₂₁). Besar gaya Coulomb antar dua muatan listrik dapat ditentukan menggunakan rumus berikut ini:

Nah, gaya Coulomb dipengaruhi oleh konstanta Coulomb (k) yang nilainya bergantung dengan permitivitas medium. Kalau kedua muatannya itu berada dalam medium udara, maka nilai konstanta Coulomb-nya adalah k≈ 9×10⁹N⋅m²/C².

Contoh Soal Hukum Coulomb

Untuk lebih memahami Hukum Coulomb, yuk kita bahas bersama contoh soal dibawah ini!

Dua buah titik A dan B berjarak 3 meter, masing-masing bermuatan listrik +4 x 10^-4 C dan -1 x 10^-4 C. Titik C terletak di antara A dan B, berjarak 2 meter dari A dan bemuatan listrik +3 x 10^-5 C. hitung besar gaya elektrostatis pada muatan di C!

Pembahasan:

Diketahui:

q_A = +4 x 10^-4 C

q_B = -1 x 10^-4 C

q_C = +3 x 10^-5 C

r_CA = 2 m

r_BA = 3m

Ditanya: F_C ?

Jawab:

Muatan q_C ditolak q_A ke kanan karena kedua muatan sejenis tetapi ditarik ke kanan oleh muatan q_B karena berlawanan jenis. Jadi gaya elektrostatis F_C adalah:

Pengertian Medan Elektromagnetik – Tanpa kita sadari didalam sekitar lingkungan kita, terutama peralatan rumah tangga kita banyak barang-barang yang mengandung medan elektromagnetik. Medan elektromagnetik sering kali disebut dengan medan EM, yang dihasilkan ketika partikel bermuatan, seperti elektron yang dipercepat.

Jadi, medan elektromagnetik yaitu semua partikel yang bermuatan listrik dan dikelilingi oleh medan listrik pula. Partikel yang bermuatan dan bergerak menghasilkan medan magnet. Ketika kecepatan perubahan partikel bermuatan makan medan elektromagnetik diproduksi.

Pertamakali bidang elektromagnetik ditemukan pada abad ke 19, ketika fisikawan menyadari bahwa busur listrik (percikan api) dapat direproduksi dari kejauhan dan tanpa menghubungkan kabel diantara keduanya.

Hal ini membuat ilmuan percaya bahwa ada kemungkinan bisa berkomunikasi jarak jauh tanpa menggunakan kabel. Pemancar radio yang pertamakali memanfaatkan busur listrik ini dan penerima yang terkait adalah sebagai menarik untuk orang-orang pada awal abad ke-20 sebagai internet pada saat ini. Ini adalah awal dari yang biasa kita sebut nirkabel komunikasi.

Medan elektromagnetik (ME) biasanya dihasilkan dari arus (alternating AC) dalam konduktor listrik. Frekuensi dari arus dapar berkisar dari satu siklus dalam ribuan tahun pada ekstrim yang rendah ke triliun atau quadrillions siklus per detik (pada suhu yang sangat tinggi).

Unit standar elektromagnetik adalah hertz. Sebuah frekuensi 1000 Hz adalah onekilohertz (kHz). Frekuensi 1000 kHz adalah salah satu megahertz (MHz). Frekuensi 1000 MHz adalah salah satu gigahertz (GHz).

Panjang gelombang elektromagnetik adalah terkait dengan frekuensi. Jika frekuensi F dari gelombang elektromahnetik ditentukan dalam megahertz, dan  W panjang gelombang ditentukan dalam meter (m). Maka dalam ruang bebas, keduanya berhubungan melalui rumus w = 300 / f.

Contohnya sebuah sinyal pada 100 MHz yang mmiliki panjang gelombang 3 m, atau sekitar 10 m. Rumus yang sama ini berlaku apabila frekuensi dalam  GHz dan panjang gelombang ditentukan dalam milimeter (mm). Dengan demikian, sinyal pada 30 GHz akan memiliki panjang gelombang 10 milimeter atau sedikit kurang dari setengah inchi.

Memang sulit menghitung melalui rumus seperti itu, apalagi bagi orang-orang yang tidak mengetahuinya. Akan lebih mudah jika kita mempunyai alat yang bisa mengukur medan magnet elektromagnetik tersebut. Sekarang sudah ada alat yang berguna untuk mengukur medan elektromagnetik, yaitu Emf Tester. Anda bisa mendapatkannya melalui website Alat Ukur Indonesia.

Bidang energi EM disebut spektrum radiasi elektromagnetik . Dalam teori, ini memanjang dari panjang gelombang panjang untuk panjang gelombang pendek.

Sementara dalam ilmu fisika elektromagnetisme, sebuah medan elektromagnetik adalah sebuah medan terdiri dari gabungan antara dua medan vektor yang berhubungan yaitu : medan listrik dan medan magnet.

Elemen elemen medan elektromagnetik

1.Vektor

Vektor adalah sebuah bilangan yang memiliki nilai dan arah, Vektor memiliki 2 Metode : Diantaranya :

1. Metode Grafik
2. Metode jajaran Genjang ( = 2 Vektor )
3. Metode Poligon ( ≥ 2 Vektor )
4. Metode Uraian

• Perkalian Vektor

1. Perkalian Vektor Dengan Skalar
2. Perkalian Vektor Dengan Vektor
3. Dot Product. adalah operasi aljabar yang mengambil dua urutan yang sama-panjang angka (biasanya koordinat vektor ) dan mengembalikan satu nomor.
4. Cross Product( Metode Sarrus ). Metode sarrus dapat digunakan untuk mencari determinan matriks berordo sampai dengan 3.

-Hukum Coloum

Hukum coloum adalah gaya yang terjadi pada benda yang memiliki kelebihan muatan baik electron, proton, dan muatan lainnya.

Intensitas medan listrik dalah Kejadian yang terjadi pada sebuah titik yang disebabkan muatan sumber .

Fluks Listrik ( Intensitas ) Adalah bagian garis – garis kuat medan listrik yang menembus sebuah permukaan bidang.

Hukum Gauss dalah jumlah garis – garis medan listrik pada suatu bidang tertutup sama dengan jumlah muatan yang menghasilkan fluks tersebut.

Potensial Listrik Jika kuat medan listrik adalah besaran vector, maka potensial listrik adalah besaran scalar.

Gaya coloum adalah besaran vector, sedangkan energy potensial adalah besaran scalar.

Kapasitansi Adalah ukuran jumlah muatan listrik yang disimpan untuk potensial listrik yang telah ditentukan.

Induktansi Adalah rasio atau perbandingan fluks magnetic lingkup terhadap arus yang menghasilkan fluks tersebut. Komponen ( Induktor ).

Medan Magnet Toroida Yaitu medan magnet yang bekerja pada toroida.

Fluks Magnetik Adalah banyaknya garis medan magnetic. Yang menembus permukaan bidang secara tegak lurus.

GGL ( Gaya Gerak Listrik ) induksi Sebuah kawat berbentuk loop berada didalam medan magnet dan ujung-ujungnya dihubungkan dengan galvanometer seperti pada gambar disamping, ketika kawat digerak-gerakkan dalam medan magnet dengan arah keluar masuk, jarum galvanometer akan menyimpang ke kanan dan ke kiri. Bergeraknya jarum galvanometer menunjukkan adanya arus listrik yang mengalir pada loop tersebut. Gejala ini disebut induksi elektromagnetik. Arus listrik yang dihasilkan dengan cara demikan disebut dengan arus listrik induksi.

Pengertian impedansi. Impedansi dilambangkan dengan simbol Z dan memiliki satuan Ohm (Ω). Anda dapat mengukur impedansi rangkaian atau komponen elektrik apa pun. Hasil pengukurannya akan memberitahu Anda seberapa besar rangkaian tersebut menghambat aliran elektron (arus). Ada dua efek berbeda yang memperlambat laju arus, kedua-duanya berkontribusi terhadap impedansi:

• Resistansi (R) atau Hambatan adalah perlambatan arus yang disebabkan oleh bahan dan bentuk dari komponen. Efek ini paling besar terdapat di resistor, meski seluruh komponen pasti memiliki setidaknya sedikit hambatan.
• Reaktansi (X) adalah perlambatan arus dikarenakan bidang elektrik dan magnetis yang menolak perubahan arus atau tegangan. Efek ini paling signifikan terdapat pada kapasitordan induktor.

• Mengulas resistansi. Resistansi adalah konsep dasar dalam bidang studi elektrik. Anda dapat melihatnya dalam hukum Ohm: ΔV = I * R.  Persamaan ini membuat Anda bisa menghitung nilai-nilai dari variabel-variabel tersebut selama Anda mengetahui setidaknya dua dari tiga variabelnya. Sebagai contoh, untuk menghitung resistansi, tulislah rumusnya menjadi R = I / ΔV. Anda juga bisa menghitung resistansi dengan mudah menggunakan multimeter.
  • ΔV adalah tegangan, satuannya Volt (V). Variabel ini juga disebut sebagai perbedaan potensi.
  • I adalah arus, satuannya Ampere (A).
  • R adalah resistansi, satuannya Ohm (Ω).

Kurangi reaktansi induktif dengan reaktansi kapasitif untuk memperoleh total reaktansi. Oleh karena efek salah satu reaktansi meningkat seiring dengan menurunnya efek reaktansi satunya lagi, kedua reaktansi tersebut cenderung saling mengurangi efek satu sama lain. Untuk mencari nilai totalnya, kurangi nilai reaktansi yang lebih besar dengan nilai reaktansi yang lebih kecil.

• Anda akan memperoleh hasil yang sama dari rumus X_total= |X_C – X_L|

Menghitung impedansi dari resistansi dan reaktansi dalam rangkaian seri. Anda tidak bisa menjumlahkan keduanya karena kedua nilai tersebut berada pada fase yang berbeda. Artinya, nilai keduanya berubah seiring berjalannya waktu sebagai bagian dari siklus AC, tetapi keduanya mencapai puncak pada waktu yang berbeda. Untungnya, apabila semua komponennya berada dalam rangkaian seri (hanya terdapat satu kawat), kita dapat menggunakan rumus sederhana Z = √(R² + X²).

• Perhitungan di balik rumus ini melibatkan “fasor,” meski sepertinya juga terhubung dengan geometri . Kita bisa melambangkan kedua komponen R dan X sebagai dua sisi dari segitiga siku-siku, dengan impedansi Z sebagai sisi tegaknya.

Menghitung impedansi dari resistansi dan reaktansi dalam rangkaian paralel. Ini adalah cara umum untuk menghitung impedansi, tetapi dibutuhkan pemahaman atas angka-angka kompleks. Ini adalah satu-satunya cara untuk menghitung total impedansi suatu rangkaian paralel yang melibatkan resistansi dan reaktansi.

• Z = R + jX, dengan j sebagai komponen imajiner: √(-1). Gunakan j alih-alih i untuk menghindari kekeliruan penggunaan dengan I yang melambangkan arus.
• Anda tidak bisa mengombinasikan kedua angka tersebut. Sebagai contoh, suatu impedansi dapat dituliskan sebagai 60Ω + j120Ω.
• Apabila Anda memiliki dua rangkaian seperti ini dalam satu rangkaian seri, Anda dapat menjumlahkan komponen bilangan nyata dan komponen imajiner secara terpisah. Sebagai contoh, apabila Z₁ = 60Ω + j120Ω dan terhubung secara seri dengan resistor yang memiliki Z₂ = 20Ω, maka Z_total = 80Ω + j120Ω.

1. Impedansi

Impedansi (disebut juga hambatan dalam, Z) adalah nilai resistansi yang terukur pada kutub kutub sinyal jack alat elektronik. Semakin besar hambatan/impedansi, makin besar tegangan yang dibutuhkan. Impedansi tidak dapat dikatan sebagai hambatan secara spontan. Karena terdapat perbedaan yang mendasar dari keduanya.  Beberapa sumber mengatakan bahwa impedansi merupakan hasil reaksi hambatan (R, resistensi) dan kapasitas elektron (C, capacitance) secara bersamaan. Daya merupakan tegangan kuadratnya dibagi impedansnya:

P = V² / Z

• P = daya (watt)
• V = tegangan (volt)
• Z = impedans (ohm)

Impedansi listrik, atau lebih sering disebut impedansi, menjelaskan ukuran penolakan terhadap arus bolak-balik sinusoidal. Impedansi listrik memperluas konsep resistansi listrik ke sirkuit AC, menjelaskan tidak hanya amplitudo relatif dari tegangan dan arus, tetapi juga fase relatif. Bila sebuah beban diberi tegangan, impedansi dari beban tersebut akan menentukan besar arus dan sudut fase yang mengalir pada beban tersebut. Faktor daya merupakan petunjuk
yang menyatakan sifat suatu beban.

Impedansi → Jumlah Hambatan Secara Vektor Pd Rangkaian Arus Bolak – Balik / AC.

1. Impedansi Rangkaian Seri R & L : Z = √ R2 + XL2
   2. Impedansi Rangkaian Seri R & C : Z = √ R2 + XC2
   3. Impedansi Rangkaian Seri R – L & C : Z = √ R2 + ( XL – XC ) 2

BENTUK PERSAMAAN TEGANGAN DAN ARUS PADA R,L DAN C

Rangkaian seri RLC pada arus bolak-balik terdiri dari resistor (R), induktor (L) dan kapasitor (C) yang dihubungkan dengan sumber tegangan AC dan disusun secara seri. Hambatan yang dihasilkan oleh resistor disebut resistansi, hambatan yang dihasilkan oleh induktor disebut reaktansi induktif (X_L), dan hambatan yang dihasilkan oleh kapasitor disebut reaktansi kapasitif (X_C). Ketiga besar hambatan tersebut ketika digabungkan dalam disebut impedansi (Z) atau hambatan total.

Rangkaian seri RLC

Ketiga hambatan tersebut (R, XL dan XC) mengalir arus (i) yang sama sehingga diagram fasor arus diletakkan pada t=0. Tegangan pada resistor (V_R) berada pada fasa yang sama dengan arus, tegangan (V_L) pada reaktansi induktif (X_L) mendahului arus sejauh 90º, dan tegangan (V_C) pada reaktansi kapasitif (X_C) tertinggal oleh arus sejauh 90º.

Diagram fasor untuk I, V_R, V_L, dan V_C

Diagram fasor dapat digunakan untuk mencari besar tegangan jepit seperti di bawah ini:

V_R = I_max R sin ωt = V_max sin ωt

V_L = I_max X_L sin (ωt + 90) = V_max sin (ωt + 90)

V_C = I_max X_C sin (ωt – 90) = V_max sin (ωt – 90)

Besar arus adalah sama, sehingga besar tegangan pada masing-masing komponen R, L dan C adalah: V_R = I R , V_L = I X_L , dan V_C = I X_C.

Rangkaian seri RLC memiliki beberapa kemungkinan:

1. Nilai XL < XC : rangkaian bersifat kapasitor, tegangan tertinggal terhadap arus dengan beda sudut fase θ sebesar
2. Nilai XL > XC : rangkaian bersifat induktor, tegangan mendahului arus dengan beda sudut fase θ sebesar
3. Nilai XL = XC : besar impedansi rangkaian sama dengan nilai hambatannya (Z=R), pada rangkaian akan terjadi resonansi deret/seri, frekuensi resonansi sebesar

Agar lebih jelas lagi, kerjakan contoh soal di bawah ini!

1. Tentukanlah besar tegangan maksimum yang dibutuhkan agar dihasilkan kuat arus maksimum sebesar 4 A!

Diketahui:

R = 60 Ω

X_L = 120 Ω

X_C = 40 Ω

I_max = 4 A

Ditanya: V_max ?

Jawab:

V_max = I_max Z = 4 (100) = 400 Volt

Jadi besar tegangan maksimum yang dibutuhkan adalah 400 Volt

2. Sebuah resistor 300 Ω, inductor 2 H, dan kapasitor 20 µF dirangkai secara seri serta dihubungkan dengan sumber tegangan 200 Volt, 100 rad/s. Tentukanlah:
3. Reaktansi induktif, reaktansi kapasitif, dan sifat rangkaian
4. Impedansi

Diketahui:

R = 300 Ω

L = 2 H

C = 20 µF= 20 x 10^-6 F

ω = 100 rad/s

Ditanya: X_L, X_C, Z dan sifat rangkaian ?

Jawab:

a.

Karena X_L < X_C rangkaian bersifat kapasitif

b.

Arus bolak balik merupakan jenis arus listrik yang mempunyai arah aliran yang berubah-ubah secara tidak beraturan atau bolak-balik.

Sifat dari arus bolak balik adalah kebalikan dari arus listrik searah yang arahnya lurus atau maju, tidak berubah-ubah terhadap waktu.

Salah satu contoh mudah untuk melihat sumber dari arus bolak-balik adalah dari generator. Namun perlu diketahui, bahwa arus ini terdiri dari beberapa jenis yakni, rangkaian resistor, induktor dan kapasitor.

Lantas bagaimana kondisi rangkaian-rangkaian tersebut apabila dialiri arus bolak balik? Biar tidak semakin penasaran, langsung saja simak penjelasan dibawah ini.

Seperti yang kita rasakan sekarang ini bahwa listrik merupakan sarana penunjang kebutuhan hidup manusia yang sangat penting. Ternyata listrik sendiri memiliki dua jenis, yakni listrik arus AC dan DC.

Pada kesempatan ini akan lebih memperdalam penjelasan tentang apa itu arus bolak balik. Nah, dalam hal ini jenis arus listrik bolak-balik bisa dikatakan sebagai arus dan tegangan listrik yang besarnya berubah terhadap waktu dan mengalir dalam dua arah.

Bentuk sinyal atau gelombang dari arus listrik jenis bolak balik secara ideal adalah sinusoidal. Yakni bentuk gelombang yang menjadikan penyaluran energi yang efisien, sebab pada dasarnya listrik arus bolak balik dihasilkan oleh generator listrik milik PLN ataupun mitranya.

Sumber listrik bolak-balik prinsip kerjanya yakni terjadinya perputaran kumparan dengan kecepatan sudut tertentu yang berada dalam medan magnetik.

Berbagai jenis rangkaian arus bolak balik terdiri dari rangkaian resistor, rangkaian induktor dan rangkaian kapasitor seperti yang telah sedikit saya singgung diatas. Untuk lebih jelasnya mari dibahas satu per satu dibawah ini.

1. Rangkaian Resistor

Komponen resistor akan dialiri arus listrik bolak-balik pada saat dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik. Suatu rangkaian resistor dalam arus bolak balik digunakan untuk menurunkan potensial listrik dalam rangkaian atau pembatas arus listrik yang masuk.

Sehingga arus dan tegangan dalam rangkaian resistor akan memiliki fase yang sama ketika terhubung dengan sumber tegangan bolak-balik. Coba deh amati contoh gambar grafis yang saya berikan dibawah ini”

Jika dilihat berdasarkan grafik diatas, nampak bahwa tegangan dan arus berada pada keadaan sefase, artinya mencapai nilai maksimum pada saat yang sama. Komponen resistor apabila dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik, maka besar tegangan pada resistor akan sama dengan sumbernya.

2. Rangkaian Induktor

Suatu komponen induktor memiliki hambatan yang biasanya disebut dengan reaktansi induktif ketika dihubungkan dengan sumber tegangan arus bolak balik. Untuk hambatan atau reaktansi induktifnya sendiri bergantung pada frekuensi sudut arus dan induktansi diri induktor atau bisa dirumuskan dengan:

Jika dilihat berdasarkan grafik diatas, maka bisa dilihat bahwa besar tegangan pada induktor adalah nol ketika arus induktornya maksimum, begitupun sebaliknya.

Maksudnya adalah tegangan pada induktor mencapai nilai maksimum lebih cepat seperempat periode daripada ketika arus mencapai maksimumnya.

3. Rangkaian Kapasitor

Komponen kapasitor mempunyai karakteristik yang bisa menyimpan energi dalam bentuk muatan listrik pada saat dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik maupun searah.

Kapasitor yang dialiri listrik arus bolak balik akan memunculkan resistansi semu atau biasa disebut dengan reaktansi kapasitif. Untuk besar nilai reaktansi kapasitif juga bergantung pada besarnya nilai kapasitansi kapasitor dan frekuensi sudut arus atau bisa dirumuskan seperti berikut ini:

Jika dilihat pada grafik diatas, maka bisa dipastikan bawah arus di kapasitor maksimum ketika tegangan kapasitor bernilai nol, begitupun sebaliknya.

Maksudnya adalah apabila arus sudah mencapai nilai maksimumnya seperempat periode lebih cepat dibanding ketika tegangan mencapai nilai maksimumnya.

Rumus Arus Bolak Balik

Terdapat beberapa persamaan matematis dan rumus di dalam arus bolak-balik, antara lain adalah:

• Persamaan Umum

V = Vmax sin ωt

• Rumus Arus Melalui 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 = Vm sin ωt

• Rumus Arus Melalui Induktor

I_L = V_m sin (ωt-1/2 π) /ωL

I_L = I_m sin (ωt-1/2 π)

• Rumus Tegangan Melalui Induktor

V_L = Vm 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 = Vm sin ωt

Keterangan:

• C = Kapasitor.
• L = Induktor.
• R = Resistor.
• I = Arus (A).
• V = Tegangan (V).
• ω = Frekuensi sudut.
• t = Waktu (s)

Untuk memudahkan pemahaman Anda, berikut ini saya sudah memberikan beberapa contoh soal untuk digunakan sebagai referensi:

1. Terdapat sebuah generator yang menghasilkan tegangan sinusoidal dengan persamaan V = 200 in 200 t. Maka hitunglah nilai dari:

1. Vmax?
2. Frekuensi tegangan?

Jawaban!

Diketahui:

V = 200 sin 200 t

Jawab:

Persamaan umu tegangan AC :

V = Vmax sin ωt

Maka dari sini bisa diambil kesimpulan bahwa tegangan maksimum atau Vmax bernilai 200V.

ω = 200

2 pi f = 200

f = 100/pi

f = 31.81 Hz

Jadi, frekuensi gelombang pada generator tersebut adalah 31.81 Hz.

2. Coba perhatikan gambar dibawah ini:

Apabila tegangan maksimum sumber listrik arus bolak balik = 220V, maka besar kuat arus maksimum yang mengaliri rangkaian adalah?

Jawaban!

Diketahui:

R = 60 Ω

XL = 240 Ω

XC = 40 Ω

Vmax = 220 V

Jawab:

Z = sqrt (60²+(240-40)²)

Z = sqrt (60²+200²)

Z = 208.81 Ω

Im = Vm/Z

Im = 220 / 208.81

Im = 1.1 A

Jadi, untuk nilai arus yang mengalir pada rangkaian tersebut adalah sebesar 1.1 A.