Rangkaian Arus Bolak Balik, Rumus, dan Contoh Soal

Ilustrasi arus listrik yang dikelompokkan menjadi arus searah dan arus bolak-balik. Foto: Unsplash

Aplikasi rangkaian arus bolak-balik sebenarnya dapat dilihat pada cara kerja generator pembangkit listrik yang biasa digunakan ketika listrik di rumah sedang padam. Rangkaian arus bolak-balik ini juga dibagi menjadi beberapa jenis.

Sebelumnya, kenali terlebih dahulu apa itu arus listrik. Arus listrik atau electric current merupakan sebuah aliran yang terjadi akibat jumlah muatan listrik yang mengalir dari satu titik ke titik lain, dalam suatu rangkaian tiap satuan waktu.

Dalam buku Permodelan Untuk Rangkaian Listrik karya A.M. Shiddiq Yunus dkk., berdasarkan arah alirannya, arus listrik terbagi menjadi dua jenis, yaitu arus searah dan arus bolak-balik.

Arus searah atau yang dikenal juga direct current (DC) mengalir dari titik berpotensial tinggi menuju titik berpotensial rendah. Sementara itu, arus bolak-balik atau alternating current (AC) mengalir secara berubah-ubah dan mengikuti garis waktu.

Arus bolak-balik biasanya dimanfaatkan untuk peralatan elektronik. Untuk lebih mendalaminya, berikut pengertian dan jenis-jenis rangkaian arus bolak-balik yang dikutip dari berbagai sumber.

Ilustrasi arus bolak-balik yang disalurkan menuju listrik rumah tangga. Foto: Unsplash

Pengertian Arus Bolak Balik

Mengutip dalam buku Mesin Listrik Arus Bolak-balik: Edisi Revisi milik Zuriman Anthony, arus bolak-balik atau alternating current (AC) adalah arus dan tegangan listrik yang besarnya berubah terhadap waktu serta mengalir dalam dua arah.

Arus bolak-balik mempunyai arah bolak-balik, karena sumber arus listrik menghasilkan voltase bolak-balik (voltage alternating). Pada prinsipnya, sumber arus bolak-balik bekerja melalui perputaran kumparan dengan kecepatan sudut tertentu yang berada dalam medan magnetik.

Bentuk dari sinyal atau gelombang arus listrik bolak balik secara ideal berbentuk sinusoidal. Bentuk gelombang sinusoidal ini menjadikan penyaluran energi lebih efisien. Sebab, listrik berarus bolak-balik pada dasarnya dihasilkan oleh generator listrik milik PLN atau mitranya.

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).

Secara umum, listrik bolak-balik berarti penyaluran listrik dari sumbernya (misalnya PLN) ke kantor-kantor atau rumah-rumah penduduk. Adapun contoh lainnya seperti sinyal-sinyal radio atau audio yang disalurkan melalui kabel yang juga termasuk jenis arus listrik bolak-balik.

Dalam aplikasi-aplikasi tersebut, tujuan utama yang paling penting ialah pengambilan informasi yang termodulasi atau terkode di dalam sinyal arus bolak-balik tersebut.

Rangkaian Arus Bolak Balik

Jenis-jenis rangkaian arus bolak-balik atau AC dibagi menjadi tiga macam, yaitu rangkaian resistor, rangkaian induktor, dan rangkaian kapasitor.

Lantas, apa perbedaan dari ketiga jenis rangkaian tersebut? Bayu Sapta Hari dalam buku berjudul Mengenal Fisika Listrik dan Magnet, menguraikannya sebagai berikut.

1. Rangkaian Resistor

Sebuah resistor akan dialiri arus bolak-balik ketika dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik. Fungsi rangkaian resistor dalam arus bolak-balik ialah untuk menurunkan potensial listrik dalam rangkaian atau singkatnya sebagai pembatas arus listrik yang masuk.

Jika telah dibatasi, arus dan tegangan dalam rangkaian resistor mempunyai fase yang sama saat terhubung dengan sumber tegangan bolak-balik.

Oleh sebab itu, apabila sebuah resistor dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik, besarnya tegangan pada resistor sama dengan tegangan sumber.

2. Rangkaian Induktor

Sebuah induktor mempunyai hambatan yang disebut reaktansi induktif, saat dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik. Hambatan atau reaktansi induktif ini bergantung pada frekuensi sudut arus dan induktansi dari induktor.

3. Rangkaian Kapasitor

Sebuah kapasitor memiliki karakteristik yang dapat menyimpan energi dalam bentuk muatan listrik, ketika dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik maupun tegangan searah.

Kapasitor yang dialiri arus bolak-balik akan timbul resistansi semu atau biasa disebut dengan reaktansi kapasitif. Besar nilai reaktansi kapasitif bergantung pada besarnya nilai kapasitansi kapasitor dan frekuensi sudut arus.

Ilustrasi arus bolak-balik yang dianggap lebih efisien. Foto: Unsplash

Rumus Arus Bolak Balik

Diambil dari buku Dasar Teknik Listrik tulisan Hanjte Ponto, terdapat beberapa persamaan matematis dan rumus di dalam arus bolak-balik, antara lain sebagai berikut:

Keterangan:

Ilustrasi mengerjakan soal arus bolak-balik. Foto: Unsplash

Contoh Soal Arus Bolak Balik

Agar lebih mendalami materi arus bolak-balik, berikut contoh soal dan pembahasannya yang diambil dari buku Sumber Tegangan Listrik: Sejarah, Prinsip Kerja, dan Penerapannya karangan Trigonggo hingga situs fisikaonline.com.

Soal 1

Sebuah generator menghasilkan tegangan sinusoidal dengan persamaan V = 200 sin 200t. Berapa nilai dari:

Pembahasan:

Diketahui:

Penyelesaian:

Dari sini dapat disimpulkan, bahwa tegangan maksimum atau V max bernilai 200V.

Jadi, frekuensi gelombang tersebut bernilai 31.81 Hz.

Soal 2

Sebuah benda yang dapat bergerak mampu menghasilkan tegangan maksimal sebesar 200 V. Benda tersebut membentuk sudut yang besarnya 300 dalam periode waktu yang dibutuhkan yaitu 60 sekon. Dari benda tersebut, berapakah tegangan sinusoidal yang terjadi?

Pembahasan:

Diketahui:

Ditanya:

Jawab:

Jadi, tegangan sinusoidal benda tersebut adalah 600 Volt.

Soal 3

Sebuah trafo step-up kumparan primernya terdiri atas 50 lilitan dan kumparan sekundernya 100 lilitan. Jika tegangan primernya 110 V, berapakah tegangan pada kumparan sekundernya?

Penyelesaian:

Diketahui:

Ditanyakan:

Jawab:

Ilustrasi penyelesaian soal. Foto: fisikaonline.com

Jadi, tegangan pada kumparan sekunder adalah 220 V.

(VIO)