ARUS BOLAK BALIK - MATERI FISIKA UNTUK SMK KELAS XII ( 12 )

ARUS BOLAK – BALIK

A.      PENGERTIAN ARUS LISTRIK BOLAK-BALIK

1.      Membedakan Tegangan Ac Dan Teganga Dc

Arus bolak-balik atau alternating current (AC) sangat berbeda dengan arus searah. Besarnya tegangan arus searah atau direct current (DC) selalu tetap terhadap waktu, sedangkan besarnya tegangan AC selalu berubah terhadap waktu. Tegangan pada listrik arus bolak-balik membentuk sinusoidal sedangkan tegangan pada listrik arus searah membentuk garis lurus. Perbedaan tegangan DC dan AC dapat kita amati dengan menggunakan alat ukur yang disebut osiloskop.

Pada tegangan AC terdapat tegangan puncak dan tegangan efektif. Tegangan puncak yaitu tegangan maksimal dari listrik AC sedangkan tegangan efektif yaitu tegangan yang terukur saat diukur dengan voltmeter. Hubungan matematis antara tegangan puncak atau tegangan max dengan tegangan efektif yaitu:

2.      Arus Dan Tegangan Sinusoidal     

Sumber arus bolak-balik adalah generator ac yang dapat menghasilkan ggl induksi sebesar

Pada rangkaian arus bolak-balik yang mempunyai hambatan R berlaku juga hukum Ohm. Dengan demikian

B.       IMPEDANSI, TEGANGAN DAN ARUS BOLAK-BALIK

Dalam rangkaian sederhana bolak-balik umumnya terdapat komponen resistor, inductor dan kapasitor. Pada masing-masing komponen tersebut bila dialiri arus listrik AC akan timbul impedansi, tegangan dan arus.

1.      Impedansi

Impedasnsi yaitu hambatan atau reaksi pada rangkaian arus bolak-balik. Hambatan pada resistor dinamakan reaktansi resistantif ( X_R ), pada kapasitor dinamakan reaktansi kapastiif ( X_C ), dan pada inductor dinamakan reaktansi induktif ( X_L ). Besarnya masing-masing hambatan tersebut adalah :

Jika komponen tersebut dalam rangkaian seri seperti di atas, maka impedansinya adalah :

2.      Tegangan Dan Arus Bolak – Balik

Besarnya tegangan total pada rangkaian arus bolak – balik di atas yaitu:

Rangkaian di atas merupakan rangkaian seri, sehingga besarnya arus yang mengalir pada rangkaian tersebut sama besar :

3.      Hubungan Impedansi, Tegangan Dan Arus Bolak-Balik

Secara matematis, hubungan hambatan, tegangan dan arus AC sama dengan pada arus DC berlaku hukum Ohm :

Diagram Pashor

Hubungan antara R, L, C dan Z dapat dinyatakan dalam suatu diagram yang dinamakan diagram pashor. Hubungan XR, XL. Dan XC di gambarkan dalam suatu system sumbu koordinat seperti pada gambar:

θ = beda fase antara tegangan  ( V ) dan arus ( I ) pada rangkaian listrik AC

Resonansi

Resonansi yaitu keadaan dimana XL = XC . keadaan ini dapat terjadi pada frekuensi tertentu. Frekuensi saat terjadinya resonansi disebut frekuensi resonansi besarnya ;

C.      KAPASITOR DALAM RANGKAIAN ARUS BOLAK-BALIK

1.      Pada Ragkaian Kapasitif Arus Mendahului Tegangan

Sebuah kapasitor  ( C ) yan dihubungkan dengan sumber arus bolak-balik ditunjukkan pada gambar. Rangkaian seperti ini disebut rangkaian kapasitif.

Besarnya arus dan tegangan pada rangkaian kapasitif dinyatakan dengan persamaan:

2.      Beda Fase Pada Rangkaian Kapasitif

Dengan melihat grafik sinusoidal dapat dinyatakan bahwa beda fase atau selisih fase  anatara arus dan tegangan pada rangkaian kapasitif adalah  90 derajat ½ π , dengan tegangan ketinggalan oleh arus atau arus mendahului tegangan.

3.      Reaktansi Kapasitif

Hambatan yang timbul pada kapasitor yang dihubungkan dengan rangkaian arus bolak-balik disebut reaktansi kapasitif. Besarnya reaktansi kapasitif di rumuskan :

D.      DAYA PADA RANGKAIAN AC

Inductor murni L dan kapasitor murni C yang berbeda dalam rangkaian AC tidak pernah membuang energy listrik, tetapi hanya melakukan pengalihan bolak-balik energy dari rangkaian ke medan magnetic atau medan listrik. Lain halnya dengan arus yang mengalir melaui penghambat  R . di dalam R , energy di ubah menjadi kalor yang tidak dapat di ubah kembali ,menjadi listrik.

Besarnya energy listrik per satuan waktu yang di ubah menjadi kalor disebut daya listrik. Daya listrik pada rangkaian AC identik dengan daya lisrik pada rangkaian DC yaitu :

Dalam hal ini V_R adalah komponen tegangan yang sefase dengan arus, dengan demikian maka : 

     

besaran cos θ disebut factor daya pada rangkaian. Karena θ dapat berubah, maka daya rangkaian AC pun dapat berubah menurut besarnya sudut fase. Jika pada rangkaian hanya ada R, atau tidak ada L dan C, maka θ = 0 sehinggan cos θ = 1 . dalam keadaan itu , P = V . i

E.       PEMAKAIAN ARUS LISRIK AC

1.      Transmisi Tenaga Listrik

Listrik dari PLN yang kita pakai di rumah adalah listrik arus bolak-balik ( AC ) .Listrik bisa masuk ke rumah kita melalui suatu cara yang disebut transmisi tenaga listrik

2.      Pemakaian Listrik Di Rumah Kita

Arus listrik masuk ke rumah kita melalui kWh meter dan pembatas daya. Alat kWh meter berfungsi untuk mengatur banyaknya energy listrik yang digunakan, sedangkan pembatas daya berfungis untuk membatasi daya maksimum yang dapat di gunakan di rumah kita.

LISTRIK ARUS SEARAH - MATERI FISIKA UNTUK SMK KELAS XII ( 12 )

LISTRIK ARUS SEARAH

A.  Pengertian Arus Listrik Dan Beda Potensial

Ada beberapa asas penting yang perlu di ingat dan di pahami kembali yaitu:

·      Terdapat dua jenis muatan listrik, yaitu muatan positif ( + ) dan muatan negative ( - )

·      Muatan positif ada pada inti atom, sedangkan muatan negative ada pada electron

·      Electron dapat berpindah dari satu atom ke atom lain, sedangkan inti tidak dapat pindah

·      Atom-atom penghantar (konduktor) memiliki electron-elektron bebas yang sangat mudah berpindah dari satu tempat ke tempat lain di dalam penghantar itu.

·      Muatan listrik dapat bergerak (mengalir) jika ada beberapa potensial (tegangan)

Dari beberapa asas tersebut, kita dapat menyimpulkan bahwa arus listrik ditimbulkan oleh muatan listrik yang berpindah atau muatan listrik yang bergerak. Bila dalam suatu penghantar terus menerus terjadi perpindahan muatan atau electron, maka berarti dalam penghantar itu terjadi arus listrik.

Agar terjadi arus listrik pada suatu penghantar maka ujung-ujung kawat penghantar itu harus di buat berbeda potensialnya, ujung yang satu potensialnya harus lebih tinggi daripada ujung yang lain. Beda potensial yang menyebabkan terjadinya arus listrik, sering di sebut dengan tegangan lisrik.

1.    Kuat Arus Listrik

Kuat arus listrik didefinisikan sebagai jumlah muatan yang mengalir melalui penampang suatu kawat penghantat per satuan waktu. Jadi, bila sejumlah muatan q mengalir melalui penampang penghantar dalam waktu t, maka kuat arus i yang mengalir besarnya adalah:

2.    Hukum Ohm Dan Hambatan Listrik

Pada tahun 1827, seorang ahli fisika bangsa Jerman bernama George Simon Ohm ( 1789-1854 ) menemukan hubungan antara arus dan tegangan listrik. Kuat arus yang mengalir pada suatu kawat penghantar sebanding dengan tegangan yang menimbulkannya. Pernyataan ini disebut hukum ohm. Dalam bentuk persamaan , hukum ini di tulis :

Dalam persamaan tersebut, R dapat dianggap sebagai tetapan kesebandingan. Tetapan ini selanjutnya disebut hambatan listrik (resistor ).

Dari persamaan hukum ohm ini, dapat disimpulakn sebagai berikut :

Kuat arus yang mengalir dalam suatu kawat penghantar ( yang tidak mengalami perubahan suhu ) besaranya :

·  Sebanding dengan tegangan yang menimbulkannya

·  Berbanding terbalik dengan hambatan kawat penghantar

Hambatan Listrik

Besar hambatan listrik pada suatu penghantar di pengaruhi oleh jenis bahan dari penghantar tersebut. Besarnya hambatan listrik tersebut dapat di rumuskan :

 Percoban-percobaan yang teliti mununjukan bahwa hambatan suatu penghantar besarnya:

· Sebanding dengan panjang penghantar (L). artinya, semakin panjang kawat maka hambatannya semakin besar.

· Berbanding terbalik dengan dengan luas penampang penghantar (A). artinya, semakin luas penmapang penghantar maka hambatnnya semakin kecil

· Sebanding dengan hambatan jenis dari bahan kawat (ρ). Artinya. Jika bahan kawat penghantar memiliki hambatan jenis yang besar maka hambatan jenis yang besar maka hambatan penghantar dari bahan itu besar.

Pengaruh Suhu Terhadap Hambatan Jenis

Besarnya hambatan listrik pada suatu bahan penghantar juga dipengaruhi leh suhu badan tersebut, persamaan matemaisnya adalah :

3.      Hukum Kirchof

Menurut hukum kirchof 1, jumlah arus yang masuk pada suatu titik percabangan sama dengan jumlah arus yang keluar dari ttik percabangan itu.

B.       Alat Ukur Listrik

Alat ukur yang biasa digunakan dalam dalam pengukuran besar-besaran lisrik yaitu, ampere meter, voltmeter, meter dasar, multitester dan osiloskop.

· Ampere meter digunakan untuk mengukur kuat arus listrik , sedangkan voltmeter digunakan untuk mengukur beda potensial atau tegangan listrik. Pada masa sekarang kedua alat tersebut sudah di rangkum dalam satu alat yang disebut dengan meter dasar (basic meter). Jadi, meter dasar dapat berfungsi sebagai ampere meter dan voltmeter.

· Multitester, yang sering disebut juga multimeter atau avo-meter adalah alat ukur yang berfungsi sekaligus sebagai ampere meter . voltmeter, ohmmeter (pengukur hambatan listrik). Di sampping itu, multimeter dapat digunakan dalam pengukuran arus listrik searah maupun arus listrik bolak-balik

C.      Rangkaian Listrik Arus Searah

Arus listrik yang mengalir hanya ke satu arah disebut arus searah (direct current, disingkat DC). Arus listrik yang lebih banyak dipakai orang ialah arus bolak – balik (alternating current, disingkat AC ).

1.      Rangkaian Hambatan Seri Dan Paralel

Komponen-komponen listrik seperti lampu, radio, TV, setrika dan sebagainya, dapat di rangkai (disusun) seri, parallel, atau gabungan seri dan parallel

a.      Rangkaianseri

Pada rangkaian seri di atas , berlaku :

b.      Rangkaianparallel

D.      Sumber Arus Searah

Sumber arus searah adalah sumber energy listrik yang dapat menimbulkan arus listrik yang besar arahnya selalu tetap (konstan). Sumber arus searah ini dapat berasal dari hasil proses kimia atau dari proses lainnya. Sumber-sumber arus searah yang berasal dari proses kimia disebut elemen-elemen elektrokimia.

1.      Elemen-Elemen Elektrokimia

Prinsip dasar dari suatu elemen elektrokimia ialah dua lempeng logam berbeda jenis dicelupkan ke dalam larutan elektrolit dan lempeng yang satu tidak bersentuhan dengan lempeng lainnya. Suatu reaksi kimia menyebabkan kedua logam melepaskan electron-elektron ke larutan. Salah satu lempeng melepaskan electron lebih banyak daripada lempeng lain, sehingga lempeng itu potensialnya menjadi lebih rendah dari pada lempeng lain tadi. Beda potensial antara kedua lempeng tersebut dapat menimbulkan arus listrik dalam suatu rangkaian.

Elemen elektrokimia dapat di golongkan menjadi dua golongan yaitu, elemen primer dan elemen sekunder.

a.      Elemen primer

Pada elemen primer, reaksi kimianya tidak dapat di balikan, sehingga elemen jenis ini hanya dapat dipakai selama reaksi di dalamnya berlangsung. Jika reaksi kimia selesai, maka bahan kimia di dalamnya tidak dapat di kembalikan menjadi bahan kimia semula. Contoh sumber arus yang termasuk elemen primer yaitu, elemen volta, elemen leclance, elemen kering, elemin alkalin dan elemen raksa.

b.      Elemen sekunder

Dalam kehidupan sehari-hari, elemen sekunder ini dikenal dengan sebutan akumulator atau aki. Akumulator merupakan elemen elektrokimia bahan-bahan pereaksinya dapat diperbaharui kembali. Artinya, apabila bahan-bahan pereaksinya sudah tidak berfungsi lagi maka dapat diperbaharui kembali dengan cara mengalirkan arus listrik dari sumber luar yang arahnya berlawanan dengan arus yang dihasilkan akumulator.

2.      Generator Arus Searah

Selain diperoleh dari elemen-elemen elektrokimia, sumber arus searah dpaat juga didapat dari generator arus searah. Generator adalah alat yang dapat mengubah energy mekanik (gerak) menjadi energy listrik. Energy listrik pada generator timbul karena adanya peristiwa induksi.

Generator ada yang menghasilkan arus bolak-bali (AC) dan ada yang menghasilkan arus searah (DC). Perinsip kerja dari kedua jenis generator ini pada dasarnya sama. Perbedaannya terletak pada bentuk komutatornya. Generator AC memiliki dua cincin yang terpisah, sedangkan generator DC memiliki satu cincin yang terbelah dua

E.       Daya Dan Energy Listrik

1.      Daya Listrik

Daya listrik yaitu kemampuan suatu perangkat listrik untuk menerima dan memanfaatkan energy listrik. Besarnya daya listrik dapat ditentukan dengan persamaan.

2.      Energy Listrik

Energy listrik yaitu besarnya daya listrik yang di mnafaatkan dalam waktu tertentu, secara matematis dirumuskan ;

LISTRIK STATIS -MATERI FISIKA UNTUK SMK KELAS XII ( 12 )

LISTRIK STATIS

Suatu benda mengandung listrik stastis, muatan-muatan listriknya dalam keadaan diam (tidak bergerak). Dalam listrik statis tidak terdapat arus listrik karena tidak terjadi muatan listrik.

A.      GAYA LISTRIK

Ada dua jenis muatan listrik, yaitu muatan positif dan muatan negative. Jika dua benda bermuatan listrik yang sejenis, misalnya positif (+) dengan positif (+) atau negative (-) dengan negative (-) maka benda tersebut akan saling tolak menolak. Jika dua benda bermuatan tidak sejenis, yaitu positif (+) dengan negative (-) maka kedua benda tersebut akan saling tarik menarik.

Peristiwa tolak menolak atau tarik menarik benda disebut interaksi elektrostatik atau interaksi muatan-muatan listrik diam (tidak mengalir).

Hukum Coulomb

Besarnya gaya tarik menarik atau tolak menolak yang terjadi di rumuskan dalam hukum Coulomb yang dinyatakan oleh Charles Augustin de Coumlomb (1786) sebagai berikut :

      “Gaya antara dua muatan listrik sebanding dengan besar masing-masing muatan, dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara ke dua muatan itu”

Hukum tersebut dinyatakan dengan persamaan:

Untuk lebih jelas, silahkan simak video berikut ini, mengenai listrik statis, muatan listrik dan hukum coulomb. Tayangan video pembelajaran berikut disertai contoh soal dan pembahasannya:

B.       MEDAN LISTRIK

Medan listrik adalah daerah atau ruang di sekitar muatan listrik yang masih dipengaruhi Gaya Coulomb (gaya listrik).

Medan listrik digambarkan dengan garis gaya listrik yang arahnya keluar (menjauhi) untuk muatan positif dan masuk (mendekati) untuk muatan negative.

jadi besar gaya listrik dapat juga ditulis:

Jika suatu titik daerah atau ruang dipengaruhi oleh beberapa medan listrik, maka kuat medan listrik di daerah titik tersebut adalah jumlah dari kuat medan listrik yang di hasilkan oleh tiap muatan smber pada titik tersebut.

 

C.  HUKUM GAUS

Hukum gaus menjelaskan hubungan fluks listrik (jumlah garis medan yang menembus suatu permuakaan tertutup) dengan jumlah muatan listrik yang dilimgkungi oleh permukaan tertutup itu. Hukum ini digunakan untuk menentukan kuat medan listrik pada bola konduktor dan pada keping sejajar.

Fluks listrik ( ɸ ) adalah sejumlah garis medan ( E ) yang menembus tegak lurus suaru bidang (A).

Dinyatakan secara matematis:

Jika medan listrik menembus bidang tidak tegak lurus, tetapi ,membentuk sudut θ terhadap bidang, maka besarnya fluks listrik menjadi :

berdasarkan konsep fluks listrik tersebut, Gauss mengemukakan hukumnya sebagai berikut:

“jumlah garis gaya dari suatu medan listrik yang menembus suatu permukaan tertutup sebanding dengan jumlah muatan listrik yang dilingkupi oleh permukaan tertutup itu”

Secara matematis, hukum Gauss dinyatakan dengan rumus:

D.      POTENSIAL LISTRIK DAN ENERGI POTENSIAL LISTRIK

1.      Potensial listrik oleh muatan titik

Sebuah titik yang terletak di dalam medan listrik akan memiliki potensial listrik. Potensial listrik yang dimiliki  titik tersebut besarnya adalah:

Potensial listrik merupakan besaran scalar, apabila terdapat beberapa muatan titik, maka potensial litrik pada sebuah titik merupakan jumlah aljabar potensialnya terhadap muatan-muatan. Besarnya potensial di P :

2.      Potensial Listrik Oleh Bola Konduktor Bermuatan

Potensial di dalam bola konduktor di tiap titik adalah sama , bidang yang mempunyai potensial listrik yang sama disebut bidang eqipotensial.

3.      Potensial Listrik Pada Dua Keping Sejajar

4.      Bidang Ekipotensial

Bidang ekipotensial adalah bidang dimana setiap titik pada bidang itu mempunyai potensial yang sama. Sebuah muatan titik akan mempunyai bidang ekipotensial berupa sebuah kulit bola. Bidang ini selalu tegak lurus pada garis gaya listrik. Tiap muatan listrik yang di gerakkan pada bidang itu tidak memerlukan usaha.

5.      Energi Potensial Listrik

muatan Q akan memberikan potensial listrik terhadap q sebesar V, akibat potensial listrik tersebut, maka q akan memberikan energy sebesar:

E.       KAPASITOR

Kapasitor atau kondensator adalah peralatan lisrik (komponen) elektronika yang digunakan untuk menyimpan energy listrik dalam waktu yang singkat untuk di bebaskan kembali dengan cepat. Pada dasarnya, kapasitor berupa dua keping atau dua lembaran penghantar yang dipisahkan satu sama lain dengan bahan isolator. Isolator ini sering di sebut bahan dielektrik. Kemampuan kapasitor dalam menyimpan energy disebut kapasitas atau kapasitansi, yang dinyatakan dalam Farad (F).

Macam- Macam Kapasitor

Berdasarkan bahan dielektrik yang di gunakan , terdapat beberapa macam kapasitor, yaitu kapasitor mika, kapasitor kertas, kapasitor keramik, kapasitor elektrolit, kapasitor udara, dan lain-lain. Selain itu kapasitor di bedakan menjadi dua kategori yaitu, kapasitor terkutub (polar) dan kapasitor tak terkutub ( nonpolar ). Kapasitor polar menghendaki pemasangannya dalam rangkaian listrik tidak boleh dibalik, bagian anodanya (+) harus dihubungkan dengan potensial yang lebih tinggi dan bagian katodanya (-) harus dihubungkan dengan potensial yang lebih rendah  pemasangan terbalik dapat merusak kapasitor tersebut. Contoh kapaistor polar adalah kapasitor elektrolit. Kapasitor nonpolar dapat dihubungkan dengan sumber muatan secara sembarang.

Kapasitor digunakan untuk menyimpan muatan listrik. Suatu kemampuan kapasitor untuk menyimpan muatan llistrik dinyatakan dengan besaran kapasitas atau kapasistansi, kpasitas kapasitor ( C ) di definisikan sebagai perbandingan antara muatan q yang tersimpan dalam kapasitor dan beda potensial antara ke dua konduktornya.

Energy dalam kapasitor merupakan energy potensial yang tersimpan di dalam medan listrik kapasitor ;

Energy dalam kapasitor merupakan energy potensial yang tersimpan di dalam medan listrik kapasitor ;

E_P        = energy kapasitor (J)

Q         = muatan listrik kapasitor ( C )

V         = beda potensial antara dua keping ( v)

C         = besar kapasitas kapasitor ( F )

Beberapa kapasitor dapat dihubungkan secara seri, paralel dan kombinasi keduanya.

RESEP DAN CARA MEMBUAT GIANT HOTDOG

Bosan menyantap sandwich dengan saus pada umumnya? Saatnya anda coba menyajikannya dengan tomato relish. Sous Chef Royal Panghegar Hotel and Convention Toni Yulyana membeberkan resep untuk membuat tomato relish , ukuran 1 liter, untuk sandwich di dapur anda sendiri.

Bahan:

Roti bun

Sosis atau isian lainnya seperti beef patty, irisan daging ayam, atau ikan

Sayuran segar

Keju

Saus dan dressing sesuai selera (jika ingin)

Bahan untuk tomato relish:

Tomat 500 gr dikupas kulit, buang biji, lalu cincang

Apel 100 gram, kupas lalu cincang

Kismis 50 gram

Kayu manis satu ruas jari

Palm suiker 100 gram

Apple juice 500 ml

Bawang Bombay 100 gram cincang

Cara membuat tomato relish:

Apel dan bawang bombay di rebus dalam pple juice

Setelah layu, masukkan tomat, palm suiker, kismis dan kayu manis

Aduk hingga mengental

Cara penyajian sandwich:

Oles tomato relish di kedua sisi bun bagian dalam

Tambahkan isian di antrara ke dua bun