Arus Bolak-Balik (Alternating Current)

Pada postingan sebelumnya Mafia Online sudah membahas mengenai arus listrik secara umum. Arus listrik dapat dibedakan menjadi dua jenis yaitu arus listrik searah atau DC (direct current) dan arus listrik bolak-balik atau AC (alternating current). Contoh dalam kehidupan sehari-hari yang merupakan contoh arus DC adalah arus listrik yang mengalir pada baterai. Apabila sebuah baterai dihubungkan pada suatu rangkaian, arus mengalir dengan tetap pada satu arah yang disebut arus searah atau DC (direct current).

Sumber gambar: group robot

Sedangkan contoh arus bolak-balik dalam kehidupan sehari-hari yaitu generator listrik pada pusat penmbangkit listrik. Generator listrik pada pusat pembangkit tenaga listrik yang arus listriknya mengalir ke rumah Anda (lstrik PLN) menghasilkan arus bolak-balik atau AC (alternating current). Anda dapat mebuktikan bahwa listrik yang mengalir pada rumah anda adalah listrik dengan arus bolak-balik dengan cara melihat dengan seksama cahaya lampu yang bersinar pada lampu pijar. Jika anda saksikan dengan seksama maka pada lampu pijar akan terjadi perubahan terang cahaya lampu pijar secara berlanjut. Secara periodik lampu pijar akan kelihatan meredup dan kembali terang, walaupun hanya sedikit.

Arus listrik bolak-balik arahnya selalu berubah secara periodik terhadap waktu, sehingga nilai arus dan tegangan bolak-balik selalu berubah-ubah menurut waktu, dan mempunyai pola grafik simetris berupa fungsi sinusoida, seperti gambar b di bawah ini.

Arus listrik yang dipasok ke rumah-rumah dan kantor-kantor oleh perusahaan listrik sebenarnya adalah arus listrik bolak-balik (AC). Tegangan yang dihasilkan oleh suatu generator listrik berbentuk sinusoida, sehingga arus yang dihasilkannya juga sinusoida. Tegangan sebagai fungsi waktu dapat dinyatakan:

V = V₀.sin 2πf

Potensial listrik V berosilasi antara +V₀ dan -V₀, di mana V₀disebut sebagai tegangan puncak. Frekuensi f adalah jumlah osilasi lengkap yang terjadi tiap sekon. Pada sebagian besar daerah Amerika Serikat dan Kanada, frekuensi f sebesar 60 Hz, sedangkan di beberapa negara menggunakan frekuensi 50 Hz.

Berdasarkan Hukum Ohm, jika sepanjang tegangan V ada hambatan R, maka arus I adalah:

I = V/R

I = (V₀.sin 2πf)/R

I = I₀.sin 2πf

Nilai I0 = V₀/R adalah arus puncak. Arus dianggap positif ketika elektron-elektron mengalir ke satu arah dan negatif jika mengalir ke arah yang berlawanan. Besarnya daya yang diberikan pada hambatan R pada setiap saat adalah:

P = I².R

P = (I₀.sin 2πf )².R

P = I²₀.sin²2πf.R

P = P₀.R

Karena arus dikuadratkan, berarti daya selalu bernilai positif, perhatikan Gambar di bawah ini.

Nilai sin² 2πft bervariasi antara 0 dan 1. Daya rata-rata yang dihasilkan, P , adalah:

P = ½ (V²_o/R)

Akar kuadrat dari arus atau tegangan merupakan nilai rms (root mean square atau akar-kuadrat-rata-rata), didapatkan

I_rms= I₀/√2

I_rms= 0,707.I₀

V_rms= V₀/√2

V_rms= 0,707.V0

Nilai Vrms dan Irms kadang-kadang disebut “nilai efektif ”. Keduanya dapat disubstitusikan langsung ke dalam rumus daya, sehingga diperoleh persamaan daya rata-rata:

P = I²_rms.R

P = V²_rms/R

Dari persamaan P = I²_rms.R dan V²_rms/R, berarti daya yang sama dapat dihasilkan pada arus searah yang nilai I dan Vnya sama dengan nilai rms I dan V pada arus bolik-balik.

Contoh Soal

Sebuah peralatan listrik memiliki daya 450 W dan tegangan AC 220 V. Hitunglah arus maksimum dan hambatannya!

Penyelesaian:

Diketahui:

P = 450 W,

V_rms = 220 V

Ditanya: I_rms= ... ? R = ... ?

Jawab:

I_rms= P/V_rms

I_rms= 450 W/220 V

I_rms= 2,05 A

I_maks= I₀

I₀= I_rms√2

I₀ = 2,05√2 A

R = V₀/ I₀

R = Vrms√2/I₀

R = (220 V√2)/(2,05√2 A)

R = 107,3 Ω