Listrik Arus Bolak-Balik: Pengertian, Rumus, Frekuensi, Penerapan, dan Contoh Soalnya

Sobat Pijar tahu tidak, ketika kamu menyalakan lampu di rumah, kamu menggunakan listrik arus bolak-balik, lho. Lampu di rumah menggunakan arus bolak-balik karena arus ini dianggap lebih baik dalam mengirimkan listrik dari tempat pembuatan listrik ke rumah kita. 

Arus bolak-balik bisa berubah arahnya dengan mudah, jadi energi listrik lebih efisien saat melalui kabel. Arus bolak-balik juga bisa menyesuaikan antara tegangan dan frekuensinya, jadi cocok untuk semua perangkat rumah tangga yang berbeda-beda. Makanya, lampu di rumah kita pakai arus ini agar semua alat elektronik bisa nyala dengan baik.

Ingin tahu lebih lengkap tentang materi rangkaian arus bolak-balik? Yuk, kita baca artikel ini sampai habis!

Baca juga: Listrik Arus Searah: Pengertian, Hukum, Rangkaian, dan Contoh Soalnya

Pengertian Arus Bolak Balik

Arus bolak-balik merupakan arus listrik yang mengalami perubahan arah secara bergantian. Perbedaan sifatnya dengan arus searah adalah bahwa arahnya selalu berubah-ubah seiring berjalannya waktu. Bentuk gelombang yang umumnya digunakan untuk menggambarkan arus ini adalah gelombang sinusoidal, yang memungkinkan pengaliran energi secara efisien. Arus bolak-balik juga dapat memiliki bentuk gelombang segitiga atau segi empat, tergantung pada aplikasinya.

Pada umumnya, listrik arus bolak-balik disalurkan dari sumber listrik ke gedung perkantoran atau rumah-rumah penduduk. Arus ini juga digunakan untuk mentransmisikan sinyal radio atau audio melalui kabel. Dalam aplikasi-aplikasi ini, tujuan utama yang sangat penting adalah untuk mengambil informasi yang telah dimodulasi atau dikodekan dalam sinyal arus bolak-balik tersebut.

Rumus Arus Bolak Balik

Berikut beberapa rumus arus bolak balik kelas 12:

Tegangan Listrik

Kehadiran arus bolak-balik mengakibatkan tegangan listriknya juga berubah arah. Tegangan listrik bolak-balik dapat dijelaskan menggunakan rumus tegangan listrik dinamis berikut:

$v(t) = V_{peak}.sin(\omega t)$

Keterangan: 

$V_{peak}$ = puncak tegangan listrik ($v$)

$\omega$ = frekuensi sudut ($rad/detik$)

Daya Listrik

Kaitan antara daya listrik dan tegangan listrik bolak-balik dapat dijelaskan dengan persamaan berikut:

$P = \frac{v^2}{R}$

di mana R adalah hambatan muatan.

Frekuensi Arus Bolak Balik

Frekuensi sistem listrik bervariasi antara negara-negara, namun umumnya berkisar antara 50-60 Hertz. Beberapa negara, seperti Jepang, memiliki dua frekuensi listrik yang berbeda, yaitu 50 Hz dan 60 Hz, tergantung pada jenis pembangkit listrik yang digunakan.

Pemilihan frekuensi antara 50-60 Hz ini memiliki alasan yang masuk akal. Arus listrik dengan frekuensi yang lebih rendah membuat penggunaan motor listrik menjadi lebih efisien, terutama dalam aplikasi yang melibatkan komutator seperti pada sistem traksi rel kereta. Namun, menggunakan frekuensi yang rendah dapat mengakibatkan lampu berkedip, terutama pada lampu pijar, yang seringkali dianggap mengganggu.

Rangkaian Arus Bolak Balik

Resistor

Sebuah resistor akan menerima arus bolak-balik saat dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik. Fungsi resistor dalam rangkaian arus bolak-balik adalah untuk mengurangi potensial listrik dalam rangkaian atau membatasi aliran arus listrik yang masuk. Ketika sudah dibatasi, arus dan tegangan dalam rangkaian resistor akan memiliki fase yang sama ketika terhubung dengan sumber tegangan bolak-balik.

Arus yang mengalir melalui resistor  

$I_R = \frac{V_R}{R}=\frac{V_m}{R}sin\omega t = I_msin\omega t$

Tegangan pada resistor

$V_R = V_msin\omega t$

Keterangan: 

$V_R$ = tegangan pada resistor ($V$)

$V_m$ = tegangan maksimum ($V$)

$I_R$ = arus pada resistor ($A$)

$I_m$ = arus maksimum ($A$)

$R$ = hambatan resistor ($\Omega$ )

$\omega$ = kecepatan sudut (rad/s)

$t$ = waktu (s)

Induktor

Sebuah induktor memiliki resistansi yang disebut sebagai reaktansi induktif ketika dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik. Reaktansi induktif ini tergantung pada frekuensi sudut arus dan induktansi sendiri dari induktor.

$X_L = \omega L$

Keterangan:

$X_L$ = reaktansi induktif ($\Omega$)

$\omega$ = kecepatan sudut ($rad/s$)

$L$ = induktansi induktor ($H$)

Arus yang mengalir pada induktor

$I_L = \frac{V_m}{\omega L}sin(\omega t-\frac{1}{2}\pi ) = I_msin(\omega t-\frac{1}{2}\pi )$

Tegangan pada induktor

$V_L = V_msin\omega t$

Keterangan: 

$V_L$ = tegangan pada induktor ($V$ )

$Vm$ = tegangan maksimum ($V$)

$I_L$ = arus pada induktor ($A$)

$I_m$ = arus maksimum ($A$)

$R$ = induktansi induktor ($H$)

$\omega$ = kecepatan sudut ($rad/s$)

$t$ = waktu ($s$)

Kapasitor

Sebuah kapasitor memiliki kemampuan untuk menyimpan energi dalam bentuk muatan listrik ketika dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik maupun tegangan searah.

Ketika kapasitor dilewati oleh arus bolak-balik, akan muncul resistansi semu yang disebut sebagai reaktansi kapasitif. Besarnya nilai reaktansi kapasitif tergantung pada nilai kapasitansi kapasitor dan frekuensi sudut arus, dan dapat dirumuskan sebagai berikut:

$X_c = \frac{1}{\omega C}$

Keterangan: 

$X_C$ = reaktansi kapasitif ($\Omega$)

$\omega$ = kecepatan sudut ($rad/s$)

$C$ = induktansi kapasitor

Arus yang mengalir pada kapasitor

$I_C = \omega CV_m sin (\omega t + \frac{1}{2}\pi ) = I_msin(\omega t+\frac{1}{2}\pi )$

Tegangan pada kapasitor

$V_C = V_msin\omega t$

Keterangan: 

$V_C$ = tegangan pada kapasitor ($V$)

$V_m$ = tegangan maksimum ($V$)

$I_C$ = arus pada kapasitor ($A$)

$I_m$ = arus maksimum ($A$)

$R$ = Kapasitansi kapasitor ($H$)

$\omega$ = kecepatan sudut ($rad/s$)

$t$ = waktu ($s$)

Penerapan Arus Bolak Balik

Arus bolak-balik memiliki beragam penerapan dalam kehidupan sehari-hari dan industri. Beberapa contoh penerapan arus bolak-balik meliputi:

1. Arus bolak-balik digunakan untuk mentransmisikan listrik dari pembangkit listrik ke rumah-rumah, gedung-gedung, dan fasilitas umum. Ini karena arus bolak-balik dapat dengan 
2. Pengisian perangkat elektronik seperti ponsel dan laptop menggunakan arus bolak-balik yang diubah menjadi arus searah (DC) untuk mengisi baterai.
3. Pemanas listrik di rumah, kompor, dan oven menggunakan arus bolak-balik untuk menghasilkan panas.mudah diubah tegangan dan frekuensinya, sehingga memungkinkan distribusi listrik yang efisien.
4. Hampir semua peralatan rumah tangga, seperti kulkas, televisi, mesin cuci, dan oven, menggunakan arus bolak-balik. Hal ini karena arus bolak-balik dapat dengan mudah diubah ke berbagai tingkat daya yang berbeda.
5. Banyak proses manufaktur dan mesin industri menggunakan arus bolak-balik. Ini termasuk penggunaan mesin-mesin yang memerlukan perubahan kecepatan atau arah putaran, yang dapat dicapai dengan arus bolak-balik.
6. Arus bolak-balik digunakan dalam berbagai sistem komunikasi, termasuk radio, televisi, dan telekomunikasi. Gelombang arus bolak-balik digunakan untuk mentransmisikan sinyal informasi.
7. Peralatan medis seperti mesin pemindai MRI dan alat-alat bedah seringkali menggunakan arus bolak-balik dalam operasinya.
8. Sistem transportasi seperti kereta listrik dan trolleybus menggunakan arus bolak-balik untuk menggerakkan kendaraan.

Contoh Soal Arus bolak Balik

Contoh soal menghitung arus bolak balik, yaitu : 

Dalam suatu rangkaian listrik, tegangan bolak-balik ($V_R$) memiliki nilai puncak ($V_m$) sebesar 120 volt dan frekuensi sudut (ω) sebesar 60 radian per detik. Hitunglah nilai tegangan pada saat t = 0,01 detik

Jawaban:

$V_m=120 volt$

$\omega = 60 rad/s$

$t=0,01 detik$

$V_R = V_msin\omega t$

$\Leftrightarrow 120.sin(60.0,01)$

$\Leftrightarrow 120.sin0,6$

Untuk menghitung sin(0,6 radian), kita dapat menggunakan kalkulator atau tabel nilai sin. Hasilnya adalah:

$V_R=120 \times 0,5646$

$V_R=67,752 volt$

Jadi, pada saat t = 0,01 detik, nilai tegangan ($V_R$) adalah sekitar $67,752 volt$.

Baca juga: Ruang Lingkup Ilmu Fisika

__________________________

Nah Sobat Pijar, kita telah menjelajahi berbagai aspek menarik tentang listrik arus bolak-balik. Semoga pengetahuan ini dapat membantu kamu untuk lebih memahami betapa pentingnya peran arus bolak-balik dalam kehidupan sehari-hari dan industri, serta bagaimana ia terus memfasilitasi kemajuan teknologi dan kenyamanan dalam dunia modern. 

Tertarik untuk mendalami Listrik Arus Bolak Balik ini? Yuk, belajar di Pijar Belajar aja! Kamu bisa belajar mata pelajaran seperti Fisika, Kimia, Biologi, hingga Bahasa Indonesia hanya dengan satu kali berlangganan saja, lho! 

Yuk, mulai belajar di Pijar Belajar sekarang juga!