KELAS XII _FISIKA_KD 3.5 dan 4.5

Kelas 12_ FISIKA_ KD 3.5. dan 4.5.

@2020, Direktorat SMA, Direktorat Jenderal PAUD, DIKDAS dan DIKMEN 1


DAFTAR ISI

DAFTAR ISI ………………………………………………………………………………………………………………….

2

PENYUSUN .................................................................................................................................................................. 3

GLOSARIUM ................................................................................................................................................................ 4

PETA KONSEP ............................................................................................................................................................ 4

PENDAHULUAN ........................................................................................................................................................ 6

A. Identitas Modul ................................................................................................................................................. 6

B. Kompetensi Dasar ............................................................................................................................................ 6

C. Deskripsi Singkat Materi ............................................................................................................................... 6

D. Petunjuk Penggunaan Modul …………………………………………………………………………………..7

E. Materi Pembelajaran ..................................................................................................................................... 7

KEGIATAN PEMBELAJARAN 1 ............................................................................................................................ 8

Arus dan Tegangan Bolak-Balik ……………………………………………………………………………………

8

A. Tujuan Pembelajaran...................................................................................................................................... 8

B. Uraian Materi ..................................................................................................................................................... 8

1. Arus dan Tegangan Bolak-Balik ……………………………………………………………………………… 8

2. Nilai rata-rata dan nilai efektif ..……………………………………………………………………………..11

3. Kuat arus dan tegangan pada fasor …………………………………………………………………………14

C. Rangkuman ……………………………………………………………………………………………………… 15

D. Penugasan Mandiri (optional) ……………………………………………………………………………. 16

E. Latihan Soal ………………………………………………………………………………………………………. 16

F. Penilaian Diri …………………………………………………………………………………………………… 20

KEGIATAN PEMBELAJARAN 2 .......................................................................................................................... 21

RANGKAIAN RLC …………………………………………………………………………………………………… 18

A. Tujuan Pembelajaran.................................................................................................................................... 21

B. Uraian Materi ................................................................................................................................................... 21

1. RANGKAIAN ARUS BOLAK-BALIK …………………………………………………………………… ….....21

2. DAYA RANGKAIAN ARUS BOLAK-BALIK …………………………………………………………… …..22

C. Rangkuman ....................................................................................................................................................... 27

D. Penugasan Mandiri (optional).................................................................................................................. 27

E. Latihan Soal ...................................................................................................................................................... 27

F. Penilaian Diri ................................................................................................................................................... 33

EVALUASI .................................................................................................................................................................. 33

KUNCI JAWABAN DAN PEMBAHASAN EVALUASI ................................................................................... 37



DAFTAR PUSTAKA

………………………………………………………………………………………………..41

RANGKAIAN ARUS BOLAK -BALIK

FISIKA KELAS XII

PENYUSUN

Drs. Sarwin, M.Pd

SMA NEGERI 13 JAKARTA



GLOSARIUM

Arus : adalah (fis) gerakan atau aliran udara (listrik) yang melalui suatu benda.

Sedangkan arus listrik merupakan gerak elektron dari satu kutub ke kutub lain melalui

kawat penghubung.

Arus listrik adalah : laju aliran muatan listrik, yang dalam konduktor logam, muatan yang

mengalir terdiri dari elektron-elektron (partikel bermuatan negative), dan aliran ini

terjadi karena dalam medan listrik ada perbedaan potensial antara dua tempat tersebut.

Arus listrik bolak-balik yaitu : arus listrik yang arahnya selalu berubah-ubah secara

kontinu/periodik dan bolak-balik

Tegangan adalah : tekanan yang diakibatkan oleh tarikan; (tek) arus atau aliran listrik.

Tegangan biasa disebut juga beda potensial.

Beda potensial adalah : perbedaan potensial antara dua titik, yang sama dengan

perubahan energi, saat satu satuan muatan positif bergerak dari satu tempat ke tempat

lain dalam medan listrik.

Daya adalah : kemampuan melakukan sesuatu atau kemampuan bertindak; kekuatan;

tenaga. Daya hantar (fis) adalah kemampuan menghantarkan (mengalirkan) kalor atau

arus listrik.

Daya adalah laju usaha yang dilakukan atau laju perubahan energi, dengan satuan SI-nya

adalah watt (W) yang setara dengan 1 joule per detik.

Amperemeter adalah : alat yang digunakan untuk mengukur kuat arus listrik .

Voltmeter adalah : alat yang digunakan untuk mengukur tegangan listrik.

Ohmmeter adalah : alat yang digunakan untuk mengukur hambatan.

Tegangan bolak balik adalah : tegangan yang besar dan arahnya selalu berubah ubah

secara periodik





PENDAHULUAN

A. Identitas Modul

Mata Pelajaran : FISIKA

Kelas

: XII

Alokasi Waktu : 12 jam ( 3 kegiatan )

Judul Modul

: Rangkaian Arus Bolak-Balik

B. Kompetensi Dasar

3. 5 : Menganalisis rangkaian arus bolak-balik (AC) serta penerapannya

4.5 : Mempresentasi-kan prinsip kerja penerapan rangkaian arus bolak-balik (AC) -

dalam kehidupan sehari-hari

C. Deskripsi Singkat Materi

Selamat ya kalian telah menyelesaikan modul sebelumnya, sekaligus selamat

datang pada modul Rangkaian Arus Bolak-Balik . Pada modul ini akan mengajak kalian

untuk mempelajari sesuatu yang menarik, juga sangat penting dalam perkembangan dan

kemajuan Fisika. Menarik karena isi modul dekat dengan pengalaman sehari-hari kalian,

penting karena apa yang dibicarakan dalam modul ini menjadi dasar dari perkembangan

listrik dalam kehidupan sehari-hari.

Listrik Arus bolak-balik (listrik AC — alternating current) adalah arus listrik dimana

besarnya dan arahnya arus berubah-ubah secara bolak-balik. Berbeda dengan listrik arus

searah dimana 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 aplikasiaplikasi

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. Namun ada pula contoh lain seperti

sinyal-sinyal radio atau audio yang disalurkan melalui kabel, yang juga merupakan listrik

arus bolak-balik. Di dalam aplikasi-aplikasi ini, tujuan utama yang paling penting adalah

pengambilan informasi yang termodulasi atau terkode di dalam sinyal arus bolak-balik

tersebut.

Arus bolak-balik (AC) adalah sejenis arus yang mempunyai arah bolak-balik karena

sumber arus listrik menghasilkan voltase bolak-balik karena sumber arus listrik

menghasilkan voltase bolak-balik (voltase alternating). Sistem kelistrikan pada kendaraan

bermotor menggunakan arus searah, listriknya berasal dari arus bolak-balik dengan

menggunakan ”inverter”. Pada kendaraan bermotor yang memakai generator AC

(alternator) memerlukan perubahan arus bolak-balik itu jika alternator sesuai digunakan

pada kendaraan bermotor tersebut.

Baiklah, dalam modul ini akan membahas materi-materi tentang Arus dan Tegangan

Bolak-Balik, Rangkaian RLC, Daya dalam Rangkaian AC .



D. Petunjuk Penggunaan Modul

Supaya belajar kalian dapat bermakna maka yang perlu kalian lakukan adalah :

1. Pastikan kalian mengerti target kompetensi yang akan dicapai

2. Mulailah dengan membaca materi

3. Kerjakan soal latihannya

4. Jika sudah lengkap mengerjakan soal latihan, cobalah buka kunci jawaban yang

ada pada bagian akhir dari modul ini. Hitunglah skor yang kalian peroleh

5. Jika skor masih dibawah 70, cobalah baca kembali materinya, usahakan jangan

mengerjakan ulang soal yang salah sebelum kalian membaca ulang materinya

6. Jika skor kalian sudah minimal tujuh puluh, kalian bisa melanjutkan ke

pembelajaran berikutnya.

E. Materi Pembelajaran

Modul ini terbagi menjadi 2 kegiatan pembelajaran dan di dalamnya terdapat uraian

materi, contoh soal, soal latihan dan soal evaluasi.

A. Pertama : - Arus dan Tegangan Bolak-Balik

- Nilai Rata-rata dan Nilai Efektif

- Kuat Arus dan tegangan fasor.

B. Kedua : - Rangkaian Arus Bolak-Balik

- Daya Rangkaian Arus Bolak-Balik



KEGIATAN PEMBELAJARAN 1

ARUS DAN TEGANGAN BOLAK-BALIK

A. Tujuan Pembelajaran

Setelah kegiatan pembelajaran ini diharapkan :

Kalian dapat menerapkan dan menganalisis dari pada Arus dan Tegangan Bolak-

Balik , Nilai Rata-rata dan Nilai Efektif, Kuat Arus dan tegangan fasor.

B. Uraian Materi

Untuk transmisi listrik ke rumah-rumah, kenapa arus listrik

bolak-balik (AC) lebih menguntungkan dibanding listrik arus

searah (DC)? Bagaimana sejarahnya?

(sumber : https://id.wikipedia.org/wiki/Berkas:Hamilton_Beach_Pylon_(2).JPG)

Dalam pikiran kalian pasti selalu bertanya :

1) Kenapa listrik rumah menggunakan arus bolak balik?

2) Bagaimana perbedaan arus listrik searah dan arus listrik bolak balik?

3) Bagaimana prinsip kerja transmisi jarak jauh?

4) Apa kesimpulan kalian?

Pertanyaan kalian akan terjawab dengan mempelajari tentang materi di bawah ini :

Bacalah uraian singkat materi dan contoh berikut dengan penuh konsentrasi !



Pernahkan kalian melihat gardu listrik???

Biasanya merupakan transmisi tegangan tinggi. Secara umum listrik bolak balik berarti

penyaluran listrik dari sumbernya (misalnya PLN) ke kantor-kantor atau rumah-rumah

penduduk.

Arus bolak balik (AC = Alternating current) adalah arus listrik dimana besar dan arah arus

berubah-ubah secara bolak balik. Berbeda dengan arus searah dimana arah arus yang

mengalir tidak berubah-ubah dengan waktu.

Generator arus bolak balik adalah alat untuk mengubah energi kinetik menjadi energi

listrik dan menghasilkan tenaga induksi bolak balik.

(sumber : https://katadata.co.id/arnold/energi/5e9a55d51387e/gardulistrik-digital-pertama-di-indonesia-beroperasi-tahun-depan)

1. ARUS DAN TEGANGAN BOLAK BALIK

Arus bolak balik (AC = Alternating current) adalah arus yang besar dan arahnya

selalu berubah-ubah secara periodik.

Tegangan bolak balik adalah tegangan yang besar dan arahnya selalu berubah

ubah secara periodik.

Besarnya arus dan tegangan bolak balik diukur dengan ampermeter dan

voltmeter AC

Arus dan tegangan yang ditunjukkan merupakan harga efektifnya bukan harga

maksimummya.

1. Tegangan dan Arus bolak balik

• Listrik bolak balik dihasilkan oleh generator listrik bolak balik /

generator AC

• Generator adalah alat untuk mengubah energi mekanik menjadi energi

listrik

• Prinsip dasar generator arus bolak balik adalah sebuah kumparan

berputar dengan kecepatan sudut yang berada di dalam medan

magnet.

Generator AC

(sumber :

https://blogs.itb.ac.id/el2244k0112211029ardinathasanjayaputra/2013/04/28/



generator-ac-and-dc-miscellaneous-subjects-preparing-equipmentsspecifications/)

• Generator menghasilkan tegangan dan arus listrik induksi yang

berbentuk sinusoidal.

• Generator pembangkit tegangan bolak balik disebut alternator

• Perbedaan generator AC dan generator DC terletak pada cincin

gesernya.

Pada generator AC, cincin gesernya tetap (ada 2 cincin) sehingga

bersinggungan dengan rotor secara bergantian dan menghasilkan GGL

induksi ke segala arah,

Pada generator DC , cincin gesernya dibelah menjadi 2 sehingga yang

bersinggungan dengan rotor tidak mengalami perubahan dan

menghasilkan GGL induksi ke satu arah.

• Grafik tegangan berbentuk sinusoidal maka secara matematis

dirumuskan :

v vm

sin( .

t 0)

Keterangan ;

v : tegangan sesaat (volt)

: tegangan maksimum (volt)

v m

: 2 f = frekuensi sudut tegangan bolak balik (rad/s)

t : waktu (sekon)

: sudut fase ketika t = 0, biasanya diambil sama dengan 0

• Grafik arus berbentuk sinusoidal, maka secara matematis arus bolak

balik dirumuskan :

I I sin( t

)

m

0

Keterangan :

I : Arus sesaat (ampere)

I m : Arus maksimum (ampere)

: Kecepatan sudut (rad/s)

t : Waktu (s)

: sudut fase



Contoh soal :

1. Hitung arus sesaat ketika sudut fase = 30 o dari suatu arus AC

pada gambar berikut!

I I sin( t

)

m

0

I I m

sin

a. I I m

sin

= 60 sin 30 o

= 60 . ½

= 30 mA

= 30 x 10 -3 A

2. Nilai rata-rata dan nilai efektif

• Untuk menentukan nilai rata-rata dan nilai efektif suatu arus dan

tegangan bolak balik, kalian harus mengetahui dulu pengertian

tegangan maksimum dan arus maksimum.

• Tegangan maksimum (V m) adalah nilai terbesar tegangan listrik bolak

balik

• Kuat arus maksimum (I m) adalah nilai maksimum dari arus bolak

balik.

a. Nilai rata-rata arus bolak balik

Adalah kuat arus bolak balik yang nilainya setara dengan kuat arus

searah untuk memindahkan sejumlah muatan llistrik yang sama dalam

waktu yang sama.

RUMUS :

2I

m

I

r

0,637.

Keterangan :

I r : Kuat arus rata-rata (A)

: Kuat arus maksimum (A)

I m

b. Tegangan rata-rata arus bolak balkik (V r)

RUMUS :

2V

m

V

r

0,637.

I

m

V

Keterangan :

V r : Tegangan rata-rata (volt)

V m : Tegangan maksimum (volt)

m



c. Nilai efektif arus bolak balik

Adalah arus bolak balik yang setara dengan arus searah untuk

menghasilkan jumlah kalor yang sama ketika melalui suatu resistor

dalam waktu yang sama.

RUMUS :

I

I

2 0,707

m

I ef

.

Keterangan :

I ef : arus efektif (A)

: arus maksimum (A)

I m

m

d. Nilai efektif tegangan bolak balik

Adalah tegangan bolak balik yng setara dengan arus searah untuk

menghasilkan jumlah kalor yang sama.

RUMUS :

V

V

2 0,707

m

V ef

.

Keterangan :

V ef : tegangan efektif (volt)

: tegangan maksimum(volt)

V m

m

Contoh Soal :

1. Sebuah voltmeter dipergunakan untuk mengukur beda potensial listrik

pada rangkaian arus bolak balik. Jika angka yang ditunjukkan oleh alat

ukur tersebut adalah 200 V, berapakah besar beda potensial listrik

maksimum dan rata-rata?

PERLU

DIINGAT!!!!!!!!!

V ef Voltmeter

V m osiloskop

Diketahui :

Ditanya :

Jawab :

V

V . V

2 0,707

m

a. ef

m

Ayo berlatih...........



2V

V 0,637.

V

m

b. r

m

e. Alat ukur arus dan tegangan bolak balik

• Voltmeter AC dan ampermeter AC dapat digunakan untuk

mengukur tegangan efektif dan arus efektif khusus untuk arus

bolak balik.

• Pemasangan voltmeter AC secara paralel terhadap yang diukur.

(voltmeter AC)

(Sumber : http://wim-jie.blogspot.com/2012/07/amperemeter-danvoltmeter.html)

(amperemeter AC)

(sumber : http://wim-jie.blogspot.com/2012/07/amperemeter-danvoltmeter.html)

• Pemasangan amperemeter AC secara seri terhadap yang diukur

Avometer/multimeter/multitester adalah alat ukur yang

merupakan gabungan dari pengukur beberapa besaran yaitu kuat

arus, tegangan dan hambatan.



(sumber : http://pengukuran- avometer.blogspot.com/2012/09/bagian-bagianavo-meter.html)

Untuk mengukur nilai sesaat dan nilai maksimum dapat digunakan

osiloskop.

• Osiloskop merupakan alat yang langsung menampilkan bentuk

arus tegangan terhadap waktu.

(osiloskop)

(sumber : https://cerdika.com/osiloskop/)

3. Kuat arus dan tegangan pada fasor

Hubungan amplitudo tegangan / arus bolak balik dengan sudut fase

dapat dinyatakan secara grafik dalam diagram fasor.

Diagram fasor/diagram vektor adalah cara menggambarkan

gelombang sinusoidal secara vektor.

Fasor digunakan untuk melukiskan tegangan / arus listrik bolak balik

Panjang/besar fasor menyatakan tegangan/arus maksimum

Arah fasor menyatakan sudut fase ke gelombang pada saat itu.

Contoh soal :

1. Misalkan ada dua tegangan listrik bolak balik A dan B yang berbeda

fase 90 o , seperti gambar dibawah ini. Gambarlah fasornya!



Pembahasan :

• Fasor B sebagai acuan.

Fasor B ketinggalan 90 o dari fasor A.

Panjang kedua fasor diambil dari perbandingan nilai maksimum

kedua tegangan.

Gambar diagram fasor

• Fasor A sebagai acuan .

Fasor A digambarkan mendatar.

Fasor B vertikal, karena ketinggalan dari A maka arah fasor B

digambarkan ke bawah.

A

C. Rangkuman

Tegangan dan Arus bolak balik

• Listrik bolak balik dihasilkan oleh generator listrik bolak balik / generator AC

• Generator adalah alat untuk mengubah energi mekanik menjadi energi listrik

Prinsip dasar generator arus bolak balik adalah sebuah kumparan berputar dengan

kecepatan sudut yang berada di dalam medan magnet

• Untuk menentukan nilai rata-rata dan nilai efektif suatu arus dan tegangan bolak

balik, kalian harus mengetahui dulu pengertian tegangan maksimum dan arus

maksimum.

• Tegangan maksimum (V m) adalah nilai terbesar tegangan listrik bolak balik

Kuat arus maksimum (I m) adalah nilai maksimum dari arus bolak balik

Nilai rata-rata arus bolak balik

Adalah kuat arus bolak balik yang nilainya setara dengan kuat arus searah untuk

memindahkan sejumlah muatan llistrik yang sama dalam waktu yang sama.

Nilai efektif arus bolak balik

Adalah arus bolak balik yang setara dengan arus searah untuk menghasilkan jumlah

kalor yang sama ketika melalui suatu resistor dalam waktu yang sama.

Nilai efektif tegangan bolak balik

Adalah tegangan bolak balik yng setara dengan arus searah untuk menghasilkan

jumlah kalor yang sama.



D. Penugasan Mandiri (optional)

Agar kalian lebih memahami tentang Tegangan dan Arus Bolak-Balik, coba cari

tentang Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) Waduk Jatiluhur , yaitu :

- Berapa tegangan yang ada di Waduk Jatiluhur ?

- Ada Berapa Turbin yang ada di Waduk Jatiluhur ?

- Ada berapa generator yang ada di Waduk Jatiluhur ?

- Berapa Daya Kapasitas yang dihasilkan Waduk Jatiluhur ?

- Wilayah mana saja yang mendapat aliran listrik dari Waduk Jatiluhur ?

E. Latihan Soal

1. Sebuah resistor murni R = 100 ohm dihubungkan dengan sumber tegangan bolakbalik

V = (12√ sin100 t) volt, Tentukanlah :

a. Frekuensi tegangan bola-balik

b. Arus efektif

2. Sebuah volmeter AC dihubungkan ke sumber tegangan AC menunjukkan nilai 110

Volt, hitung:

a. tegangan maksimum (v max)?

b. arus efektif yang mengalir melalui hambatan 50 W yang dihubungkan ke

sumber tegangan?

Jawaban :

1. Dik : R = 100 ohm, Vm = 12√ volt, ɷ = 100 rad.s -1

Dit : (a) Frekuensi tegangan bolak-balik ; (b) Arus efektif

Jawab:

a. Frekuensi Bolak-balik :

ɷ = 2 = 100 rad.s -1 f = = 50 herz

b. Arus efektif pada rangkaian :

√

I m = = A = 12√

-2 A

Ief = √

=

√

√

-2 = 12 -2 A = 120 mA

2. Dik : V ef = 110 volt

R = 50 W

Dit :

a. V max = ….?

b. I ef = …?

Jawaban :

a.

V V 2 (110volt)(

max

ef

110

2 volt

2)

b.

I

Vef

R

110 volt

2.

50

ef

2

A



3. sebuah voltmeter AC dihubungkan ke sumber tegangan AC menunjukkan nilai

220 volt, maka arus efektif yang mengalir melalui hambatan 20 Ω adalah ….

Jawaban :

Arus efektif merupakan perbandingan antara tegangan efektif dan hambatan

yang dipasang pada rangkaian tersebut..

4. Susunan seri hambatan 40 dan kapasitor dengan reaktasi kapasitif 30

dihubungkan dengan sumber arus bolak-balik, tegangan efektif 220V.

Tegangan efektif pada resistor adalah…

5. Susunan seri hambatan 80 dan kapasitor dengan reaktasi kapasitif 60

dihubungkan dengan sumber arus bolak-balik, tegangan efektif 300V.

Tegangan efektif pada kapasitor adalah…

Jawaban :

6. Sebuah sumber daya 200 V, 50 Hz dihubungkan dengan resistor murni 400

dan sebuah kapasitor seri. Jika tegangan pada resistor itu 160 V. Tentukan

tegangan pada kapasitor itu….

Jawaban :



7. Sebuah sumber daya 130 V, 50 Hz dihubungkan dengan resistor murni

400 dan sebuah kapasitor seri. Jika tegangan pada resistor itu 50 V.

Tentukan reaktasi kapasitor itu….

Jawaban :

8. Sebuah resistor 20 disusun seri dengan sebuah kapasitor . Rangkaian

dihubungkan ke sebuah tegangan sumber yang frekuensinya dapat

berubah-ubah. Jika tegangan antara ujung-ujung resistor sama dengan

tegangan antara ujung-ujung kapasitor , tentukanlah frekuensi sumber

AC tersebut!

Jawaban :



9. Sebuah kapasitor dengan kapasitas dipasang pada tegangan bolak-balik

dengan frekuensi 1000 Hz. Jika pada rangkaian timbul arus listrik 50

mA, maka tegangan listrik pada ujung-ujung kapasitor adalah …. V

Jawaban :

10. Sebuah kumparan dengan hambatan listrik dapat diabaikan

dihubungkan ke sebuah sumber AC 60 V, 400 Hz. Jika arus dalam

kumparan adalah 1,2 A, maka induktasi kumparan adalah…

Jawaban :



F. Penilaian Diri

Tabel Refleksi Diri Pemahaman Materi

No Pertanyaan Ya Tidak

1.

Apakah kalian telah memahami prinsip arus dan

tegangan bolak balik?

2.

Dapatkah kalian menghitung Nilai efektif arus dan

tegangan Arus bolak-balik

3.

Dapatkah kalian membandingkan rangkaian arus

bolak balik pada resistor murni, induktor murni dan

kapasitor murni?

4.

Dapatkah kalian menggambarkan diagram fasor

beberapa rangkaian pada arus bolak balik?

Jumlah



KEGIATAN PEMBELAJARAN 2

RANGKAIAN RLC

A. Tujuan Pembelajaran

Setelah kegiatan pembelajaran 2 ini diharapkan :

Kalian dapat menerapkan dan mempresentasikan prinsip kerja penerapan Rangkaian

Arus Bolak-balik (AC) dan Daya Rangkaian Arus Bolak-balik dalam kehidupan seharihari

B. Uraian Materi

Setelah belajar pertemuan pertama, maka kalian akan melanjutkan pada pertemuan

kedua , yaitu :

1. RANGKAIAN ARUS BOLAK-BALIK

Rangkaian arus bolak-balik adalah sebuah rangkaian listrik yang terdiri dari satu atau

beberapa komponen elektronika yang dihubungkan dengan sumber arus bolak-balik.

Komponen elektronika tersebut dapat berupa resistor (hambatan murni), inductor atau

kapasitor.

a. Rangkaian Resistor (R).

∾

Persamaan tegangan dan arus bolak-balik pada rangkaian resistor adalah :

Dari persamaan di atas terlihat bahwa sudut fase (θ = ɷt) arus dan tegangan adalah

sama. Berarti antara arus dan tegangan pada rangkain yang terdiri hanya Resistor saja

adalah sefase. Hubungan antara tegangan dan kuat arus adalah sesuai dengan hukum

ohm, yaitu :

V = I.R

V m = I m .R

R = hambatan resistor (ohm)



b. Rangkaian Induktor (L)

∾

Dari persamaan di atas terlihat bahwa sudut fase (φ = ɷt) arus ketinggalan terhadap

tegangan sebesar 90 o atau sebesar ½ radian. Hubungan antara tegangan dan kuat arus

adalah sesuai dengan hukum ohm, yaitu :

V = I.X L dengan X L = ɷ .L

V m = I m .X L

L = Induktansi diri inductor (H)

X L = reaktansi induktif (ohm)

ɷ = frekuensi sudut (rad/s)

c. Rangkaian Kapasitor (C).

V

Persamaan tegangan dan arus bolak-balik pada rangkaian kapasitor adalah:



Dari persamaan di atas terlihat bahwa sudut fase (θ = ɷt) tegangan ketinggalan

terhadap arus sebesar 90 o atau sebesar ½π radian. Hubungan antara tegangan dan kuat

arus adalah sesuai dengan hukum ohm, yaitu :

V = I.X C dengan X C =

V m = I m .X C

V ef = I ef .X C

C = kapasitas kapasitor (F)

X C = reaktansi kapasitif (ohm)

d. Rangkaian Seri Resistor-Induktor-kapasitor (R-L-C)

V

Rangkaian semacam itu pada kenyataannya berupa kumparan dan kapasitor saja.

Tetapi karena kumparan juga terbuat dari penghanatar, maka karena panjang dan

penampang kawatnya tetap memiliki nilai hambatan (R).

Persamaan tegangan dan arus bolak-balik pada rangkaian RLC adalah :

V =

I = kuat arus yang melalui rangkaian

Z = impedansi rangkaian (ohm)

V R = tegangan resistor (V)

V L = tegangan inductor (V)

V C = tegangan kapasitor (V)

V m = tegangan maksimum rangkaian

φ = beda susut fase tegangan & arus

V Rm = tegangan resistor maksimum

V Lm = tegangan inductor maksimum

V Cm = tegangan kapasitor maksimum



Untuk menggambarkan beda sudut fase antara tegangan dan kuat arus listrik pada

rangkaian RLC digunakan diagram fasor (diagram fase vector), sebagai berikut :

Dari diagram fasor tersebut, besarnya sudut fase tegangan dan arus adalah:

Jika :

X L > X C rangkaian bersifat induktif

X L < X C rangkaian bersifat kapasitif

X L = X C rangkaian bersifat resistif, dan terjadi resonansi karena fasenya sama sehingga

Z = R, dan beda fase sama dengan nol.

e. Resonansi rangkaian RLC

Resonansi rangkaian RLC terjadi jika X L = X C atau Z = R atau φ= 0 .

Dengan demikian besarnya frekuensi resonansi rangkaian RLC adalah :

f = frekuensi resonansi (Hz)

L = induktansi diri inductor (H)

C = kapasitas kapasitor (F)



2. DAYA RANGKAIAN ARUS BOLAK-BALIK

Daya rangkaian arus bolak-balik (P) dinyatakan dalam bentuk persamaan :

P = daya (watt)

V ef = tegangan efektif (V)

I ef = kuat arus efektif (A)

Cos φ = factor daya

R = hambatan murni (ohm)

Z = impedansi rangkaian (ohm)

Ayo berlatih....

Luar Biasa... Setelah kalian menuntaskan Modul ini , coba uji kemampuan kalian

dengan mandiri atau diskusi dengan teman kalian pada latihan berikut.

1. Sebuah rangkaian RLC seri masing-masing 400 ohm, 0,5 H dan 60 uF dihubungkan

dengan sumber tegangan 200 2 sin 100t Volt. Tentukan kuat arus efektifnya !



2. Lihatlah gambar rangkaian R-L-C seri berikut ini:

R L C

∾

Jika hambatan R = 40 ohm , induktansi L = 8 H dan kapasitansi C = 8 mF dipasang pada

sumber tegangan yang mempunyai tegangan efectif 110 volt dan laju sudut 375 rad/s,

maka hitung:

1. arus efektif pada rangkaian?

2. Daya pada rangkaian

Jawab :

Dik : R = 40 ohm

induktansi L = 8 H

kapasitansi C = 8 mF

tegangan efectif v = 110 volt

laju sudut ɷ = 375 rad/s

dit : a. arus efektif (I ef)

b. Daya Rangkaian

a.

X L

(375

rad

)(0,8 H ) 300

X

L

C

Vef

C (375

s

rad

s

1

300

)(810

6 F)

I

ef

Vef

Z

110 volt

2,2 A

b.)

50

P V I cos

V

ef

I

ef

cos

R

Vef

I

ef

Z

40

(110 volt)(2.2

A)

30

193.6 watt

110 volt

2

2

(40 )

(300 330 )



C. Rangkuman

Rangkaian arus bolak-balik adalah sebuah rangkaian listrik yang terdiri dari satu atau

beberapa komponen elektronika yang dihubungkan dengan sumber arus bolak-balik.

Komponen elektronika tersebut dapat berupa resistor (hambatan murni), inductor

atau kapasitor.

Rangkaian Arus Bolak-Balik terdiri dari :

- Rangkaian Resistor (R).

- Rangkaian Induktor (L)

- Rangkaian Kapasitor (C).

- Rangkaian Seri Resistor-Induktor-kapasitor (R-L-C)

- Resonansi rangkaian RLC

DAYA RANGKAIAN ARUS BOLAK-BALIK

D. Penugasan Mandiri (optional)

Agar kalian lebih memahami tentang Rangkaian Arus Bolak-Balik, coba cari tentang

Listrik di rumah kalian , yaitu :

- Berapa tegangan yang ada di rumah kalian ?

- Berapa daya listrik di rumah kalian ?

- Berapa biaya per bulan kalian bayar ke PLN ?

E. Latihan Soal

Soal No. 1.

Perhatikan gambar rangkaian listrik berikut

Jika tegangan maksimum sumber arus bolakbalik = 200 V, Tentukan besar kuat

arus maksimum yang mengalir pada rangkaian ?

Pembahasan

Data dari soal di atas sebagai berikut:

R = 60 Ω

X L = 120 Ω

X C = 40 Ω

V m = 200 volt

I m = .................

Langkah pertama temukan dulu impedansi

rangkaian (Z)



Kuat arus maksimumnya adalah

Im = Vm/Z = 200/100 = 2 A

2. Suatu tegangan bolak-balik mempunyai persamaan

V = 311 sin 200t

Tentukan tegangan efektifnya !

Pembahasan :

Diketahui : Dari persamaan, V m = 311 V sin 200t

V ef = √

= 0,707.V m =

3. Sebuah rangkaian RLC seri masing-masing 400 ohm, 0,5 H dan 60 F

dihubungkan dengan sumber tegangan 200 2 sin 100t Volt.

Tentukan kuat arus efektifnya ?

Pembahasan :

Diketahui : R = 400 ohm

L = 0,5 H

C = 6.10-6 F

Vm = 200 2 volt

ɷ = 100 rad/s maka :

XL = ɷ.L = 50 ohm

Xc =

= 166,7 ohm

Z = √R 2 + (XL - X C) 2 = 416,5 ohm

Jadi :

Ief = =

√

√

√

0,48A

Susunan seri hambatan 40 dan kapasitor dengan reaktasi kapasitif 30 dihubungkan

dengan sumber arus bolak-balik, tegangan efektif 220V. Tegangan efektif pada

resistor adalah…

Jawaban :



2. Susunan seri hambatan 80 dan kapasitor dengan reaktasi kapasitif 60 dihubungkan

dengan sumber arus bolak-balik, tegangan efektif 300V. Tegangan efektif pada kapasitor

adalah…

Jawaban :

3. Suatu rangkaian R-L-C dipasang pada tegangan bolak-balik yang nilai efektifnya 100 V

dan frekuensi 60 Hz. Bila R= 10 , L=26,5 F, maka tegangan di ujung-ujung L adalah…. V

Jawaban :



4. Sebuah hambatan 600 , induktor 1000 dan kapasitor 200 disusun seri. Jika susunan ini

dihubungkan dengan sumber tegangan AC 100 V, maka daya rangkaiannya adalah….Watt

Jawaban :

5. Pada rangkaian seri RC, jika tegangan resistif dan tegangan kapasitif masing-masing

adalah 50 V dan 120 V, maka tegangan totalnya adalah ….. V

Jawaban :

Xwv

6. Sebuah sumber daya 200 V, 50 Hz dihubungkan dengan resistor murni 400 dan sebuah

kapasitor seri. Jika tegangan pada resistor itu 160 V. Tentukan tegangan pada kapasitor

itu….

Jawaban :



7. Sebuah sumber daya 130 V, 50 Hz dihubungkan dengan resistor murni 400 dan sebuah

kapasitor seri. Jika tegangan pada resistor itu 50 V. Tentukan reaktasi kapasitor itu….

Jawaban :

8. Sebuah resistor 20 disusun seri dengan sebuah kapasitor . Rangkaian dihubungkan ke

sebuah tegangan sumber yang frekuensinya dapat berubah-ubah. Jika tegangan antara

ujung-ujung resistor sama dengan tegangan antara ujung-ujung kapasitor , tentukanlah

frekuensi sumber AC tersebut!

Jawaban :



9. Sebuah kapasitor dengan kapasitas dipasang pada tegangan bolak-balik dengan

frekuensi 1000 Hz. Jika pada rangkaian timbul arus listrik 50 mA, maka tegangan listrik

pada ujung-ujung kapasitor adalah …. V

Jawaban :

10. Sebuah kumparan dengan hambatan listrik dapat diabaikan dihubungkan ke sebuah

sumber AC 60 V, 400 Hz. Jika arus dalam kumparan adalah 1,2 A, maka induktasi

kumparan adalah…

Jawaban :



F. Penilaian Diri

Tabel Refleksi Diri Pemahaman Materi

No Pertanyaan Ya Tidak

1.

Apakah kalian sudah memahami rangkaian Arus

Bolak-Balik terdiri dari :

2.

Apakah kalian sudah menghitung Rangkaian Resistor

(R).

3.

Apakah kalian sudah menghitung Rangkaian Induktor

(L)

4.

Apakah kalian sudah menghitung Rangkaian Kapasitor

(C).

5.

Apakah kalian sudah menghitung Rangkaian Seri

Resistor-Induktor-kapasitor (R-L-C)

6.

Apakah kalian sudah menghitung Resonansi rangkaian

RLC

7.

Dapatkah Anda menyelesaikan masalah Daya

Rangkaian Arus Bolak-balik

Jumlah

EVALUASI

1. Sebuah sinar dengan panjang gelombang 6600 Ã… jika kecepatan cahaya adalah 3 x

10 8 m/s dan tetapan Planck adalah 6,6 x 10 âˆ’34 Js , maka kuanta energi adalah ….

A, 0,3 x 10 -19 joule

B. 3 x 10-19 joule

C. 3 x 10-20 joule

D. 3 x 10-21 joule

E. 3 x 10-22 Joule

2. Sebuah dinamo menghasilkan tegangan sinusoidal dengan persamaan V = 100 sin

200t. Pernyataan berikut ini berhubungan dengan tegangan yang dihasilkan

dinamo tersebut.

1. Tegangan maksimum yang dihasilkan 100 V.

2. Tegangan efektif yang dihasilkan 70,7 V.

3. Frekuensi tegangan adalah Hz.

4. Tegangan rata-rata yang dihasilkan V.

Pernyataan di atas yang benar adalah …. ….

A. 2 dan 4 saja

B. 1, 2, 3, dan 4

C. 1 dan 3 saja

D. 4 saja

E. 1, 2, dan 3



3. Pada sebuah televisi tertera ketentuan 220 V AC, 60 W dan 60 Hz. Pernyataan berikut ini

berhubungan dengan ketentuan tersebut.

Tegangan listrik maksimum yang boleh digunakan 220 V AC.

Frekuensi arus listrik bolak-balik yang baik untuk televisi adalah 60Hz.

Tegangan listrik rata-rata yang boleh digunakan adalah 220 V AC.

Tegangan listrik efektif yang boleh digunakan adalah 220 V AC.

Pernyataan yang benar adalah ….

a. 4 saja

b. 1, 2, dan 3

c. 2 dan 4 saja

d. 1, 2, 3, dan 4

e. 1 dan 3 saja

4. Sebuah bola lampu tertulis 220 VAC, 50 W. Tegangan rata-rata yang melalui bola lampu

tersebut adalah …. ….

a.

b.'

c.

d.

e.

5. Perhatikan gambar rangkaian listrik berikut !

Jika tegangan maksimum sumber arus bolak-balik = 200 V, maka besar kuat arus

maksimum yang mengalir pada rangkaian adalah....

A. 1,5 A

B. 2,0 A

C. 3,5 A

D. 4,0 A

E. 5,0 A

6. Sebuah dinamo sepeda terdiri atas 1000 lilitan. Dinamo dihubungkan dengan roda

sedemikian sehingga putaran roda sama dengan putaran poros kumparan. Ketika roda

berputar dengan 30 putaran per menit, ternyata tegangan yang dihasilkan adalah 10 V.

Jika luas penampang kumparan pada dinamo 20 cm 2 , maka kuat medan magnet yang

digunakan pada dinamo tersebut adalah …. ….

a. 0,2 T

b. 0,3 T

c. 0,5 T



d. 0,8 T

e. 1,1 T

7. Perhatikan gambar rangkaian RLC berikut.

maka nilai impedansi pada rangkaian tersebut adalah....

A. 13 Ω

B. 130 Ω

C. 1.300 Ω

D. 13.000 Ω

E. 130.000 Ω

8. sebuah rangkaian dengan hambatan yang diabaikan mengandung induktansi 60 mH

dan kapasitansi 600 pF, maka frekuensi resonansi dari rangkaian tersebut ?

A. 2,65 kHz

B. 26,5 kHz

C. 30,5 kHz

D. 35,6 kHz

E. 40,5 kHz

9. Susunan seri hambatan 80 dan kapasitor dengan reaktasi kapasitif 60 dihubungkan

dengan sumber arus bolak-balik, tegangan efektif 300V. maka Tegangan efektif pada

kapasitor adalah…

A. 100 V

B. 120 V

C. 150 V

D. 180 V

E. 200 V

10. Sebuah hambatan 600 , induktor 1000 dan kapasitor 200 disusun seri. Jika susunan

ini dihubungkan dengan sumber tegangan AC 100 V, maka daya rangkaiannya

adalah….Watt

A. 10

B. 20

C. 30

D. 40

E. 50





1.

Pembahasan:

KUNCI JAWABAN DAN PEMBAHASAN EVALUASI

Kunci : B

2.

pembahasan

dik : V = 100 sin 200t

dit : Vmaks, Vef, f, dan Vr ?

jawab : Vmaks = 100 V

Vef = 0,707 Vmaks = 0,707 x 100 = 70,7 V

kunci : E

3. Pembahasan

Pada setiap peralatan elektronik dengan arus bolak-balik akan tertera tegangan listrik

yang dibutuhkan, daya yang digunakan, dan frekuensi arus bolak-balik agar alat tersebut

dapat bekerja dengan baik. Arti dari “220 V AC, 60 W. 60 Hz” adalah suatu alat

memerlukan tegangan efektif 220 V, frekuensi 60 Hz, dan menyerap daya 60 W saat

digunakan.

Kunci : 2 dan 4 (C)

4. Pembahasan

dik: Vef = 220 V

dit: Vr... ?

Kunci : C

5. Pembahasan

Data dari soal di atas sebagai berikut:

dik : R = 60 Ω

X L = 120 Ω

X C = 40 Ω

V m = 200 volt

dit : I m = ...?

jawab : Langkah pertama temukan dulu impedansi rangkaian (Z)



Kuat arus maksimumnya adalah

Kunci : B

6. Pembahasan

Dik : N = 1000

Vef = 10 V → Vmaks = 10√2 V = 14,1 V

A = 20 cm 2 = 2 x 10 -3 m 2

ω = 30 rpm = 2π rad/s

dit : B...?

jawab :

Kunci : E

7. Pembahasan

Data yang bisa diambil dari gambar:

dik :R =500 Ω

L = 8 H

C = 5 μF

ω = 100 rad/s

dit :Z =.....?

Jawab :Tentukan dulu reaktansi induktif (X L ) dan reaktansi kapasitifnya (X C):

Impedansi rangkaian:



Kunci : C

8. Pembahasan

Dik :L = 60 mH = 60 × 10 -3 H

C = 600 pF = 600 × 10 -12 F

Dit :f 0 = ...?

Jawab

Kunci : B

9. Pembahasan

Kunci : D

10. Pembahasan

Dik :



Kunci : A

DAFTAR PUSTAKA

A Haryono, 1986. kamus penemu. Jakarta : PT Gramedia

Bambang Ruwanto.(2002).Matematika untuk fisiks dan tehnik 2.yogyakarta: AdiCita 5.

Beiser, A. 1990. Konsep Fisika Modern. Jakarta: Erlangga.

Edi Istiono. 2002. Analisis Rangkaian Listrik. Yogyakarta: FMIPAUniversitas Negri

Yogyakarta (UNY).

Edi Istiyono. 2000. Fisika Zat Padat. Yogyakarta: FMIPA Universitas Negeri Yogyakarta

Giancoli, Douglas C., 2001, Fisika Jilid I (terjemahan), Jakarta : Penerbit Erlangga

Halliday dan Resnick, 1991, Fisika Jilid I, Terjemahan, Jakarta : Penerbit Erlangga

Kanginan, Marthen. 2007. Fisika untuk SMA kelas X. Jakarta: Erlangga. 2008. Seribu

Pena Fisika untuk SMA/MA kelas X. Jakarta: Erlangga

Krane, K. 1992. Fisika Modern. Jakarta: Universitas Indonesia Press.

Made Berata, IGN. 1985. Fisika Atom. Yogyakarta: FPMIPA IKIP Yogyakarta.

Summa, 1999, Petunjuk Praktikum Elektronika Dasar I,Yogyakarta: Jurdik Fisika-UNY.

Supahar dan Ahmad Abu Hamid. 2002. Pengantar Fisika Statistika. FMIPA UNY

Suprapto Brotosiswoyono. 1987. Teori gas Kinetik dan Mekanika Statistik. Karunika

Jakarta UT

Sutrisno. 1986. Seri Fisika Dasar: Fisika Modern. Bandung: Penerbit ITB.

Tipler, P.A.,1998, Fisika untuk Sains dan Teknik-Jilid I (terjemahan), Jakarta : Penebit

Erlangga

Waloejo Loeksmanto, 1993, Medan Elektromagnet, Jakarta. P2TK, Dirjen Dikti

Depdikbud.

Zahra Muslim (1996). Gelombang dan cahaya

.https://katadata.co.id/arnold/energi/5e9a55d51387e/gardu-listrik-digitalpertama-di-indonesia-beroperasi-tahun-depan)

.https://blogs.itb.ac.id/el2244k0112211029ardinathasanjayaputra/2013/04/

28/generator-ac-and-dc-miscellaneous-subjects-preparing-equipmentsspecifications/

.http://wim-jie.blogspot.com/2012/07/amperemeter-dan-voltmeter.html)

http://wim-jie.blogspot.com/2012/07/amperemeter-dan-voltmeter.html)

http://pengukuran- avometer.blogspot.com/2012/09/bagian-bagian-avometer.html)

https://cerdika.com/osiloskop/)




KELAS XII _FISIKA_KD 3.5 dan 4.5

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

Delete template?

Save as template?