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

SOAL KE-6

SOAL TENTANG ARUS BOLAK-BALIK 1. Jarum suatu voltmeter yang digunakan untuk mengukur sebuah tegangan bolak-balik menunjukkan angka 110 volt. Ini berarti bahwa tegangan tersebut …. A. tetap B. berubah antara 0 dan 110 volt C. berubah antara 0 dan 110√2volt D. berubah antara -110 volt dan 110 volt

E. berubah antara -110√2 volt dan 110√2 volt

pembahasan Voltmeter menunjukkan harga efektif, maka harga maksimumnya adalah 110√2 volt. Arus bolak-balik berubah antara —110 √2 volt sampai 110 √2 volt.

2. Alat yang dapat digunakan untuk mengukur tegangan, arus dan hambatan untuk DC maupun AC adalah ….

A. Osiloskop B. Termometer C. Voltmeter

D. Multimeter

E. Amperemeter

pembahasan

Multimeter dapat digunakan untuk mengukur tegangan, arus dan hambatan untuk DC maupun AC. Sedangkan voltmeter hanya bias digunakan untuk mengukur besar tegangan saja, amperemeter hanya bias digunakan untuk mengukur besar kuat arus saja, thermometer digunakan untuk mengukur suhu tubuh dan osiloskop digunakan untuk memproyeksikan bentuk sinyal listrik agar dapat dilihat.

3. Sebuah dinamo menghasilkan tegangan efektif 220 V pada frekuensi 60 Hz. Persamaan tegangan sesaat yang dihasilkan dinamo tersebut adalah ….

A. V = 220 sin 60πt B. V = 220 √2sin 60t C. V = 220 sin 60t

D. V = 220 √2sin 120πt

E. V = 220 √2sin 60πt

pembahasan

Diketahui: Veff = 220 V → Vmaks = 220 √2V f = 60 Hz → ω = 2πf = 120π rad/s Ditanyakan: Persamaan V?

4. Gambar berikut menunjukkan suatu sumber tegangan bolak-balik yang dihubungkan dengan osiloskop. Dengan mengatur tombol skala vertikal pada angka 2 volt/cm dan tombol sweep time 5 ms/cm, maka diperoleh pola gambar seperti di bawah. Dari pola tersebut diinterpretasikan ….

A. Vef = 1 V, f = 20 Hz
B. Vef = √2 V, f = 40 Hz
C. Vef = 2√2 V, f = 50 Hz
D. Vef = 2 V, f = 50 Hz
E. Vef = 4√2 V, f = 50 Hz
pembahasan
Skala vertikal adalah tegangan, maka harga tegangan maksimum Vm = 2×2 volt = 4 volt.
Harga efektif adalah Vef = 4√2 volt.
Skala horizontal adalah periode, maka T = 4 x 5 ms = 20 x 10-3 detik. Harga frekuensi f = l/T = 100/2 = 50 Hz. 5. Apabila jarum voltmeter AC menunjukkan angka 220 V, maka …. A. Tegangan efektifnya 220√2 volt B. Tegangan maksimumnya 220 volt C. Tegangan rata-rata 220 volt D. Tegangan maksimumnya 230 volt

E. Tegangan maksimumnya 220√2 volt

pembahasan
Nilai tegangan maksimum dari voltmeter adalah:

6. Sebuah elemen 12 volt dan sebuah generator AC dengan tegangan efektif 12 volt disusun seri seperti gambar. Tegangan V yang dihasilkan adalah … ….

A. 0 V B. 24 V

C. 12 (1 + √2 sin ωt) V

D. 12 (1 + sin ωt) V E. 12 (1 – sin ωt) V

pembahasan V = VDC + VAC

V = 12 + Veff √2 sin ωt = 12 + 12 √2 sin ωt V= 12 (1 + √2 sin ωt) V

7. Sebuah voltmeter AC dihubungkan ke sumber tegangan AC menunjukkan nilai 220 volt, maka arus efektif yang mengalir melalui hambatan 20 Ω adalah ….

A. 10 A B. 15 A C. 20 A D. 12 A

E. 11 A

pembahasan
Arus efektif merupakan perbandingan antara tegangan efektif dan hambatan yang dipasang pada rangkaian tersebut..

8. Perhatikan diagram rangkaian RLC berikut ini! pada soal ini kamu hanya diminta untuk menentukan nilai kuat arus maksimum yang mengalir pada rangkaian berikut. Tentukan nilai I max…

A. 1 A

B. 2 A

C. 3 A D. 4 A E. 5 A

pembahasan

Diagram rangkaian RLC berikut ini,kamu hanya diminta untuk menentukan nilai kuat arus maksimum yang mengalir pada rangkaian berikut.

9. Hukum-hukum berikut ini berhubungan dengan kelistrikan dan kemagnetan. 1. Hukum Faraday 2. Hukum Coloumb 3. Hukum Lenz 4. Hukum Ohm Dari hukum-hukum di atas, yang berhubungan erat dengan prinsip kerja dinamo adalah ….

pembahasan

– Prinsip dasar kerja dinamo, yaitu adanya ggl induksi yang timbul pada kumparan yang dilingkupi medan magnet dan selalu berubah. Prinsip ini didasari oleh hukum Faraday yang menyatakan besarnya ggl induksi sebanding dengan perubahan fluks magnetik yang ditulis dengan persamaan :

– Tanda negatif menunjukkan kesesuaian dengan hukum Lenz yang menyatakan bahwa arus induksi yang timbul sedemikian rupa sehingga menimbulkan medan magnet induksi yang berlawanan arah dengan penyebanya. Hukum yang sesuai untuk menjelaskan prinsip kerja dinamo adalah hukum Faraday dan hukum Lenz, yaitu nomor 1 dan 3 saja.

10. Sebuah bola lampu tertulis 220 VAC, 50 W. Tegangan rata-rata yang melalui bola lampu tersebut adalah ….

pembahasan
Diketahui: Vef = 220 V Ditanyakan: Vr ?

Contoh Soal Arus dan Tegangan Bolak Balik - Pada topik sebelumnya kalian telah belajar tentang timbulnya gaya gerak listrik (ggl) induksi yang disebabkan oleh perubahan fluks magnetik yang menembus suatu kumparan. Sebelum lanjut pada topik ini, ingat kembali hubungan antara besarnya ggl induksi yang timbul pada ujung-ujung kumparan dengan perubahan fluks magnetik yang dirumuskan sebagai hukum Faraday seperti pada persamaan di bawah ini.

Keterangan:
ε = ggl induksi (V);
N = jumlah lilitan kumparan; dan
dΦdt = laju perubahan fluks magnetik yang menembus kumparan (Wb/s).

Saat membeli lampu baru, coba kalian amati. Misalnya pada bungkus lampu yang kalian beli tertera tulisan "220 V AC, 25 W". Apa arti tulisan itu? 220 V menandakan bahwa lampu bekerja dengan baik pada tegangan arus bolak balik 220 V (tegangan PLN) dan membutuhkan daya 25 W untuk menyalakannya. Untuk mempelajari lebih lanjut tentang tegangan dan arus bolak balik, simak ulasan berikut.

Pada topik ini bahasan dibatasi hanya pada arus dan tegangan sinusoidal sebagai salah satu contoh arus bolak-balik yang sering digunakan. Arus sinusoidal dihasilkan oleh generator arus bolak-balik atau biasa dikenal dengan dinamo. Generator arus bolak-balik terdiri dari sejumlah kumparan yang dilingkupi oleh medan magnet dimana kumparan tersebut berputar. Perusahaan listrik seperti PLN juga memanfaatkan generator yang digerakkan dengan berbagai cara. Penggerak tersebut misal air terjun atau bendungan (PLTA), tenaga diesel (PLTD), dan tenaga uap (PLTU).

Untuk menentukan besarnya ggl induksi yang dihasilkan oleh sebuah generator, perhatikan gambar di bawah ini.

Misalkan sebuah kumparan dengan luas penampang A berputar pada porosnya dengan kecepatan sudut ω. Arah vektor luasan kumparan ditunjukkan oleh vektor Ā yang tegak lurus permukaan kumparan tersebut.
Selanjunya tinjau kuat medan magnet B pada saat t yang membentuk sudut ϴterhadap vektor luasan Ā di mana ϴ = ωt. Besarnya kuat medan magnet yang menembus penampang kumparan tersebut adalah komponen vektor yang sejajar dengan kumparan, yaitu sebesar B cos ϴ. Berdasarkan hukum Faraday di atas, akan kita peroleh persamaan berikut.

Keterangan:
ε = ggl induksi (V);
N = jumlah lilitan kumparan;
A = luas penampang kumparan;
B = kuat medan magnet (Wb/m2 = Tesla); dan
ω = frekuensi sudut putaran kumparan ( rad/s).

Besaran NABω pada persamaan di atas adalah harga maksimum ggl yang dihasilkan oleh generator arus bolak-balik, sehingga persamaan tersebut dapat juga ditulis sebagai berikut.

Besaran gaya gerak listrik dapat kalian anggap identik dengan tegangan yang disimbolkan sebagai V. Dengan demikian persamaan di atas dapat ditulis sebagai berikut.

Keterangan:
V = tegangan sesaat (V);
Vmaks = tegangan maksimum (V);
ω =frekuensi sudut putaran kumparan (rad/s).

Persamaan di atas merupakan persamaan tegangan arus sinusoidal. Jika sumber tegangan ini dihubungkan dengan suatu beban, maka persamaan kuat arus yang timbul pada rangkaian dapat dituliskan sebagai berikut.

Keterangan:
i = kuat arus sesaat (V);
imaks = tegangan maksimum (V); dan
ω = frekuensi sudut putaran kumparan ( rad/s).

Grafik di bawah ini menunjukkan arus dan tegangan sinusoidal pada suatu saat.

Dari pembahasan di atas dapat kita simpulkan bahwa tegangan dan arus sinusoidal adalah tegangan dan arus yang berubah secara periodik mengikuti fungsi sinus.

Arus dan tegangan bolak-balik memiliki harga maksimum, harga rata-rata, dan harga efektif.

a) Harga rata-rata

Oleh karena harga sinus memiliki harga positif dan negatif yang simetris, maka untuk menentukan harga rata-rata harga fungsi ini diambil pada nilai setengah periode (π). Dengan mengintegrasi harga tegangannya, diperoleh persamaan berikut.

Vr adalah harga rata-rata tegangan bolak-balik. Dengan cara yang sama, kalian akan memperoleh harga rata-rata arusnya adalah sebagai berikut.

b). Harga efektif

Pada setiap peralatan elektronik pasti akan tertera spesisfikasi tegangan dan daya yang diperlukan. Harga yang tercantum pada spesifikasi tersebut adalah harga-harga efektif tegangan yang diperlukan agar peralatan tersebut dapat bekerja dengan baik.
Misalkan pada sebuah lampu tertera 220 V, 25 W berarti alat tersebut akan bekerja dengan baik pada tegangan efektif 220 V dan akan menyerap daya 25 W. Demikian halnya ketika kalian membaca alat ukur listrik misal voltmeter atau amperemeter. Skala yang terbaca pada alat ukur tersebut merupakan harga-harga efektifnya. Untuk menenentukan harga efektif tegangan sinusouidal, gunakan persamaan di bawah ini.

Dengan cara yang sama akan kalian peroleh harga efektif arusnya adalah :

Pada perhitungan rangkaian arus bolak-balik, kalian akan menemui besaran-besaran vektor. Untuk menganalisis harga besaran-besaran pada rangkaian arus bolak-balik, digunakan bantuan diagram fasor. Fasor berasal dari kata fase vektor, yaitu cara menggambarkan vektor yang selalu berputar. Arah putaran fasor berlawanan dengan arah putaran jarum jam. Gambar di bawah ini adalah contoh fasor pada suatu rangkaian arus sinusoidal.

SOAL 2

Hukum-hukum berikut ini berhubungan dengan kelistrikan dan kemagnetan.

1. Hukum Faraday
2. Hukum Coloumb
3. Hukum Lenz
4. Hukum Ohm

Dari hukum-hukum di atas, yang berhubungan erat dengan prinsip kerja dinamo adalah ....

SOAL 3

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

SOAL 5

Sinyal arus sinusoidal terbaca pada layar osiloskop seperti pada gambar berikut ini.

Jika satu petak vertikal mewakili 2 V, maka tegangan efektif sinyal tersebut adalah ....

SOAL 5

Sinyal arus sinusoidal terbaca pada layar osiloskop seperti pada gambar berikut ini.

Jika satu petak vertikal mewakili 2 V, maka tegangan efektif sinyal tersebut adalah ....

SOAL 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 cm2, maka kuat medan magnet yang digunakan pada dinamo tersebut adalah ....

SOAL 7

Tegangan listrik PLN di rumah penduduk biasanya menggunakan ketentuan 220 V dan 60 Hz. Harga tegangan maksimum listrik tersebut adalah ....

SOAL 8

Besarnya ggl induksi yang dihasilkan sebuah dinamo dipengaruhi oleh faktor-faktor berikut ini, kecuali ....

SOAL 9

Pada musim kemarau, kadang kalian jumpai tegangan listrik PLN di rumah mengalami penurunan. Hal ini dimungkinkan karena ....

SOAL 10

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