MODUL 03 ARUS BOLAK-BALIK MAKSUD PERCOBAAN 1. Menentuk Menentukan an besaran-b besaran-besara esaran n dalam dalam arus bolakbolak-bal balik. ik. 2. Mengukur Mengukur besaran besaran dalam dalam arus arus bolak-b bolak-bali alik. k. 3. Melakuk Melakukan an percobaan percobaan resonans resonansii dalam dalam arus bolak-b bolak-bali alik. k. ALAT-ALAT YANG DIGUNAKAN 1. Sumber arus searah dan dan arus bolak bolak balik balik (masing-masi (masing-masing ng 1 buah). 2. Bangk Bangku u hamb hambat at 4 deka dekade de (1 (1 buah buah)) 3. Kump Kumpara aran n (in (indu dukto ktor) r) (3 bua buah) h) 4. Bang Bangku ku kapa kapasi sito torr (1 buah buah)) . Multi Multime meter ter dig digita itall (1 (1 buah buah)) !. Signa Signall genera generator tor (1 (1 buah buah)) ". #$% #$% met meter er (1 buah buah)) TEORI YANG YANG TERKAIT T ERKAIT Pendahuluan &rus bolak-b bolak-bali alik k adalah adalah arus listrik listrik 'ang 'ang berubahberubah-uba ubah h besar besar dan arahn'a. Bentuk arus bolak-balik 'ang paling sederhana secara matematis adalah arus sinusoidal. Sebagai contoh i t
I m cos t
(1)
Gamba !
ari *ambar 1 dapat dilihat bah+a ,umlah muatan 'ang le+at dalam selang +aktu antara t dan dan t dt adalah adalah dq
i t dt
(2)
ditun,ukkan oleh luas 'ang dibatasi kura i(t ) dengan sumbu t . &rus konstan 'ang mengeluarkan energi kalor ,oule 'ang sama dengan enrgi kalor ,oule 'ang dikeluarkan oleh suatu arus bolak-balik dalam satu perioda/ disebut disebut arus e0ekti0/ e0ekti0/ I ef / untuk arus bolak-balik tersebut. Besaran inilah 'ang terbaca dalam alat ukur analog arus bolak-balik I ef dan sering disebut pula sebagai I rms . Komponen elektronik 'ang akan diteliti dalam praktikum ini adalah induktor dan kapasitor. &rus Bolak Balik
11
Suatu kumparan (induktor) di dalamn'a dalamn'a memilik memilikii si0at si0at hambatan R L / 'ang dikenal sebagai hambatan parasitik dalam skema rangkaian digambarkan sebagai berikut R
L
A
B
Gamba "
nduktor murni/ L, murni/ L, ,ika ,ika dialiri arus bolak balik i akan menimbulkan **# sebesar E L di 3 dt / sehingga u,ung-u,ungn'a ( A-B ( A-B)) berbeda potensial pot ensial sebesar V AB Ri E . V AB
Ri Ldi
V AB
RI ef
3 dt
2 cos( t ) L I ef
(3)
2 cos( t 3 2)
enulisan di atas dapat ,uga kita tuliskan dalam bentuk V AB
(4)
V m cos( t )
5ntuk mencari V m dan dapat dapat digunakan diagram 0asor. #angkah 6 langkah pembuatan diagram 0asor Semua 0ungsi kita ubah men,adi 0ungsi kosinus 5bah 0ungsi ini men,adi ektor 0asor/ misal pers (4) men,adi ()
# AB V m
ada sumbu silang seperti gambar di ba+ah ini/ kita gambarkan ektor tersebut (*ambar 3a) atau dengan menganggap menganggap t 7 (*ambar 3b). 8adi V m dan kita kita cari dengan diagram 0asor sebagai berikut
V AB V L
V L V R
V AB
t
(a)
V R
(b)
Gamba 3
ari *ambar 3 diperoleh # AB
# R
# R
RI ef
# L L I ef
12
# L
27
2 3 2
Modul raktikum 9isika asar
Kemudian V m ( RI ef
tan
2)
2
( L I ef
2)
2
13 2
:
I ef
2 R 2
( L ) 2
1 L
R
Secara umum
V m
2 dengan dengan Z disebut
ZI ef
impedansi dengan satuan
ohm ( ). ). 8adi dalam hal ini maka Z R 2
( L) 2
R 2
2 X L
engan reaktansi indukti0 X L L mpedansi ini dapat ,uga digambar dalam diagram 0asor seperti di ba+ah ini ini X L
R
Gamba $
Suatu kapasitor dengan kapasitansi C tak tak akan dapat dile+ati oleh oleh arus searah/ tapi dapat dile+ati oleh arus bolak-balik. Muatan listrik 'ang terda pat dalam kapasitor adalah q : CV atau atau dq : CdV. engan demikian nampaklah nampaklah bah+a arus bolak-balik bolak-balik 'ang melalui melalui kapasitor C / mengalami keterlambatan (pergeseran) (pergeseran) 0asa sebesar - 2. 2. BA%AN LATI%AN 1. ;ulis uliska kan n 2 contoh contoh 0ung 0ungsi si lain lain dari arus bolak bolak-ba -bali lik k dan gamba gambarka rkan n gra0ikn'a. 2. Buktikan Buktikan untuk untuk arus bolak-b bolak-bali alik k sinusoid sinusoidal al bah+a bah+a hubungan hubungan antara antara arus e0ekti0 dan arus maksimumn'a adalah I ef
I m 3
2
3. ;un,u ;un,ukan kan bah+a bah+a beda beda potensial potensial antara antara kedua u,ung u,ung kapasitor kapasitor 'ang 'ang dile+ati arus bolak-balik adalah V V ef
2 cos( t 3 2)
atau V V m cos( t 3 2)
&rus Bolak Balik
13
dengan V ef I ef X C atau V m I m X C dan X C 1 3 C disebut reaktansi kapasiti0/ satuann'a ohm. 4. *amba *ambarka rkan n bentuk bentuk diagram diagram 0asor 0asor impe impeda dans nsii rangk rangkai aian an seri antara antara hambatan murni R murni R dan dan kapasitor C . . *amba *ambarka rkan n bentuk bentuk diagram diagram 0asor 0asor impe impeda dans nsii rangk rangkai aian an seri antara antara hambatan murni R murni R dan dan kapasitor C dan dan induktor L induktor L.. !. &pakah &pakah 'ang 'ang dima dimaks ksud ud denga dengan n keadaa keadaan n resona resonans nsii dala dalam m rangka rangkaia ian n arus bolak-balik< Kaitkan dengan pengertian impedansi. PERCOBAAN YANG DILAKUKAN A& Men'u(u )e'an'an e*e()+, umbe au b.la(-bal+(& utar tombol tombol pemil pemilih ih multimete multimeterr pada keduduka kedudukan n pengukura pengukuran n olt oltme mete terr &$. &$. 7 olt olt.. 5kur 5kur dan dan catat catat tegan teganga gan n 'ang 'ang kelu keluar ar dari dari trans trans0o 0orm rmat ator or seku sekund nder er.. 5lan 5langi gi deng dengan an cara cara memb membal alik ikka kan n probe probe multimeter multimeter tersebut. ters ebut. B& Men'u(u +m,edan+ an'(a+an au b.la(-bal+(& 1. &mbi &mbill indu indukto ktorr dan resist resistor or 177 ohm. utar tombol pemilih multimeter pada kedudukan kedudukan pengukuran pengukuran ohmmete ohmmeterr dan terakalib terakalibrasi rasi kedudukan nol ohm dengan cara menempelkan probe-proben'a. (;an'akan pada asisten anda bila tak tahu caran'a). 5kur dan catat hambatan hambatan induktor duktor % # dan hambatan resistor % dengan multimeter. 2. Susun Susun rangkaia rangkaian n berikut berikut.(erik .(eriksaka sakan n dulu pada asisten asisten=) =) induktor
L
R L R E
S
Gamba /
> : sumber arus searah # : induktor/ % # : hambatan dalam induktor. % : resistor S : sakelarpemutus arus utar tombol tombol pemil pemilih ih multim multimeter eter pada kedudukan kedudukan oltmeter oltmeter dc 17 olt. ?'alakan sumber arus searah dan ukurlah beda potensial antara u,ung-u,ung u,ung-u,ung induktor ( V L )/ u,ung-u,ung resistor ( V R ) dan u,ungu,ung tegangan 'ang keluar dari sumber ( V S ) dengan oltmeter.
14
Modul raktikum 9isika asar
3. 5langi 5langi percobaan percobaan B-2 B-2 tetapi dalam dalam *amb *ambar ar di atas sumbe sumberr arus searah diganti dengan sumber arus bolak-balik 12 olt ( trans0ormator sekunder). engukuran dilakukan dilakukan dengan multimeter multimeter setelah disesuaikan tombol pemilihn'a untuk pengukuran tegangan ac. #akukan pengukuran 2 kali dengan membalikkan proben'a/ catat hasil rata-ratan'a. 4. Susun Susun rangkaia rangkaian n berikut berikut / periksakan periksakan dulu dulu pada asisten asisten..
C
R
E
S
Gamba
> : sumb s umber er arus searah $ : kapasitor % : resistor S : sakelar pemutus arus ?'alakan ?'alakan sumber sumber arus searah dan ukurlah beda potensial antara u,ungu,ung kapasitor ( V C )/ u,ung-u,ung resistor ( V R ) dan tegangan 'ang keluar dari sumber ( V S ) dengan oltmeter $. . 5langi 5langi penga pengamatan matanpen penguku gukuran ran B-4 dengan mengg mengganti anti sumbe sumberr arus searah dengan sumber arus bolak-balik dari bagian sekunder trans0ormator sekunder sekunder.. 8angan 8angan lupa lupa memutar memutar tombol tombol pemil pemilih ih multimet multimeter er untuk pengukuran 'ang sesuai. #epaskan komponen C dari dari rangkaian dan ukur hambatann'a ( RC ) dengan ohmmeter dalam multimeter anda. ari data 'ang diperoleh/ hitunglah reaktansi kapasitip dan impedansi rangkaian di atas. !. Susun Susun rangkaia rangkaian n arus bolakbolak-bal balik ik sebag sebagai ai beriku berikut t
L
R
E
C
S
~ &rus Bolak Balik
1
Gamba 1
> : sumber arus bolak-balik. S : sakelarpemutus arus. 5kur dan cat catat poten tensial V L / V R /V C da dan V S dengan multimeter dan arus dibaca melalui miliampermeter &$. C& Re.nan+ an'(a+an RLC 1. Susunla Susunlah h rangkaia rangkaian n seperti seperti gamb gambar ar @ induktor
L
R L
C
V
100 k
SG
~ Gamba 2
S* : embangkit sin'al (signal generator) atau sumber &$ ,ika menggunakan bangku kapasitor A : multimeteroltmeter &$ a. $atat har harga mA mA dan V 'ang 'ang terbaca untuk untuk harga harga C tertentu atau 0rekuensi signal tertentu. b. 5langi 5langi pengamatan pengamatan anda sampai 17 kali untuk harga C 'ang 'ang ber beda atau 0rekuensi 0rekuensi berbeda. berbeda. 2. Buat Buat rangka rangkaian ian seperti seperti *ambar *ambar
1!
Modul raktikum 9isika asar
C
L
R L induktor V
SG
100 k
~ Gamba
S* : signal generator A : multimeteroltmeter ac a. $atat ha harga V 'ang 'ang terbaca untuk harga C tertentu tertentu atau 0rekuensi tertentu. b. 5langi 5langi pengamatan pengamatan anda sampai 17 kali untuk harga C 'ang 'ang ber beda atau 0rekuensi 0rekuensi berbeda. berbeda. TUGAS AK%IR DAN PERTANY PERTANYAAN AAN 1. Berbe Berbedak dakah ah hasi hasill 'ang 'ang anda perole peroleh h bila bila anda memb membal alik ikka kan n probe probe multim multimeter eter saat menguk mengukur ur tegangan tegangan &$ menggu menggunaka nakan n multim multimeter eter (percobaan &)< 8elaskan hasil dan ,a+aban anda. 2. ari data data 'ang anda peroleh peroleh pada percobaa percobaan n B.1 dan B.2/ B.2/ bagaiman bagaimanaakah pengaruh induktor induktor pada rangkaian arus searah< 3. ari data data 'ang 'ang anda anda peroleh peroleh dari dari percoba percobaan an B.1 dan dan B.2/ B.2/ apakah huhukum Chm masih berlaku< 8elaskan ,a+ab anda. 4. Ditungl Ditunglah ah reaktansi reaktansi indukti indukti00 dan impedan impedansi si rangkaia rangkaian n dari hasil hasil percobaan B.1 dan B.2. . Ditunglah Ditunglah reaktansi indukti0 indukti0 dan impedan impedansi si rangkaian dari hasil hasil percoperco baan B.3. Bandingkanl Bandingkanlah ah hasiln'a hasiln'a dengan hasil 'ang telah anda peroleh pada pertan'aan 4 dan berikan ulasan. &pakah hukum Chm berlaku< 8elaskan alasan anda. !. Ditunglah Ditunglah reaktansi kapasiti0 dan impeda impedansi nsi rangkaian dari hasil hasil perco baan B.4. ". Bagaima Bagaimana na pengaru pengaruh h kapasitor kapasitor pada rangkai rangkaian an arus arus searah< searah< @. Ditungl Ditunglah ah reaktansi reaktansi kapasiti0 kapasiti0 dan dan impedan impedansi si rangkaia rangkaian n dari hasil perpercobaan B.. . Ditungl Ditunglah ah reaktansi reaktansi kapasiti0 kapasiti0// reaktansi induk indukti0/ ti0/ dan impedan impedansi si rangkaian dari hasil percobaan B.!. &pakah V S V R V L V C < 8elaskan ,a+ab anda. anda. 17. Buatlah Buatlah gra0ik gra0ik V terhadap terhadap C atau atau V terhadap terhadap 0rekuensi dari percobaan $.1. Berikan ulasanpembahasan tentang gra0ik tersebut.
&rus Bolak Balik
1"
11. Buatlah Buatlah gra0ik gra0ik I I terhadap C atau I atau I terhadap terhadap 0rekuensi dari percobaan $.1. Berikan ulasanpembahasan tentang gra0ik tersebut. 12. Buatlah Buatlah gra0ik gra0ik V terhadap terhadap C atau atau V terhadap terhadap 0rekuensi dari percobaan $.2. Berikan ulasanpembahasan tentang gra0ik tersebut. 13. Buatlah Buatlah gra0ik gra0ik I I terhadap C atau I atau I terhadap terhadap 0rekuensi dari percobaan $.2. Berikan ulasanpembahasan tentang gra0ik tersebut. PUSTAKA 1. Kip/ &.9./ Fundamentals of Electricit and !a"netism/ !a"netism/ 2nd edition/ 1!. 2. Dalli Dallida da' '/ ./ %esnic %esnick/ k/ %./ Ealk Ealker er// 8./ Fundamentals of #$sics of #$sics// 8ohn Eile' Eile' F Sons/ 1". 3. Sears Sears// 9.E./ .E./ Gema Gemans nsk k'/ M.E M.E./ %ni&ersit #$sics/ #$sics/ &ddison-E &ddison-Eesle' esle' ublishing $ompan'/ $ompan'/ nc./ 13. 4. nge ngerso rsol/ l/ #.%./ #.%./ Marti Martin/ n/ M.8./ M.8./ %ous %ouse/ e/ ;.& ;.&./ ./ A La'orator !anual of E()eriments in #$sics/ #$sics/ Mc*ra+-Dill/ 13.
1@
Modul raktikum 9isika asar
