e ent w ayat 2010-71-053
MODUL IV RESONANSI LISTRIK I.
TUJUAN 1. Mengamati adanya gejala resonansi dalam rangkaian rangkaian arus bolak-balik. bolak-balik. 2. Menentukan besar besar tahanan dan induksi diri diri dari pada induktor.
II.
ALAT DAN PERLENGKAPAN 1. Sumber tegangan tega ngan (AC). 2. Iinduktor (kumparan pemadam). 3. Bangku kapasitor. kapasit or. 4. Multitester 5. Amperemeter Amperemet er AC. 6. Kabel-kabel Kabel-ka bel penghubung.
III.
TEORI A. Arus dan Tegangan Sinusoida Arus bolak-balik adalah arus yang bergantung pada waktu, bentuk umumnya merupakan fungsi sinusoida sehingga disebut arus sinusoida. Arus sinusoida (fungsi cos/sin) dapat dituliskan sebagai : I = Im sin ( t + 0 ) Dimana :
I : arus sesaat Im : arus maksimum ( t + 0 ) : fasa : frekuensi sudut
Sedangkan untuk tegangan dapat dituliskan sebagai : V = Vm sin ( t - 0 ) Dimana :
V: tegangan sesaat Vm : tegangan maksimum
B. Fasor Keluaran R, L dan C Dalam analisa rangkaian r angkaian umumnya digunakan diagram diagram fasor (phase vector). Sesuai S esuai namanya maka ar us atau tegangan tega ngan dianggap sebagai besaran vektor fasa. Amplitudo sebagai besarnya sedangkan fasa sebagai sudut simpangnya. Penyederhanaan dapat dilakukan dengan peninjauan sudut t = 0, selanjutnya kita analisa tegangan keluar dari R, L dan C jika dialiri arus sinusoida. 1. Resistor ( R ) Jika arus I = I m cos ( t ) dialiri pada resistor, maka tegangan keluaran V R dapat dianalisa dengan : VR = I R = I m R cos ( t ) = Vm cos ( t )
Laboratorium Fisika STT-PLN
e ent w ayat 2010-71-053
Dimana : Vm = Im R Terlihat bahwa fasor keluaran VR sefasa dengan masukannya.
2. Induktor ( L ) Jika arus I = I m cos ( t ) dialiri pada induktor, maka tegangan keluaran V L dapat dianalisa dengan hukum Faraday : VL = - = L
= - Im L cos ( t )
VL = Im L cos ( t +
)
Dimana : Vm = Im L = Im X L Terlihat bahwa fasor keluaran VL tertinggal
dari masukan.
3. Kapasitor ( C ) Jika arus I = Im cos ( t ) dialiri pada kapasitor, maka tega ngan keluaran VC dapat dihitung dengan : V=
=
VC = im
sin
( t ) = I m XC cos ( t -
VC = Vm cos ( t -
)
)
Laboratorium Fisika STT-PLN
e ent w ayat 2010-71-053
Dimana : Vm = Im XC Terlihat bahwa fasor keluaran VC mendahului
dari masukan.
C. Rangkaian Seri K ( R, L ) dan C
Gambar 4 menunjukan sebuah rangkaian listrik ar us bolak-balik dengan susunan seri terdiri sebuah sumber tegangan arus bolak-balik, bangku kapasitor ( C ), induktor ( L ) dengan hambatan dalam ( R ) dan sebuah miliamperemeter ( mA ).
Tegangan keluaran VAB = VR + VL + VC. Jika masukannya I = I m cos ( t ), maka tegangan keluarannya : VAB = Z Im cos ( t + ) Dengan : Z=
Laboratorium Fisika STT-PLN
e ent w ayat 2010-71-053
-1
= tan
««««««««««««««..(1)
Jadi jika masukan tegangannya adalah E ( besarnya tegangan efektif ) dan ( besarnya frekuensi sudut ) dari sumber tegangan arus bolak-balik, maka besarnya ar us efektif I yang mengalir melalui rangkaian tersebut adalah :
Ieff =
««««««««««««(2)
Dimana :
R : besarnya tahanan ( ohm atau ) L : besarnya induksi diri dari induuktor ( henry atau H ) C : besarnya kapasitansi dari kapasitor ( farad atau F ) I : kuat arus ( ampere atau A ) E : tegangan ( volt atau V ) : frekuensi sudut ( rad/s )
Jika C diubah-ubah besarnya, maka akan didapat harga I yang mencapai harga maksimum. Harga arus maksimum itu dicapai pada saat harga : C=
«««««««««««««««(3)
Dan besarnya kuat arus : Imaks =
«««««««««««««««(4)
Rangkaian listrik dimana I mencapai maksimum dan harga C =
, disebut dalam
keadaan resonansi seri. D. Rangkaian Paralel K ( R, L ) dan C
Laboratorium Fisika STT-PLN
e ent w ayat 2010-71-053
Gambar 5 menunjukkan sebuah rangkaian arus bolak-balik dengan susunan paralel antara induktor beserta hambatannya ( K ) dengan kapasitor ( C ), kemudian disusun serri dengan miliamperemeter ke sumber tega ngan arus bolak-balik. Jika E t egangan dari sumber tegangan, dengan cara seruupa maka kuat arus efektifnya adalah : I=E
«««««««««««««««(5)
Jika C diubah-ubah besarnya, maka akan didapat harga I yang mencapai harga minimum. Harga arus minimum itu dicapai pada sa at harga : C=
««««««««««««««««««««(6)
Dan besarnya kuat arus : Imin =
«««««««««««««««««««(7)
Seperti halnya pada rangkaian seri, maka pada saat arus mencapai harga minimum, rangkaian disebut dalam keadaan resonansi paralel.
IV.
PERCOBAAN YANG HARUS DILAKUKAN *Catatlah suhu ruang dan tekanan ruang ( sebelum dan sesudah percobaan ). Catatan : 1. Pada percobaan ini tidak digunakan hambatan R yang khusus, melainkan R diambil dari kumparan induktornya (induktor t erdiri dari kumparan kawat dengan inti besi). 2. Rangkaian bangku kapasitor biasanya seperti ini :
Jadi dengan menyusun paralel kapasitansinya dijumlahkan dari masing-masing kapasitor yang terpakai. Ada pula bangku kapasitor putar dimana kapasitansinya langsung jumlah tiap-tiap penunjukkan pemutarnya. 3. Pada setiap pengukuran baik arus seara h maupun arus bolak-balik, selalu dipergunakan batas ukur yang terbesar kemudian berturut-turut dikecilkan. Demikian pula untuk tegangan.
Laboratorium Fisika STT-PLN
e ent w ayat 2010-71-053
Pengukuran : 1. Ukur hambatan dalam dari induktor dengan multitester. 2. Bila ada ukurlah frekuensi tegangan bolak-balik dengan alat pengukur frekuensi lidah, bila tidak ada alat tersebut ambil saja 50 Hz. 3. Susun rangkaian seperti gambar 4. Sebelum dihubungkan dengan jala-jala listrik, laporkan dulu pada asisten. 4. Amati dan catat kuat arus I untuk beberapa harga C dimulai dengan nol sampai harga C terbesar ( tanya asisten ). 5. Pada suatu harga I tertentu, amati tegangan bolak-balik ujung-ujung tiap komponen dan tegangan output transformator. 6. Susun rangkaian seperti gambar 5. Ulangi langkah percobaan pengukuran 4 s/d 5.
V.DATA PENGAMATAN MODUL IV (RESONANSI LISTRIK) Pawal : Tawal :
KELOMPOK : JURUSAN : E No. (Volt)
C (F)
RLC seri E I Keterangan (Volt) (Ampere)
C (F)
Pakhir : Takhir :
RL paralel C I Keterangan (Ampere)
Vin
=
Vin
=
VC
=
VC
=
VL
=
VL
=
VR
=
VR
=
Rind
=
Rind
=
Vin
=
Vin
=
VC
=
VC
=
VL
=
VL
=
VR
=
VR
=
Rind
=
Rind
=
Laboratorium Fisika STT-PLN
e ent w ayat 2010-71-053
Tanggal Pengambilan Data Nama Asisten Tanda Tangan Asisten
: : :
Laboratorium Fisika STT-PLN
e ent w ayat 2010-71-053
Laboratorium Fisika STT-PLN
