Jenis-jenis dan Karakteristik Listrik

Jenis-Jenis Listrik

Listrik dapat dibagi menjadi listrik statis dan listrik dinamis, seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Listrik dinamis dapat dibagi lagi menjadi arus searah dan arus bolak-balik.

Klasifikasi Listrik

1. Listrik Statis

Listrik statis adalah jenis listrik yang "diam" atau "tidak bergerak". Listrik statis terjadi dalam proses kontak atau pemisahan antara benda-benda, dan benda-benda tersebut dapat memperoleh muatan positif (+) atau muatan negatif (-). Listrik statis dapat disimpan dalam kapasitor secara fisik.

Listrik Statis

2. Listrik Arus Searah (DC : Direct Current)

Listrik arus searah adalah listrik yang muatannya selalu mengalir ke arah tertentu, seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Oleh karena itu, polaritas listrik dalam arus searah tidak berubah seiring waktu dan selalu konstan. Namun demikian, nilai potensial listriknya dapat bervariasi. Arah arus listrik yang mengalir dalam sirkuit listrik juga konstan tanpa berubah seiring waktu. Listrik arus searah ditemukan oleh Thomas Alva Edison. Arus searah dapat disimpan dalam baterai dengan metode kimiawi dan diproduksi secara langsung dalam perangkat seperti sel surya dan sel bahan bakar.

Listrik Arus Searah dan Thomas Alva Edison

Listrik Arus Searah (DC)

Baca juga : Sifat Dasar Listrik, Energi Potensial Dan Potensial Listrik

3. Listrik Arus Bolak-Balik (AC : Alternating Current)

Berbeda dengan listrik arus searah, listrik arus bolak-balik merupakan listrik yang besar dan arahnya berubah secara berkala dari waktu ke waktu. Polaritas tidak menjadi masalah dalam arus bolak-balik karena arahnya terus berubah. Oleh karena itu, ada titik "zero crossing" di mana tegangan dan arus menjadi "nol" pada interval waktu yang teratur, yang dapat dialihkan dengan aman. Arus bolak-balik ditemukan oleh Nikola Tesla. Listrik komersial yang kita gunakan dalam kehidupan sehari-hari adalah arus bolak-balik. Arus bolak-balik dihasilkan dengan memutar generator dengan kekuatan rotasi dari hidro, angin, turbin, atau mesin. Tenaga air, tenaga panas, dan listrik yang dihasilkan oleh pembangkit listrik tenaga nuklir semuanya merupakan arus bolak-balik. Arus bolak-balik (AC) memiliki beberapa karakteristik yang tidak ditemukan pada arus searah (DC) karena sifat-sifatnya (besaran tegangan dan arah arus) berubah secara kontinu dari waktu ke waktu.

Arus Bolak-balik dan Nikola Tesla

Arus Bolak-Balik (AC)

Karakteristik yang hanya dimiliki oleh listrik arus bolak-balik adalah sebagai berikut :

• Tidak dapat disimpan

Listrik statis disimpan secara fisik dalam kapasitor, dan arus searah disimpan secara kimiawi dalam baterai sehingga dapat digunakan di kemudian hari, tetapi belum ada cara untuk menyimpan arus bolak-balik. Oleh karena itu, karena listrik arus bolak-balik yang dihasilkan harus segera dikonsumsi, pembangkit listrik dan sisi konsumen harus dihubungkan dengan konduktor (kabel).

Penyimpanan listrik: (a)Listrik statis→Kapasitor, (b)Arus searah→Baterai (c)Arus bolak-balik→X

Transmisi dan distribusi arus bolak-balik

• Tidak mempermasalahkan polaritas

Karena aliran arus terus berubah seiring waktu, polaritasnya pun terus berubah. Oleh karena itu, polaritas tidak dipertimbangkan dalam arus bolak-balik. Pada stopkontak dan colokan listrik, kedua terminal tidak mewakili (+) dan (-), melainkan kabel fasa/fase dan kabel netral, yang membawa arus listrik. Oleh karena itu, tidak menjadi masalah sama sekali meskipun stopkontak alat rumah tangga yang menggunakan arus bolak-balik dipasang terbalik.

Polaritas Listrik

Baca juga : Sifat Dasar Listrik, Energi Potensial Dan Potensial Listrik

• Fase dan perbedaan fase

Karena arus bolak-balik memiliki bentuk gelombang, maka fase (Phase) dapat diubah oleh perbedaan waktu sesuai dengan bentuk gelombang. Dua gelombang listrik yang menunjukkan perubahan temporal yang sama disebut fase, dan jika ada perbedaan, ini disebut sebagai perbedaan fase.

Fase dan perbedaan fase: (a) Dua arus bolak-balik dengan fase yang sama, (b) Dua arus bolak-balik dengan fase yang berbeda

• Nilai sesaat, Root Mean Square (RMS), nilai tertinggi

Karena arus dan tegangan arus bolak-balik terus berubah seiring waktu, untuk mengekspresikan ini fungsi waktu harus digunakan. Dengan cara ini, tegangan dan arus bolak-balik yang dinyatakan oleh fungsi trigonometri disebut sebagai nilai sesaat. Dalam praktiknya, akan sangat merepotkan untuk menggunakan nilai sesaat. Oleh karena itu, nilai ini diekspresikan dengan mengubahnya menjadi arus searah tingkat energi yang disebut RMS (Root Mean Square). Semua listrik arus bolak-balik yang kita gunakan dalam kehidupan sehari-hari diwakili dalam RMS ini.

Oleh karena itu, dalam praktiknya arus bolak-balik secara berkala menunjukkan tegangan atau arus yang lebih tinggi daripada RMS dan nilai terbesar dari nilai ini disebut nilai tertinggi atau nilai puncak (crest value). Dalam peraturan keselamatan sering kali terdapat kasus di mana nilai tertinggi harus diambil sebagai titik referensi. Karena alasan ini, dalam peraturan terkait keselamatan yang sama nilai yang ditentukan untuk arus bolak-balik lebih tinggi daripada arus searah.

Baca juga : Sifat Dasar Listrik, Energi Potensial Dan Potensial Listrik

• Frekuensi dan Periode

Periode dan frekuensi digunakan untuk merepresentasikan karakteristik arus bolak-balik yang menunjukkan bentuk gelombang yang sama yang berulang secara berkala. 

Periode adalah jumlah interval waktu yang dibutuhkan oleh satu gelombang untuk muncul, dan frekuensi mengindikasikan berapa kali bentuk gelombang yang sama muncul dalam satu detik. Oleh karena itu, periode dan frekuensi saling berbanding terbalik satu sama lain. Satuan periode adalah detik [sec], dan satuan frekuensi adalah Hertz [Hz]. Gelombang elektromagnetik atau listrik yang dikenal sebagai frekuensi tinggi atau frekuensi rendah diklasifikasikan berdasarkan besar frekuensinya. Frekuensi listrik komersial menggunakan 50 atau 60 hertz [Hz], tetapi sirkuit elektronik menggunakan frekuensi tinggi beberapa hertz dan beberapa gigahertz melalui konverter frekuensi. Di Indonesia sendiri menggunakan frekuensi 50 Hertz.

Nilai sesaat, RMS, dan nilai tertinggi arus bolak-balik:

Vrms = vmax/√

2

Frekuensi dan periode arus bolak-balik

• Kapasitor dan Induktor
  

Peran kapasitor dan induktor dalam arus bolak-balik sangat berbeda dengan arus searah. Dalam sirkuit arus searah kapasitor berfungsi untuk menyimpan muatan sementara, tetapi dalam rangkaian arus bolak-balik kapasitor menyimpan energi dalam bentuk tegangan dan berperan dalam membuat fase arus lebih cepat daripada tegangan. Oleh karena itu, dalam sirkuit arus bolak-balik kapasitor berperan untuk menyesuaikan tegangan dengan menyesuaikan daya reaktif. 

Induktor tidak berperan dalam sirkuit arus bolak-balik, tetapi dalam sirkuit arus bolak-balik induktor menyimpan energi dalam bentuk arus dan membuat fase arus lebih lambat dari tegangan. Dalam sirkuit arus bolakbalik, sama seperti kapasitor, induktor bekerja untuk mengatur tegangan dengan menyesuaikan daya reaktif. Kapasitor dan induktor bekerja dengan cara yang berlawanan, sehingga dapat saling melengkapi.

Kapasitor dan induktor

Baca juga : Sifat Dasar Listrik, Energi Potensial Dan Potensial Listrik

• Resistansi, Reaktansi, dan Impedansi

Dalam sirkuit arus searah, hanya ada resistansi bersih, tetapi dalam sirkuit arus bolak-balik ada reaktansi yang dihasilkan oleh arus reaktif di samping resistansi bersih yang mengkonsumsi energi. Arus reaktif menghambat aliran arus tanpa mengkonsumsi energi. Jumlah vektor dari resistansi dan reaktansi bersih dalam sirkuit arus bolak-balik dinyatakan sebagai Impedansi.

Hubungan antara resistensi, reaktansi, dan impedansi

• Efek elektromagnetik

Ketika arus melewati konduktor, medan magnet yang berputar tercipta di sekitar konduktor. Ketika medan magnet ini berubah, gaya gerak listrik balik (EMF) dihasilkan ke arah yang berlawanan dengan perubahan konduktor karena fenomena inersia listrik. Fenomena ini disebut sebagai "Hukum Faraday dan Hukum Lenz". Semua generator dan motor yang kita gunakan saat ini adalah penerapan dari fenomena induksi elektromagnetik ini. Arus bolak-balik lebih mudah menginduksi fenomena elektromagnetik daripada arus searah karena arus bolak-balik mengubah arus dan tegangan secara konstan.

Efek elektromagnetik

Baca juga : Sifat Dasar Listrik, Energi Potensial Dan Potensial Listrik

Sumber : KATECH (Korea Automotive Technology Institute), 2023