Resistor & Kumparan Seri: Cara Hitung Tegangan AC

by ADMIN 50 views
Iklan Headers

Hey guys, kali ini kita bakal bahas soal fisika yang cukup menarik tentang resistor dan kumparan yang disusun seri dalam rangkaian bolak-balik (AC). Soalnya kayak gini nih:

Sebuah resistor R dan kumparan L dihubungkan seri pada tegangan bolak-balik 100 V. Tegangan antara kedua ujung kumparan dan resistor sama besar. Tegangan tersebut . V. (A) 25√2 (B) 50√2 (C) 75 (D) 50 (E) 60√2

Wah, keliatannya agak rumit ya? Tapi tenang, kita bakal pecahin soal ini bareng-bareng sampai kamu paham betul konsepnya. Yuk, langsung aja kita mulai!

Memahami Konsep Dasar Rangkaian AC dengan Resistor dan Kumparan

Sebelum kita masuk ke perhitungan, penting banget buat kita paham dulu konsep dasarnya. Rangkaian AC (arus bolak-balik) itu beda sama rangkaian DC (arus searah) yang mungkin udah sering kamu temui. Dalam rangkaian AC, arus dan tegangan itu berubah-ubah terhadap waktu, nggak kayak DC yang stabil.

Nah, kalau kita punya resistor (R) dan kumparan (L) yang disusun seri dalam rangkaian AC, ada beberapa hal penting yang perlu kita ingat:

  1. Resistor (R): Resistor itu komponen yang menghambat arus listrik. Dalam rangkaian AC, tegangan pada resistor itu sefase dengan arusnya. Artinya, puncak tegangan dan puncak arus terjadi pada waktu yang bersamaan.
  2. Kumparan (L): Kumparan itu komponen yang menyimpan energi dalam bentuk medan magnet. Dalam rangkaian AC, tegangan pada kumparan itu mendahului arusnya sebesar 90 derajat. Ini penting banget untuk diingat!
  3. Impedansi (Z): Karena ada resistor dan kumparan, kita nggak bisa pakai konsep resistansi biasa kayak di rangkaian DC. Kita pakai konsep impedansi, yaitu gabungan dari resistansi (R) dan reaktansi induktif (XL). Reaktansi induktif itu hambatan yang disebabkan oleh kumparan terhadap arus AC.

Impedansi (Z) dalam rangkaian seri R-L bisa dihitung dengan rumus:

Z = √(R² + XL²)

Di mana:

  • Z = Impedansi (Ohm)
  • R = Resistansi (Ohm)
  • XL = Reaktansi Induktif (Ohm)

Reaktansi induktif (XL) sendiri bisa dihitung dengan rumus:

XL = ωL = 2πfL

Di mana:

  • ω = Kecepatan sudut (rad/s)
  • f = Frekuensi (Hz)
  • L = Induktansi (Henry)

Analisis Soal dan Strategi Pemecahan

Oke, sekarang kita balik lagi ke soal. Kita punya informasi:

  • Tegangan total (V) = 100 V
  • Tegangan pada resistor (VR) = Tegangan pada kumparan (VL)

Yang ditanya adalah tegangan pada resistor (VR) atau tegangan pada kumparan (VL). Karena keduanya sama, kita cukup cari salah satunya aja.

Strategi kita adalah:

  1. Gunakan hubungan tegangan pada resistor dan kumparan yang sama besar untuk mencari hubungan antara resistansi (R) dan reaktansi induktif (XL).
  2. Hitung impedansi (Z) rangkaian.
  3. Gunakan hukum Ohm untuk mencari arus (I) dalam rangkaian.
  4. Hitung tegangan pada resistor (VR) atau kumparan (VL).

Langkah-Langkah Penyelesaian Soal

Yuk, kita pecahin soal ini langkah demi langkah!

Langkah 1: Mencari Hubungan R dan XL

Karena tegangan pada resistor (VR) sama dengan tegangan pada kumparan (VL), kita bisa tulis:

VR = VL

Dalam rangkaian AC, tegangan itu sebanding dengan impedansi. Jadi, kita bisa tulis:

I * R = I * XL

Karena arus (I) sama dalam rangkaian seri, kita bisa coret I di kedua sisi:

R = XL

Nah, kita dapat hubungan penting nih: resistansi (R) sama dengan reaktansi induktif (XL).

Langkah 2: Menghitung Impedansi (Z)

Kita sudah tahu R = XL. Sekarang kita bisa hitung impedansi (Z) menggunakan rumus:

Z = √(R² + XL²)

Ganti XL dengan R:

Z = √(R² + R²)
Z = √(2R²)
Z = R√2

Langkah 3: Menghitung Arus (I)

Kita bisa pakai hukum Ohm untuk mencari arus (I):

V = I * Z

Ganti V dengan 100 V dan Z dengan R√2:

100 = I * R√2
I = 100 / (R√2)

Langkah 4: Menghitung Tegangan pada Resistor (VR)

Akhirnya, kita bisa hitung tegangan pada resistor (VR):

VR = I * R

Ganti I dengan 100 / (R√2):

VR = (100 / (R√2)) * R
VR = 100 / √2

Untuk menghilangkan akar di penyebut, kita rasionalkan:

VR = (100 / √2) * (√2 / √2)
VR = 100√2 / 2
VR = 50√2 V

Jawaban dan Pembahasan Tambahan

Jadi, tegangan pada resistor (VR) atau kumparan (VL) adalah 50√2 V. Jawaban yang benar adalah (B).

Pembahasan Tambahan:

  • Dalam rangkaian seri R-L, tegangan total (V) itu bukan cuma penjumlahan VR dan VL secara langsung. Kita harus pakai konsep fasor karena VR dan VL punya beda fase 90 derajat.
  • Tegangan total (V) bisa dihitung dengan rumus:
    V = √(VR² + VL²)
    Dalam kasus ini, karena VR = VL, kita bisa tulis:
    V = √(2VR²)
V = VR√2
    Kalau kita masukin V = 100 V, kita bakal dapat VR = 50√2 V, sama kayak hasil perhitungan kita tadi.

Kesimpulan

Nah, itu dia guys cara menyelesaikan soal tentang resistor dan kumparan seri dalam rangkaian AC. Kuncinya adalah paham konsep dasar, ingat rumus-rumusnya, dan teliti dalam perhitungan. Fisika itu seru kan? Jangan lupa terus latihan soal ya, biar makin jago!

Semoga penjelasan ini bermanfaat buat kamu. Kalau ada pertanyaan, jangan ragu buat tanya di kolom komentar ya! Semangat terus belajarnya!