Melayani siapa saja untuk belajar fisika kapan saja dan dimana saja

Sunday, March 21, 2021

Rangkaian Seri R-L-C dan Aplikasinya dalam Kehidupan Sehari-hari

Sahabat fisioner kali ini kita akan membahas topik tentang rangkaian seri R-L-C dan aplikasinya dalam kehidupan sehari-hari. Terdapat beberapa penerapan rangkaian seri R-L-C dalam kehidupan sehari-hari-hari. Sahabat fisioner, tahukah bagaimana cara kerja rangkaian penala (tuner) pada sebuah radio? Konsep/prinsip/hukum fisika apakah yang berlaku pada rangkaian penala (tuner) radio tersebut? Nah pertanyaan ini bisa sahabat fisioner jawab setelah mempelajari topik rangkaian seri R-L-C berikut ini.  

Topik: Rangkaian seri R-L-C dan aplikasinya dalam kehidupan sehari-hari

1. Rangkaian seri R-L-C

Rangkaian seri rlc

Pada kegiatan belajar sebelumnya telah dibahas bagaimana pengaruh resistor, induktor, dan kapasitor yang dihubungkan secara terpisah dengan sebuah sumber arus bolak-balik I=Im.sin⁡ωt. Sekarang akan ditinjau, apa yang akan terjadi jika ketiga elemen tersebut dihubungkan secara seri, yang sering disebut rangkaian seri R-L-C seperti gambar di atas.

2. Hubungan VR, VL, VC, DAN V pada rangkaian seri R-L-C

Rangkaian seri rlc

Untuk menentukan hubungan VR, VL, dan VC digunakan diagram fasor. Perhatikan bahwa karena ketiga elemen berhubungan seri, maka arus yang mengalir melalui semua elemen sama besar, yaitu I=I_m sin⁡ωt. Dengan kata lain arus bolak-balik di semua titik pada rangkaian seri RLC memiliki nilai maksimum dan fase yang sama. Akan tetapi tegangan pada masing-masing elemen akan memiliki nilai dan fase yang berbeda. Tegangan pada resistor VR sefase dengan arus I, tegangan pada induktor VL mendahului arus π/2 rad atau 90o, dan tegangan pada kapasitor tertinggal dari arus π/2 rad atau 90o. Dengan demikian dapat ditulis:

Jika ditetapkan sudut ωt pada sumbu x, maka diagram fasor untuk arus I, tegangan VR, VL, dan VC akan tampak seperti gambar berikut.
Rangkaian seri rlc

Sesuai dengan hukum Kirchoff, tegangan antara ujung-ujung rangkaian seri RLC, yaitu VAB = V adalah jumlah fasor antara VR, VL, dan VC. penjumlahan fasor tersebut menghasilkan besar tegangan total, yaitu:

Tampak jelas pada gambar bahwa beda sudut fase antara arus dan tegangan θ memenuhi hubungan:

3. Impedansi rangkaian seri R-L-C

Pada rangkaian arus searah (DC) umumnya hanya akan ditemukan satu macam hambatan yaitu resistor murni R, nilai hambatan total dari beberapa resistor yang terhubung secara seri adalah penjumlahan secara aljabar (skalar) masing-masing hambatan tersebut.

Pada rangkaian arus bolak-balik (AC), terdapat hambatan resistor (R), hambatan induktor (XL), dan habatan dari kapasitor (XC) dalam rangkaian. Efek hambatan total yang dihasilkan oleh R, XL, dan XC dalam rangkaian AC disebut impedansi (Z). Nilai Z tidak dapat dihitung dengan penjumlahan aljabar (skalar) seperti pada arus searah. Untuk menentukan nilai Z digunakan persamaan berikut:

Beda sudut fase antara kuat arus I dengan tegangan V adalah:
Dengan menggunakan kedua persamaan di atas dapat dibuat diagram fasor untuk impedansi seperti tampak pada gambar berikut.
Rangkaian seri RLC
Contoh Soal
Rangkaian R-L-C seri dengan R = 80 ohm, XL = 100 ohm, dan Xc =40 ohm. Rangkaian ini dihubungkan dengan tegangan bolak-balik dengan tegangan efektif 220 V. Tentukanlah:
a. impedansi rangkaian;
b. arus efektif yang mengalir pada rangkaian;
c. tegangan efektif antara ujung-ujung induktor.
Penyelesaian

4. Resonansi pada rangkaian seri R-L-C

Resonansi pada rangkaian seri R-L-C terjadi ketika XL = XC. Keadaan ini menyebabkan impedansi rangkaian Z memiliki harga minimum yang bernilai sama dengan hambatan murni R. Saat terjadinya resonansi,

Oleh karena w = 2pf, maka diperoleh frekuensi resonansi
Rangkaian seri RLC
Contoh Soal
Pada frekuensi berapakah sebuah rangkaian R-L-C seri yang dihubungkan bertegangan bolak-balik akan beresonansi. Apabila R = 80 ohm, L = 1 henry, dan C = 1 mikroFarad?
Penyelesaian
Diketahui
R = 80 ohm
L = 1 henry
C = 1 mikroF = 10-6 F
Ditanyakan: f = …?
Jawab:

5. Aplikasi rangkaian seri R-L-C pada kehidupan sehari-hari

Rangkaian resonansi dapat dijumpai pada rangkaian penala (tuner) radio, caranya dengan mengubah-ubah frekeunsi melalui kondensator variabel. Jika frekuensinya sesuai, frekuensi gelombang radio akan di tangkap.

Demikianlah penjelasan tentang induksi magnetik dan aplikasinya dalam kehidupan sehari-hari atau teknologi. Semoga memberikan wawasan dan memberikan semangat untuk senantiasa belajar fisika.

Artikel lainnya:

No comments:

Post a Comment