FISIKA RADIOLOGI - ARUS DAN TEGANGAN BOLAK BALIK

n  Tahun 1880-an di USA è perdebatan panas & sengit

n  Metode terbaik untuk distribusi daya listrik

n  Thomas Edison & George Westinghouse

Thomas Edison

n  Menghendaki arus searah (dc)

n  Arus tunak yang tidak berubah terhadap waktu

George Westinghouse

n  Menghendaki arus bolak balik (ac = alternating current)

n  Tegangan dan arus yang berubah ubah secara sinusoidal

n  Transformator dapat digunakan untuk menaikkan dan menurunkan tegangan dengan ac tetapi tidak dengan dc

n  Tegangan rendah lebih aman untuk kegunaan konsumen tetapi tegangan tinggi sesuai dengan arus rendah adalah paling baik untuk transmisi daya jarak jauh untuk meminimumkan kehilangan i²R dalam kabel.

Westinghouse Menang

n  Kebanyakan sistem distribusi daya rumah tangga dan industri beroperasi dengan arus bolak balik

n  Setiap peralatan yang disambungkan ke dalam saluran dinding atau stop kontak menggunakan ac

n  Banyak alat yang dayannya berasal dari baterai atau aki seperti radio dan telpon tak berkawat menggunakan dc yang diberikan oleh baterai untuk menciptakan atau membesar arus bolak balik

n  Rangkaian alat komunikasi modern termasuk pager dan TV menggunakan ac

Arus Bolak Balik

n  tge (tegangan gerak elektrik)

n  emf (electromotive force) 

n  ggl 

n  voltase bolak balik

Simbol Arus Bolak Balik

n  Rangkaian ac

Simbol Arus Searah

n  Rangkaian DC

Arus Dan Tegangan Sinusoidal

n  .v = V cos ωt

n  i = I sin ωt

n  Dimana :

n  .v = tegangan sesaat

n  V = amplitudo tegangan

n  .ω = frekuensi sudut (2πf)

n  I = amplitudo arus

n  .i = arus sesaat

Harga Efektif

n  Besar listrik bolak balik yang dianggap tetap

n  Kuat arus bolak balik yang dianggap setara dengan arus yang menghasilkan jumlah kalor yang sama ketika melalui suatu penghantar dalam waktu yang sama

n  I_eff = (I_maks/√2) = 0,707I_maks

n  V_eff = (V_maks/√2) = 0,707V_maks

Arus Bolak Balik

n  Hambatan murni èResistor ®

n  Hambatan induktif èInduktor (X_L)

n  Hambatan kapasitas è Kapasitor (X_C)

n  Hambatan dari rangkaian merupakan salah satu dari  3 hambatan atau gabungannya èImpedansi Z

Rangkaian Resistor ( R)

n  Pada rangkaian ini tidak ada beda fase antara kuat arus dan tegangan 

n  I = I_maks sin ωt

n  V = V_maks sin ωt

n  P_rata-rata = I²_ef . R

Rangkaian Induktor Xl

n  Suatu induktor yang dialiri listrik arus bolak-balik, akan mengakibatkan terjadinya perubahan fluks magnetik yang menguatkan GGL induksi diri pada induktor L sebesar:

n                                  E_ind = -L di/dt

n  Karena pada rangkaian induktif terdapat beda fase sebesar ¼ (beda sudut fase 90^o) antara kuat arus dan tegangan, dengan tegangan mendahului kuat arus maka

n                                  I = I_maks sin ωt

n                V = V_maks sin (ωt + 90^o)

Reaktansi Induktif Xl

n  Nilai hambatan yang terjadi sebagai akibat timbulnya GGL induksi karena dipasangnya induktor L

n                                  X_L = ω L

n                    = 2πf.L

n  Impedansi rangkaian R-L seri dirumuskan sebagai

n                                  Z = V_m/I_m

n                   = √(R² + X_L)

Rangkaian Kapasitor Xc

n  Bila kedua plat suatu kapasitor yang kapasitasnya C dihubungkan dengan tegangan V maka akan terjadi pengisian muatan q yang dirumuskan sebagai q = CV

n  Pada rangkaian induktif, terdapat beda fase (beda sudut fase 90^o) antara kuat arus dan tegangan, dengan kuat arus mendahului tegangan sehingga

n  I = I_maks sin ωt

n  V = V_maks sin (ωt – 90^o)

Reaktansi Kapasitor Xc

n  Merupakan nilai hambatan pada kapasitor yang dilewati arus bolak-balik.

n  X_C = V_Cm/I_m = 1/ωC = 1/2πfC

n  Impedansi rangkaian R-C seri

n  Z = V_m/I_m = √(R² + X_C²)

Rangkaian R-L-C

n  Beda sudut fase antara I dan V pada rangkaian R-L-C seri adalah φ dengan

n                                  tg φ = (X_L – X_c)/R

n  Impedansi rangkaian R-L-C dapat dirumuskan                     Z = √(R² + (X_L – X_c)²)

n  Resonansi rangkaian R-L-C seri terjadi bila :

n                                  X_L = X_c    

n   ↔        2πf.L = 1/2ππf      

n   ↔        f = (1/2π) (√1/LC)

n  Pada keadaan resonansi harga impedansi menjadi minimum yaitu :

n                                  Z = √(R² + (X_L – X_c) ²)  =  √ (R² + 0)  =  R

Sumber Tegangan Bolak Balik

n  Di hasilkan oleh generator ac

n  Terdiri dari kumparan kawat yang dapat diputar dalam medan magnetik è rotor, megnet tetap,stator

n  Kumparan ABCD diputar dengan kecepatan sudut tetap ω

n  Kumparan memotong garis gaya magnet è ggl induksi

n  Є = -ndΦ/dt

n  Dimana :

n  Ф_B = Fluks magnetik

n  .dt = Perubahan waktu

n  .n = jumlah lilitan