HUKUM KELISTRIKAN ARUS BOLAK-BALIK

HUKUM KELISTRIKAN 

ARUS BOLAK-BALIK

 

Ø  ARUS BOLAK-BALIK (AC/alternating current)

 

adalah arus listrik di mana besarnya dan arahnya arus berubah-ubah secara bolak-balik. Berbeda dengan arus searah di mana arah arus yang mengalir tidak berubah-ubah dengan waktu. Bentuk gelombang dari listrik arus bolak-balik biasanya berbentuk gelombang sinusoida, karena ini yang memungkinkan pengaliran energi yang paling efisien. Namun dalam aplikasi-aplikasi spesifik yang lain, bentuk gelombang lain pun dapat digunakan, misalnya bentuk gelombang segitiga (triangular wave) atau bentuk gelombang segi empat (square wave).

Ø  RANGKAIAN ARUS DAN TEGANGAN LISTRIK BOLAK-BALIK

Sumber arus bolak-balik adalah generator arus bolak-balik yang prinsip kerjanya pada perputaran kumparan dengan kecepatan sudut ω yang berada di dalam medan magnetik. Sumber ggl bolak-balik tersebut akan menghasilkan tegangan sinusoida berfrekuensi f. Apabila generator tersebut dihubungkan dengan suatu penghantar R dan menghasilkan tegangan maksimum sebesar V_max, maka tegangan dan arus listrik yang melewati penghantar.

Tegangan sinusoida dapat dituliskan dalam bentuk persamaan tegangan sebagai fungsi waktu, yaitu :

Tegangan yang dihasilkan oleh suatu generator listrik berbentuk sinusoida. Dengan demikian, arus yang dihasilkan juga sinusoida yang mengikuti persamaan :

Dengan :

                          V = Tegangan Listrik AC

                          I = Arus Listrik AC

                         V_max = Tegangan maksimum

                         I_max = Arus maksimum

                         ω = Kecepatan sudut (2πf)

Ø  PENGERTIAN SUDUT FASE DAN BEDA FASE DALAM ARUS BOLAK-BALIK

Arus dan tegangan bolak-balik (AC) dapat dilukiskan sebagai gelombang sinussoidal, jika besarnya arus dan tegangan dinyatakan dalam persamaan :

V = V_max sin ωt

I = I_max sin (ωt + 90o)

Di mana ωt atau (ωt + 90^o) disebut sudut fase yang sering ditulis dengan lambang θ. Sedangkan besarnya selisih sudut fse antara kedua gelombang tersebut disebut beda fase. Berdasarkan persamaan antara tegangan dan kuat arus listrik tersebut dapat dikatakan bahwa antara tegangan dan kuat arus listrik terdapat beda fase sebesar 90^o dan dikatakan arus mendahului tegangan dengan beda fase sebesar 90^o. Apabila dilukiskan dalam diagram fasor dapat digambarkan sebagai berikut :

Ø  GRAFIK ARUS DAN TEGANGAN SEBAGAI FUNGSI WAKTU DENGAN BEDA FASE 90◦

Ø  NILAI EFEKTIF ARUS DAN TEGANGAN LISTRIK BOLAK-BALIK

           Nilai tegangan dan arus bolak-balik selalu berubah secara periodik sehingga menyebabkan, kesulitan dalam mengadakan pengukurannya secara langsung. Oleh karena itu, untuk mengukur besarnya tegangan dan kuat arus listrik bolak balik (AC = Alternating Current) digunakan nilai efektif. Yang dimaksud dengan nilai efektif arus dan tegangan bolak balik yaitu nilai arus dan tegangan bolak-balik yang setara dengan arus searah yang dalam waktu yang sama jika mengalir dalam hambatan yang sama akan menghasilkan kalor yang sama. Semua alat-alat ukur listrik arus bolak-balik menunjukkan nilai efektifnya. Hubungan antara nilai efektif dan nilai maksimum dapat dinyatakan dalam persamaan :

dan         

Ø  NILAI RATA-RATA ARUS LISTRIK BOLAK-BALIK

         Nilai rata-rata arus bolak-balik yaitu nilai arus bolak-balik yang setara dengan arus searah untuk memindahkan sejumlah muatan listrik yang sama dalam waktu yang sama pada sebuah penghantar yang sama. Hubungan antara nilai arus dan tegangan listrik bolak-balik dengan nilai arus dan tegangan maksimumnya dinyatakan dalam persamaan :

di mana :

I_r = kuat arus rata-rata
I_max = kuat arus maksimum

HUKUM-HUKUM KEMAGNETAN

Hukum-Hukum Kemagnetan

• Pengertian Magnet

         Magnet merupakan benda yang dapat menarik benda-benda lain di sekitarnya seperti besi, baja, dan kobalt. Sebuah magnet terdiri atas magnet-magnet elementer yang tersusun secara teratur. Magnet mmepunyai bagian yang paling kuat daya tariknya yaitu bagian kutub magnet, terdiri dari kutub utara (KU) dan kutub Selatan (KS).

        Sifat-sifat kutub magnet adalah kutub-kutub sejenis jika didekatkan, akan tolak menolak. Sedangkan kutub-kutub tidak sejenis jika didekatkan, akan tarik menarik. Ruangan di sekitar magnet yang masih dipengaruhi adanya gaya magnet disebut medan magnet. Kuat medan magnet ditunjukkan oleh garis-garis magnet yang disebut fluks.

• Sifat kemagnetan

suatu bahan digolongkan menjadi magnet tetap dan magnet sementara. Penggolongan benda terhadap pengaruh magnet sebagai berikut :

 1. Ferro magnetic

 2. Para magnetic

 3. Diamagnetic

• Sifat-sifat yang dimiliki oleh magnet antara lain sebagai berikut:

a. Dapat menarik benda-benda yang terbuat dari besi dan baja.

b. Gaya dapat menembus benda-benda tertentu.

c. Kutub utara magnet selalu mengarah ke utara dan kutub selatan magnet selalu mengarah ke selatan.

d. Gaya tarik terbesar terletak pada kutub-kutubnya.

e. Kutub magnet yang senama tolak-menolak dan kutub yang tidak senama tarik-menarik.

f. Semakin dekat jarak kutub magnet terhadap bendanya, semakin kuat gaya tarikan magnet terhadap benda itu.

• Jenis magnet

a. Magnet alam, yaitu magnet yang tidak dibuat oleh manusia.

b. Magnet buatan, yaitu magnet yang dibuat oleh manusia.

c. Magnet tetap

d. Magnet buatan

• Hukum-Hukum kemagnetan

ü  Bunyi Hukum Faraday

• apabila sepotong kawat penghantar listrik berada dalam medan magnet yang berubah-ubah, maka di dalam kawat tersebut akan terbentuk GGL induksi.
• Apabila sepotong kawat penghantar listrik digerak-gerakkan dalam medan magnet, maka dalam kawat penghantar tersebut akan terbentuk GGL induksi.

ü  Hukum Lenz

•   “Jika ggl induksi timbul pada suatu rangkaian, maka arah arus induksi yang dihasilkan sedemikian rupa sehingga menimbulkan medan magnetik induksi yang menentang perubahan medan magnetik (arus induksi berusaha mempertahankan fluks magnetik totalnya konstan)”
• E:\Mata Kuliah\Semester 5\FISEK 3\Hukum-Lenz-300x102.png

ü  Hukum Lorentz

Bila penghantar berarus di letakkan di dalam medan magnet , maka pada penghantar akan timbul gayaJadi gaya lorentz adalah gaya yang dialami kawat berarus listrik di dalam medan magnet

   Bila pengamatan dilakukan dengan benar maka akan diperoleh :

    (a) Makin besar arus listrik yang mengalir, makin besar pula gaya yang bekerja dan makin cepat batang penghantar bergulir.

    (b) Bila polaritas sumbu dirubah, maka penghantar akan bergerak dalam arah yang berlawanan dengan gerak sebelumnya.

perhatikan gambar di bawah ini

ü  Hukum Newton

Dua benda salaing tarik menarik dengan suatu gaya yang sebanding-selaras dengan massa-massa dari kedua benda tersebut dan sebanding-balik dengan kuadrat dari jarak antara kedua benda itu.

GEJALA KEMAGNETAN

GEJALA KEMAGNETAN

Pengertian Magnet

Kata magnet berasal dari bahasa Yunani yaitu magnes atau magnetis lithos yang berarti batu dari magnesia. Magnet merupakan benda yang dapat menarik benda-benda lain di sekitarnya seperti besi, baja, dan kobalt. Sifat kemagnetan suatu bahan ditentukan oleh spin elektron dan gerak elektron mengelilingi inti.

Spin elektron membentuk momen magnetik yang merupakan magnet-magnet kecil (magnet elementer). Spin elektron tersebut berpasangan dan tidak menimbulkan sifat kemagnetan, karena arah spinnya berlawanan sehingga saling meniadakan. Spin elektron yang tidak berpasangan bersifat sebagai magnet kecil. Sebuah magnet merupakan gabungan dari spin elektron (magnet-magnet kecil) yang arah spin (utara-selatan)-nya sama.

 “Benda yang ditarik dengan kuat oleh magnet disebut ferromagnetik. Benda yang ditarik dengan lemah oleh magnet dan benda yang tidak ditarik oleh magnet disebut paramagnetik. Selain itu, terdapat pula benda yang ditolak oleh magnet meskipun benda itu bukan magnet. Benda yang demikian disebut diamagnetik,seperti seng atau bismut.”

Sufat-Sifat Magnet :

• Memiliki dua kutub, yaitu kutub utara dan kutub selatan. Kutub utara adalah kutub magnet yang selalu mengarah ke kutub utara bumi. Kutub selatan adalah kutub magnet yang mengarah ke selatan bumi.
• Kutub yang sama akan tolak-menolak. Kutub yang tidak sama akan tarik-menarik.

Jenis-jenis Magnet

1. Berdasarkan bentuknya.

• magnet batang, 
• magnet silinder, 
• magnet U, 
• magnet ladam, dan
• magnet jarum.

2. Berdasarkan kemampuan menyimpan sifat magnetiknya

• magnet permanen. Magnet permanen merupakan magnet yang tetap mempertahankan kekuatannya untuk jangka waktu yang lama. Magnet permanen digunakan dalam berbagai alat pengukur, antara lain voltmeter, galvanometer, alat perekam kardiograf, kompas magnet, magnetometer. Magnet permanen juga digunakan dalam peralatan seperti pengeras suara (loudspeaker), pita kaset, dan disket. dan 
• magnet sementara. 

Membuat Magnet

1. Membuat Magnet dengan Menggosok
Batang besi atau baja yang telah digosok selama beberapa menit dengan magnet batang akan menjadi magnet. Kutub magnet yang dihasilkan di ujung batang besi atau baja yang digosok selalu berlawanan dengan kutub magnet yang menggosoknya.

2. Membuat Magnet dengan Mengalirkan Arus Listrik
Paku dapat dibuat menjadi magnet dengan cara diberi arus listrik melalui kawat yang dililitkan pada paku. Magnet yang dibuat dengan menggunakan arus listrik dinamakan dengan elektromagnet.

3. Membuat Magnet dengan Cara Induksi
Paku dapat dibuat menjadi magnet dengan cara didekatkan pada sebuah magnet kuat. Cara membuat magnet dengan cara mendekatkan batang baja atau besi pada sebuah magnet kuat dinamakan induksi magnetik.

Teori magnet elementer

Teori magnet elementer dikemukakan oleh Weber, yang intinya adalah sebagai berikut.

• Sebuah magnet dapat dibagi-bagi menjadi magnet yang lebih kecil dalam cacah tak terhingga. Magnet kecil ini dinamakan magnet elementer.
• Benda/zat, terutama besi dan baja, terdiri atas magnet elementer-magnet elementer.
• Pada benda yang bersifat magnet, susunan magnet elementernya teratur dan membentuk arah yang sama. Sedangkan pada benda yang tidak bersifat magnet, susunan magnet elementernya tidak teratur.
• Magnet elementer pada besi mudah bergerak, sedangkanmagnet elementer pada baja sukar bergerak. Karena itulah, magnet yang terbuat dari besi bersifat sementara, sedangkan magnet yang terbuat dari baja bersifat tetap.

Medan Magnet

 
Medan magnet adalah daerah di sekitar magnet yang menyebabkan sebuah muatan yang bergerak di sekitarnya mengalami suatu gaya. Medan magnet tidak dapat dilihat, namun dapat dijelaskan dengan mengamati pengaruh magnet pada benda lain, misalnya pada serbuk besi.

• Garis-garis gaya magnetik selalu keluar dari kutub utara magnet dan masuk ke kutub selatan magnet.
• Garis-garis gaya magnetik tidak pernah saling berpotongan dengan garis-garis gaya magnetik lain yang berasal dari magnet yang sama.
• Daerah yang garis-garis gaya magnetiknya rapat menunjukkan medan magnetik yang kuat, sedangkan daerah yang garis-garis gaya magnetiknya kurang rapat menunjukkan medan magnetik yang lemah.

Implementasi Magnet dalam Kehidupan Sehari-hari :

• Jarum kompas adalah dari magnet permanen.
• Pintu kulkas memiliki magnet permanen agar selalu tertutup dan kedap udara, dengan itu menghindari pemborosan energi.
• TV dan monitor komputer menggunakan elektromagnetik untuk menghasilkan gambar.
• Mikrofon dan speaker menggunakan kombinasi magnet permanen dan elektromagnetik.
• Media rekaman magnetik: Tape VHS biasa mengandung golongan tape bermagnet. Informasi yang memproduksi video dan suara dikodekan pada lapisan bermagnet pada tape.
• Kaset audio kompak mengandung magnet untuk menghasilkan audio.
• Kartu kredit, kartu debit, dan kartu ATM: Semua kartu ini memiliki jalur bermagnet pada sisi-sisnya. Jalur ini mengandung informasi yang dibutuhkan untuk menghubungi institusi keuangan pribadi dan menghubungkan dengan rekening bank.
• Motor listrik dan generator: Motor listrik (seperti speaker) tergantung pada kombinasi eletromagnet dan magnet permanen, dan seperti speaker, mengganti energi listrik menjadi energi mekanis. Generator bertindak merubah energi mekanis ke energi listrik.
• Transformer / trafo : Transformer merupakan perangkat yang mengkonversi energi listrik antara dua perangkat yang terpisah mengngunakan listrik melalui konektor magnet.

Pemanfaatan Sifat Kemagnetan
1. Prinsip Elektromagnet dalam Bel Listrik

Bel listrik terdiri atas beberapa bagian, yaitu sebagai berikut.

• Besi berbentuk huruf U yang dililit kawat berfungsi sebagai magnet ketika diberi arus listrik.
• Interuptor yang berfungsi sebagai pemutus arus.
• Jangkar besi lunak yang dihubungkan dengan pegas baja.
• Besi yang berfungsi sebagai bel.
• Saklar tekan.
• Baterai sebagai sumber tegangan.

Ketika saklar ditekan, arus listrik dari baterai mengalir melalui interuptor lalu menuju pegas baja dan akhirnya sampai di kumparan. Ketika kumparan dialiri arus listrik, kumparan tersebut menjadi magnet (elektromagnet) dan menarik jangkar besi lunak sehingga jangkar tersebut memukul bel dan menghasilkan bunyi. Sesaat setelah jangkar besi lunak ditarik oleh elektromagnet, arus listrik yang mengalir melalui interuptor terputus. Terhentinya arus listrik yang mengalir menuju kumparan menyebabkan kumparan kehilangan sifat kemagnetannya sehingga pegas baja menarik jangkar besi lunak pada keadaan semula. Setelah kembali ke kedudukan semula, interuptor terhubung kembali dengan arus listrik dari baterai sehingga kumparan menjadi magnet dan proses yang sama akan terulang kembali. Proses ini terjadi secara berulang-ulang sehingga bel terus menghasilkan bunyi sampai saklar kembali ditekan untuk memutuskan arus dari baterai.

2. Prinsip Elektromagnet dalam Relai

Relai adalah alat elektronika yang dapat menghubungkan atau memutuskan arus listrik yang

besar dengan memanfaatkan arus listrik yang kecil. Relai merupakan saklar yang bekerja dengan menggunakan prinsip elektromagnet.

Ketika ada arus lemah yang mengalir melalui kumparan, inti besi lunak akan menjadi magnet. Setelah menjadi magnet, inti besi tersebut menarik jangkar besi lunak sehingga kontak saklar akan terhubung dan arus listrik kuat dapat mengalir. Kontak saklar akan terputus jika arus lemah yang masuk melalui kumparan diputuskan.

Pada relai terdapat dua buah rangkaian yang terpisah. Rangkaian pertama adalah rangkaian yang menghubungkan arus lemah dengan elektromagnet pada relai. Rangkaian kedua adalah rangkaian yang memanfaatkan kontak saklar pada relai untuk memutuskan atau menghubungkan arus listrik kuat yang terhubung dengan alat listrik lainnya, seperti motor listrik atau lampu

3. Prinsip Elektromagnet dalam Telepon

Telepon terdiri atas dua bagian utama, yaitu pesawat pengirim dan pesawat penerima. Telepon bekerja dengan cara mengubah gelombang suara menjadi getaran-getaran listrik. Ketika kita berbicara pada pesawat pengirim melalui mikrofon, tekanan suara kita menekan diafragma aluminium sehingga serbuk-serbuk karbon tertekan. Akibatnya, hambatan serbuk karbon berubah-ubah sesuai dengan tekanan suaramu.

Perubahan hambatan ini menyebabkan besarnya arus yang mengalir melalui rangkaian ikut berubah mengikuti perubahan tekanan suara. Perubahan besar arus yang mengalir tersebut diubah menjadi sinyal yang akan dikirimkan ke pesawat penerima. Pada pesawat penerima, sinyal listrik diubah kembali menjadi tekanan-tekanan suara. Akibatnya, diafragma besi yang ada dalam pesawat penerima terdorong dan menghasilkan tekanan suara yang sama dengan tekanan suara yang dikirimkan mikrofon.