Perangkat Virtual Eksperimen RLC

Teori

Eksperimen Simulasi Rangkaian RLC Seri Menggunakan Multisim

I. Tujuan Eksperimen

• Mengidentifikasi komponen dan prinsip kerja rangkaian RLC seri.
• Menentukan arus dan tegangan pada resistor, induktor, dan kapasitor secara simultan.
• Menganalisis efek frekuensi terhadap impedansi dan daya dalam rangkaian AC.

II. Dasar Teori

Tegangan bolak-balik adalah tegangan listrik yang berubah tanda secara berulang dan disebut juga dengan alternating current (AC). Bentuk gelombang AC paling umum adalah gelombang sinusoidal, karena menurut dalil Fourier, bentuk gelombang lain dapat diuraikan menjadi deret sinusoid.

Jika suatu tegangan bolak-balik v_s(t) dihubungkan dengan rangkaian seri yang terdiri atas resistor (R), induktor (L), dan kapasitor (C), maka arus yang mengalir adalah:

I = V_s / Z

Dengan impedansi rangkaian:

Z̅ = R + j(ωL - 1/ωC)

dan besar impedansinya:

|Z| = √[R² + (ωL - 1/ωC)²]

Tegangan dan arus memiliki bentuk sinusoidal:

v = V_m sin(ωt),    i = I_m sin(ωt - ϕ)

Dengan pembagian tegangan dalam komponen:

V_m = √[V_R² + (V_L - V_C)²]

Hubungan fasa dan gaya tegangan per komponen:

• V_R = I × R = V_mR sin(ωt)
• V_L = I × ωL = V_mL sin(ωt + 90°)
• V_C = I / ωC = V_mC sin(ωt - 90°)

Impedansi total:

Z = √[R² + (X_L - X_C)²]

Dengan X_L = ωL dan X_C = 1/ωC

Sifat Rangkaian RLC

• Jika X_L > X_C, rangkaian bersifat induktif, arus tertinggal terhadap tegangan (ϕ > 0).
• Jika X_L < X_C, rangkaian bersifat kapasitif, arus mendahului tegangan (ϕ < 0).
• Jika X_L = X_C, rangkaian bersifat resistif (ϕ = 0), terjadi resonansi.

Frekuensi Resonansi

f_r = 1 / (2π√LC)

Sudut Fase

tan ϕ = (X_L - X_C) / R      atau      tan ϕ = (V_L - V_C) / V_R

Prosedur

I. Alat dan Bahan

Perangkat Lunak:

• Multisim (versi student atau professional) : https://www.multisim.com/

Komponen Rangkaian dalam Simulasi:

• Sumber AC: 170 V, $V(t) = 170 \sin(120\pi t)$Menghasilkan tegangan sinusoidal. Dalam soal ini: v(t) = 170 sin(120πt) yang berarti amplitudo 170 V dan frekuensi 60 Hz.

• Resistor (R): 5.0 Ω (Menghambat arus listrik, satuan: ohm (Ω). Tidak bergantung pada frekuensi.)

• Induktor (L): 25 mH (Menyimpan energi dalam bentuk medan magnet, satuan: henry (H). Nilai reaktansi induktifnya meningkat terhadap frekuensi (XL = 2πfL)).

• Kapasitor (C): 400 µF (Menyimpan energi dalam bentuk medan listrik, satuan: farad (F). Reaktansi kapasitif menurun terhadap frekuensi (XC = 1/(2πfC))

• Alat ukur: Ampermeter, Voltmeter, Oscilloscope

II. Cara Kerja

Silahkan kalian Klik Tombol Bagian Simulator untuk mencoba praktek secara Virtual di Multisim

1. Buka link Multisim dan buat rangkaian seperti pada gambar soal.
2. Masukkan sumber AC, resistor 5Ω, induktor 25mH, dan kapasitor 400µF.
3. Pasang voltmeter dan ammeter.
4. Jalankan simulasi, lalu ubah frekuensi dan amati hasilnya.

Evaluasi Diri

📋 Tes Awal – Pemahaman Konsep RLC

Nama:

Kelas:

No. Absen:

1. Apa yang dimaksud dengan arus bolak-balik (AC)?
   • A. Arus yang mengalir hanya satu arah
   • B. Arus yang berubah-ubah besarannya saja
   • C. Arus yang berubah arah dan besarannya secara periodik
   • D. Arus yang konstan terhadap waktu
2. Komponen yang menyimpan energi dalam medan magnet adalah...
   • A. Resistor
   • B. Induktor
   • C. Kapasitor
   • D. Sumber tegangan
3. Nilai reaktansi induktif (XL) meningkat seiring dengan...
   • A. Penurunan frekuensi
   • B. Peningkatan hambatan
   • C. Peningkatan frekuensi
   • D. Peningkatan kapasitansi
4. Persamaan reaktansi kapasitif adalah...
   • A. XL = 2πfL
   • B. XC = 1/(2πfC)
   • C. Z = R + jωL
   • D. I = V/R
5. Apa yang terjadi jika frekuensi dinaikkan pada kapasitor?
   • A. Arus berhenti mengalir
   • B. Reaktansi kapasitif meningkat
   • C. Reaktansi kapasitif menurun
   • D. Hambatan total menjadi nol
6. Dalam keadaan resonansi, nilai impedansi rangkaian RLC menjadi...
   • A. Sangat besar
   • B. Minimum dan sama dengan R
   • C. Nol
   • D. Maksimum
7. Kapasitor menyimpan energi dalam bentuk...
   • A. Panas
   • B. Medan magnet
   • C. Arus listrik
   • D. Medan listrik
8. Satuan induktansi (L) adalah...
   • A. Farad
   • B. Ohm
   • C. Henry
   • D. Volt
9. Jika XL > XC maka rangkaian RLC bersifat...
   • A. Resistif
   • B. Kapasitif
   • C. Induktif
   • D. Netral
10. Impedansi dalam rangkaian RLC seri dinyatakan dengan:
    • A. Z = √(R² + (XL - XC)²)
    • B. Z = R + L + C
    • C. Z = V/I
    • D. Z = R × XL × XC

Simulator

🧭 Langkah Awal: Masuk ke Multisim Live

1. Buka website:
   Akses https://www.multisim.com

2. Login atau buat akun:

   • Klik Sign In (pojok kanan atas)

   • Gunakan akun Google atau buat akun baru (sign up)

3. Setelah berhasil login, klik “Launch Multisim Live” untuk membuka area kerja simulasi.

4. Tutorial Menggunakan Multisim Live bisa disimak melalui video dibawah ini:

---

🔧 Langkah Pembuatan Rangkaian RLC

1. Pilih Komponen-komponen:

Gunakan fitur “Place Component” di sisi kiri layar. Berikut komponen yang dibutuhkan:

Komponen	Nilai	Nama di Multisim	Keterangan
Sumber AC	170 V, sin(120πt)	AC Voltage Source (SINE)	Klik kanan untuk setel bentuk gelombang
Resistor	5.0 Ω	Resistor (R)	Set resistance 5 Ω
Induktor	25 mH	Inductor (L)	Set inductance 25 mH
Kapasitor	400 μF	Capacitor (C)	Set capacitance 400 µF
Ground	—	Ground	Wajib untuk semua rangkaian

2. Setel Parameter Komponen

Setiap kali Anda menempatkan komponen, klik kanan ➝ Edit properties lalu ubah nilainya:

• AC Source:

  • Amplitude: 170

  • Frequency: 60 Hz (karena sin(120πt) = sin(2π·60·t) ⇒ f = 60 Hz)

  • Waveform: SINE

• R, L, C: Masukkan nilai sesuai dengan tabel.

---

3. Susun Rangkaian Sesuai Gambar

Hubungkan komponen:

• Urutan seri: AC → Resistor → Induktor → Kapasitor → Ground → kembali ke AC

• Gunakan Wire Tool (ikon kabel) untuk menghubungkan pin antar komponen

---

📊 4. Jalankan Simulasi

• Klik tombol Simulate (▶️) di atas kanan layar.

• Tambahkan Voltage Probe dan Current Probe (jika ingin melihat tegangan dan arus)

• Amati gelombang arus dan tegangan pada oscilloscope (jika diperlukan, tambahkan komponen Oscilloscope dari panel kiri).

📘 Penugasan Eksperimen RLC

Silakan kerjakan soal penugasan berikut setelah menyelesaikan eksperimen simulasi rangkaian RLC.

1. Analisis Daya:
   Berdasarkan hasil simulasi, hitunglah daya rata-rata yang dikonsumsi oleh resistor dalam rangkaian RLC pada frekuensi 60 Hz. Gunakan rumus:
   P = I² × R
   Sertakan langkah perhitungan dan hasilnya.
2. Grafik Arus vs Frekuensi:
   Buat grafik hubungan antara arus maksimum dengan frekuensi (20 Hz – 200 Hz) berdasarkan simulasi yang Anda lakukan.
3. Desain Alternatif:
   Ubah nilai L dan C sehingga frekuensi resonansi menjadi 100 Hz. Hitung nilai L dan C baru yang sesuai, dan buat ulang rangkaiannya di Multisim atau PhET.
4. Refleksi Konsep:
   Jelaskan secara tertulis:
   • Apa yang dimaksud dengan resonansi dalam rangkaian RLC?
   • Kapan kondisi resonansi terjadi?
   • Apa dampaknya terhadap arus?
5. Uji Pemahaman Teman:
   Buat 3 soal pilihan ganda berbasis simulasi yang dapat digunakan untuk menguji pemahaman teman Anda tentang konsep impedansi dan resonansi.

Catatan: Kerjakan tugas ini di buku tugas atau di dokumen digital (Word/Google Docs), lalu kumpulkan melalui Google Classroom atau email guru sesuai arahan.

Selamat mengerjakan dan semoga sukses!

📝 Post Tes – Pemahaman Tingkat Lanjut Rangkaian RLC

Nama:

Kelas:

No. Absen:

1. Analisis: Apa dampak dari peningkatan frekuensi terhadap arus dalam rangkaian RLC saat mendekati resonansi?
   • A. Arus menurun drastis
   • B. Arus tetap konstan
   • C. Arus meningkat hingga maksimum
   • D. Arus tidak terpengaruh
2. Evaluasi: Kapasitor 400uF dihubungkan dalam RLC. Apa konsekuensi jika kapasitansi diturunkan?
   • A. Frekuensi resonansi meningkat
   • B. Frekuensi resonansi menurun
   • C. Arus langsung turun
   • D. Tegangan turun drastis
3. Sintesis: Bagaimana cara memaksimalkan daya pada resistor dalam rangkaian RLC?
   • A. Menurunkan arus
   • B. Menurunkan frekuensi
   • C. Mencapai resonansi
   • D. Menambah kapasitor
4. Aplikasi: Jika XL = XC, maka nilai impedansi adalah...
   • A. Maksimum
   • B. Sama dengan R
   • C. Nol
   • D. Tak terhingga
5. Analisis: Apa fungsi utama osiloskop dalam pengamatan RLC?
   • A. Mengukur energi listrik
   • B. Menampilkan bentuk gelombang tegangan
   • C. Menyimpan data gelombang
   • D. Mengubah arus menjadi tegangan
6. Evaluasi: Frekuensi resonansi akan terjadi ketika...
   • A. XL = XC
   • B. XL > XC
   • C. R = 0
   • D. Daya maksimum
7. Sintesis: Strategi terbaik untuk menyesuaikan rangkaian ke frekuensi 100Hz adalah...
   • A. Kurangi R
   • B. Atur ulang nilai L dan C
   • C. Ganti voltmeter
   • D. Tambahkan osiloskop
8. Aplikasi: Komponen yang menyimpan energi dalam bentuk medan listrik adalah...
   • A. Resistor
   • B. Induktor
   • C. Kapasitor
   • D. Saklar
9. Evaluasi: Dampak ketidaksesuaian antara XL dan XC terhadap arus adalah...
   • A. Arus nol
   • B. Arus maksimum
   • C. Arus berkurang
   • D. Tegangan turun
10. Analisis: Jika L dinaikkan dan C tetap, maka frekuensi resonansi akan...
    • A. Tetap
    • B. Meningkat
    • C. Menurun
    • D. Menjadi nol

Referensi

• Halliday, D., Resnick, R. (2014). *Fisika Dasar*.
• Modul Praktikum Fisika SMA
• PhET Simulations – CU Boulder
• Multisim User Guide

Umpan Balik

Bagaimana perasaan Anda setelah mengikuti eksperimen ini?

🟢 Senang   🔵 Menarik   🟡 Perlu Bantuan   🔴 Bingung

Silakan tulis komentar atau saran di kolom komentar di bawah halaman ini.