1
Rangkaian Seri RLC Arus Bolak-Balik Laili Muflich, Ayu Jati Puspitasari JurusanFisika, FakultasMatematikadanIlmuPengetahuanAlamInstitutTeknologi SepuluhNopember Jl. AriefRahman Hakim, Surabaya 60111 E-mail:
[email protected] Abstrak—Percobaan Rangkaian Seri RLC Arus BolakBalik bertujuan untuk menentukan karakteristik lampu pijar, menera skala induktor vaariabel, dan menentukan frekuensi resonansi dari rangkaian seri arus bolak-balik. Alat dan bahan yang dibutuhkan adalah vari AC, lampu pijar, induktor variabel, kapasitor, multitester, dan power supply. Metode yang digunakan ada 3 tahap, yakni menentukan karakteristik lampu pijar, menera skala induktor, dan menentukan frekuensi dari rangkaian seri aru RLC. Awalnya, alat dan bahan yang terdiri dari lampu, sumber tegangan AC, dan Multitester. Kemudian, dicatat hasil pengukuran voltmeter dan amperemeter. Dan dilakukan hal yang sama untuk sumber tegangan DC. Untuk rangkaian yang kedua, alat dan bahan yang terdiri dari sumber tegangan AC, lampu pijar, induktor, dan multitester disusun secara seri. Kemudian, dicatat hasil pengukuran voltmeter dan amperemeter pada multitester dengan variasi skala induktor yang digunakan 2, 4, 6, dan 8. Untuk rangkaian yang ketiga, alat dan bahan yang terdiri dari lampu pijar, sumber tegangan AC, induktor, kapasitor, dan multitester disusun secara seri. Selanjutnya, dicatat pembacaan Voltmeter dan Amperemeter pada Multitester. Percobaan dilakukan dengan variasi skala induktor 2, 4, 6, dan 8 cm. Dari percobaan yang dilakukan, didapatkan hasil, yakni besar
resistansi pada sumber tegangan AC adalah 157,8696 Ω dan resistansi pada sumber tegangan DC adalah 788,2292 Ω. Induktansi yang didapatkan adalah 0,053621 Henry, serta frekuensi resonansi yang didapatkan adalah 1183,682 Hz. Kata Kunci—Resistor, Induktor, Kapasitor, Arus Bolak-balik
I. PENDAHULUAN adalah komponen dasar elektronika yang Resistor selalu digunakan dalam setiap rangkaian elektronika karena bisa berfungsi sebagai pengatur atau untuk membatasi jumlah arus yang mengalir dalam suatu rangkaian. Dengan resistor, arus listrik dapat didistribusikan sesuai dengan kebutuhan. Sesuai dengan namanya, resistor bersifat resistif dan umumnya terbuat dari bahan karbon. Suatu resistansi dari suatu resistor disebut Ohm ataudilambangkan dengan simbol Ω (omega).[1] Sebuah induktor atau reaktor adalah sebuah komponen elektronika pasif yang dapat menyimpan
energi pada medan magnet yang ditimbulkan oleh arus listrik yang melintasinya. Kemampuan induktor untuk menyimpan energi magnet ditentukan oleh induktansinya, dalam satuan Henry. Biasanya sebuah induktor adalah sebuah kawat peenghantar yang dibentuk menjadi kumparan, lilitan membantu membuat medan magnet yang kuat di dalam kumparan dikarenakan hukum Induksi Faraday. Induktor adalah salah satu komponen elekronika dasar yang digunakan dalam rangkaian arus dan tegangannya berubah-ubah dikarenakan kemampuan induktor untuk memproses arus bolak-balik.[2] Capasitor adalah elemen dasar elektronika yang berfungsi sebagai peeyimpan muatan. Capasitor terdiri dari dua plat sejajar yang di antara kedua plat tersebut terdapat sebuah bahan dielektrik. Kapasitansi adalah rasio muatan pada kapasitor.[3] Arus bolak-balik (AC/Alternating Current) adalah aruss listrik di mana besarnya dan arahnya arus berubahubah secara bolak-balik. Berbeda dengan arus searah, di mana arah arus yang mengalir tidak berubah-ubah dengan waktu. Bentuk gelombang dari listrik arus bolakbalik biasanya berbentuk gelombang sinusoida, karena ini yang memungkinkan pengaliran energi yang paling efisien. Secara umum, listrik bolak-balik berarti penyaluran listrik dari sumbernya (misalnya PLN) ke kantor-kantor atau rumah-rumah penduduk. Rangkaian Seri RLC merupakan sebuah rangkaian yang terdiri dari resistor, induktor dan juga kapasitor yang disusun secara seri atau juga paralel dalam satu rangkaian. Rangkaian RLC seri ini disimbolkan untuk rangkaian aliran listrik ketahanan, induktansi, dan juga kapasitansi yang tentu saja disusun secara seri. Rangkaian RLC memang bisa digabung secara seri dan paralel dan juga dikombinasikan keduanya.
2
Gambar 2.1 Rangkaian Lampu
Gambar 1.1 Rangkaian Seri RLC Gambar di atas merupakan rangkaian seri RLC yang disusun secara seri atau berderet. Rangkaian RLC yang disusun seri ini dihantarkan oleh arus listrik AC atau searah di mana setiap komponen akan menerima besaran tegangan yang sama. Arus AC tersebut pada simbol R, L, dan juga C akan mendapatkan hambatan pada komponen tersebut. Dan impedansi atau Z tersebut merupakan proses penggabungan dari simbol R, L, dan C. Tiga buah elemen penting di dalam rangkaian RLC ini bisa dikombinasikan sesuai dengan kebutuhan output daya yang diinginkan. Baik resistor, induktor dan kapasitor ini bisa dimasukkan ke dalam rangkaian seri atau paralel yang tentu saja disesuaikan dengan kebutuhan tersebut. Tidak jarang rangkaian RLC ini bisa juga digabungkan baik seri atau paralel yangbiasa terdapat di beberapaa rangkaian listrik seperti lampuLED. Apalagi kedua jenis dan tipe raangkaian ini sangat mudah untuk dianalisa dan dihitung besarannya.[2] II. METODE Pada percobaan Rangkaian Seri Arus Bolak-Balik, alat dan bahan yang dibutuhkan adalah vari AC, lampu pijar, induktor variabel, kapasitor, multitester, dan power supply DC. Untuk melakukan percobaan Rangkaian Seri Arus Bolak-Balik, dilakukan 3 metode sesuai dengan tujuan percobaan, yakni menentukan karakteristik lampu pijar, menera skala induktor variabel, dan menentukan frekuensi resonansi dari rangkaian seri arus AC.
Untuk menentukan karakteristik lampu pijar, langkah-langkah yang harus dilakukan adalah alat dan bahan disusun seperti pada gambar 2.1. Kemudian, dihubungkan dengan sumber tegangan AC. Pengukuran Voltmeter dan Amperemeter diamati dan dicatat. Mulai dari sumber tegangan 5 Volt, sampai 25 Volt dengan kelipatan 5 Volt. Selanjutnya, dilakukan hal yang sama untuk sumber tegangan DC. Setelah dilakukan percobaan, maka didapatkan data berupa arus dan tegangan yang mengalir pada rangkaian, sehingga dapat dilakukan perhitungan resistor yang dalam percobaan ini digunakan lampu pijar dengan menggunakan persamaan: 𝑉 𝑅=𝐼 (1)
Gambar 2.2 Rangkaian seri R-L Untuk menera skaala induktor variabel, langkahlangkah yang harus dilakukan adalah alat dan bahan disusun seperti pada gambar 2.2. Kemudian, tegangan variabel diatur untuk mendapatkan tegangan 50 Volt. Skala induktor variabel diatur dan pengukuran Voltmeter dan Amperemeter dicatat. Pada percobaan ini, dilakukan variasi skala induktor, yakni 2,4,6, dan 8. Setelah dilakukan percobaan, data yang didapatkan berupa besar arus yang mengalir (I), beda potensial pada lampu (VR), dan beda potensial pada induktor (VL) untuk setiap variasi skala induktor yang diberikan. Sehingga, dapat dilakukan perhitungan besar induktor dengan menggunakan persamaan : 𝑉𝐿 𝐿 = 2𝜋𝑓𝐼 (2) Dengan f adalah frekuensi 50 Hz.
3
19,98 20
Gambar 2.3 Rangkaian seri RLC Untuk menentukan frekuensi dari rangkaiaan seri arus AC, langkah-langkah yang harus dilakukan adalah alat dan bahan disusun seperti pada gambar 2.3. Kemudian, sumber tegangan AC diatur pada 50 Volt. Skala induktor variabel diatur dan pembacaan voltmeter dan amperemeter sepanjang induktor dan kapasitor dicatat. Pada percobaan ini, dilakukan variasi skala induktor, yakni 2, 4, 6, dan 8. Setelah dilakukan percobaan, didapatkan data berupa beda potensial lampu (VR), beda potensial pada induktor dan kapasitor (VL-C), dan arus (I) yang mengalir pada rangkaian. Sehingga, dapat dilakukan perhitungan frekuensi resonansi dengan menggunakan persamaan sebagai berikut : 1 𝑓= (3) 2𝜋 𝐿𝐶 Dengan C adalah kapasitor dan L adalah induktor yang didapat dari persamaan : 𝑉𝐿−𝐶 𝐿 = 2𝜋𝑓𝐼 (4) III. PEMBAHASAN A. Menentukan Karakteristik Lampu Pijar Pada percobaan ini, didapatkan data yang berupa besar tegangan pada resistor (VR) dan arus yang mengalir pada resistor dengan data percobaan sebagai berikut : Tabel 3.1 Data percobaan Menentukan Karakteristik Lampu VAC Vr AV IAC VDC Vr DC IDC 4,98 0,06 12,5 0,01 4,99 4,97 0,06 12,57 12,49 0,02 4,96 0,07 12,48 0,01 10,12 0,07 9,36 0,01 10,18 10,03 0,06 9,5 9,35 0,01 10,09 0,05 9,34 0,01 14,95 0,05 7,99 0,01 15,00 14,98 0,04 7,83 8 0,01 14,97 0,06 7,94 0,01 20,00 19,99 0,2 6,38 6,46 0,02
0,3 0,2
6,41 6,47
0,01 0,01
Dari data percobaan di atas, maka dapat dihitung besar resistor, baik pada sumber tegangan AC maupun DC dengan menggunakan persamaan 1, sehingga didapatkan data perhitungan sebagai berikut : Tabel 3.2 Data perhitungan resistor pada percobaan Menentukan Karakteristik Lampu VAC RAC VDC RDC 83 1250 4,99 82,83333 12,57 624,5 70,85714 1248 Rata-rata 78,47368 936,75 144,5714 936 10,18 167,1667 9,5 935 201,8 934 Rata-rata 168 935 299 799 15,00 374,5 7,83 800 249,5 794 Rata-rata 299,3333 797,6667 99,95 323 20,00 66,6 6,36 641 100 647 Rata-rata 85,67143 483,5 Dari data perhitungan di atas, didapatkan R rata-rata pada sumber tegangan AC, yakni 157,8696 Ω dan R rata-rata pada sumber tegangan DC adalah 788,2292 Ω. B. Menera skala variabel Pada percobaan ini, didapatkan data yang berupa besar tegangan pada resistor (VR), tegangan pada induktor (VL), dan arus yang mengalir pada rangkaian, sehingga didapatkan data percobaan sebagai berikut : Tabel 3.3 Data percobaan Menera Variabel Skala Arus VR VL Induktor 0,08 47,9 1,1 2 0,08 48,8 1,1 0,07 48,1 1 0,07 48,2 1,2 4 0,08 48,7 1,1 0,07 48,4 1,2 0,07 48,1 1,2 6 0,07 48,1 1 0,06 48,2 1,2 0,07 48,2 1,3 8 0,06 48,2 1,3 0,06 48,5 1,3
4
Dari data percobaan di atas, maka dapat dihitung besar induktor untuk variasi skala induktor yang digunakan dengan menggunakan persamaan 2, sehingga didapatkan data perhitungan sebagai berikut : Tabel 3.4 Data perhitungan induktor pada percobaan Menera Skala Induktor Skala Induktor L 0,0438 2 0,0438 0,0455 Rata-rata 0,0443 0,0546 4 0,0438 0,0546 Rata-rata 0,0507 0,0546 6 0,0455 0,0637 Rata-rata 0,0541 0,0591 8 0,0690 0,0690 Rata-rata 0,0654 Dari data perhitungan di atas, maka dapat diberikan grafik hubungan antara skala induktor dengan induktor (L), yakni sebagai berikut : Grafik hubungan induktansi dengan skala pada induktansi variabel 0.08
y = 0.003x + 0.037 R² = 0.950
L(H)
0.06 0.04 0.02 0 0
5
10
Grafik Hubungan Skala Induktansi dengan skala pada induktansi variabel
Skala Induktor (cm)
Grafik 3.1 Hubungan antara skala induktor dengan induktor (L) Dari grafik yang ditunjukkan pada grafik 3.1, dapat dikatakan bahwa besar induktor semakin besar dengan bertambahnya skala induktor yang digunakan. Sehingga, dapat dikatakan bahwa besar induktor sebanding dengan skala induktor. C. Menentukan frekuensi dari rangkaian seri arus AC Dari percobaaan yang telah dilakukan, didapatkan data yang berupa beda potensial pada resistor (VR), beda potensial pada induktor dan kapasitor (VL-C), dan arus
yang mengalir pada rangkaian (I). Sehingga, dapat diberikan data percobaan, yakni sebagai berikut : Tabel 3.5 Data percobaan Menentukan Frekuensi dari Rangkaian Seri Arus AC Skala Arus VR VL-C Induktor 0,03 0,9 49,2 2 0,03 0,8 49,5 0,03 0,7 49,6 0,03 0,6 49,3 4 0,04 0,7 49,5 0,03 0,5 48,7 0,06 0,7 49,6 6 0,05 0,7 49,5 0,05 0,7 48,8 0,06 0,4 48,6 8 0,06 0,4 48,6 0,06 0,3 49 Dari data percobaan di atas, dapat dilakukan perhitungan frekuensi resonansi dengan menggunakan persamaan 3 dan 4, sehingga dapat diberikan data perhitungan sebagai berikut : Tabel 3.6 Data perhitungan frekuensi resonansi pada percobaan Menentukan Frekuensi dari Rangkaian Seri Arus AC Skala Induktor L f 5,22293 985,3675 2 5,254777 982,377 5,265393 981,3862 Rata-rata 5,2477 983,0392 5,233546 984,3677 4 3,941083 1134,351 5,169851 990,413 Rata-rata 4,697452 1039,021 2,632696 1387,89 6 3,152866 1268,243 3,10828 1277,307 Rata-rata 2,943869 1312,49 2,579618 1402,096 8 2,579618 1402,096 2,600849 1396,361 Rata-rata 2,586695 1400,176 Dari data perhitungan di tas, dapat diberika grafik hubungan antara induktor (L) dengan beda potensial pada induktor dan kapasitor (VL-C), yakni sebagai berikut:
5
VL-C(V)
Grafik hubungan induktansi dengan tegangan kapasitor induktor y = 0.157x + 48.55 R² = 0.455
49.6 49.4 49.2 49 48.8 48.6 0
2
4
6
Grafik hubungan induktansi dengan tegangan kapasitor induktor
L (H)
Grafik 3.2 Hubungan antara induktor (L) dengan beda potensial pada induktor dan konduktor (VL-C) Dari grafik di atas, dapat dilihat bahwa perubahan VLC yang tidak teratur terhadap perubahan induktor yang diberikan. Hal ini menunjukkan bahwa terdapat kesalahan pada data yang didapatkan selama percobaan. Data tersebut terletak pada VR yang didapatkan. Seharusnya, data VR yang didapatkan adalah sama. Namun, dalam percobaan, data VR yang didapatkan berubah sesuai dengan skala induktor yang diberikan. Semakin kecil skala induktor yang didapatkan, semakin besar VR yang didapatkan. Hal inilah yang membuat nilai VL-C dan L tidak sebanding. IV. KESIMPULAN Dari percobaan yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa besar resistansi pada sumber tegangan AC adalah 157,8696 Ω dan resistansi pada sumber tegangan DC adalah 788,2292 Ω. Induktansi yang didapatkan adalah 0,053621 Henry, serta frekuensi resonansi yang didapatkan adalah 1183,682 Hz.
UCAPAN TERIMA KASIH Penulis mengucapkan terima kasih kepada asisten laboratorium elektronika dasar, Ayu Jati Pus, yang telah bersedia membantu baik sebelum maupun pada saat percobaan hinggajurnaliniselesaiditulis. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada tim kelompokatas kerja samanya dalam melaksanakan praktikumini. DAFTAR PUSTAKA [1] [2] [3]
Ramdhani,mohammad.2008.“Rangkaian Listrik”.Erlangga:Jakarta Sadiku, Matthew N.O.2009.”Fundamental of Electric Sircuits”.Mc Graw Hill : United States. Serway Raymond, Jewwet John W. 2004. “Physics for Scientist and Engineers”. Pomona : California State Polytechnik University
