AADS

Nyaris semua orang pernah dengar, pernah memakainya dalam kalimat sehari-hari: arus bolak-balik, atau AC (alternating current). Tapi ketika ditanya apa itu arus bolak-balik, kebanyakan dari kita angkat bahu atau menggeleng. Jangankan orang kebanyakan seperti kita, para mahasiswa yang sedang mengambil kuliah Fisika Dasar pun banyak yang angkat bahu. "Apa itu AC," kata saya membuka tes awal di sebuah praktikum Fisika Dasar. "Arus bolak-balik, Pak," kata mereka. "Ya, apa itu arus bolak-balik?" tanya saya balik. Mereka mulai saling pandang. Saya coba bantu mereka dengan mengganti pertanyaan, "Yang bolak-balik apanya?". "Arusnya Pak..." Wah, saya ingin tertawa tapi miris: Mahasiswa yang sedang praktikum listrik tidak tahu apa itu arus bolak-balik. Mau menangis tapi ini lucu, lebih tepatnya lucu menertawakan nasib sendiri (kalau tidak ingin mengatakan sebuah kebodohan). Saya tidak ingin membahas aspek sosial atau kondisi pendidikan Indonesia yang mungkin layak disalahkan atas nasib ini. Mental enggan dan manja yang melekat erat pada jiwa mahasiswa kita untuk mengubah nasib juga mungkin pantas untuk disalahkan. Namun kali ini saya ingin membahas sedikit tentang apa itu arus bolak-balik. Mudah-mudahan tulisan secuil ini bisa membantu kita untuk memahami arus bolak-balik — setidak-tidaknya setelah membaca tulisan ini kita bisa mengerti apa itu arus bolak-balik saat mengucapkannya dalam kalimat sehari-hari. Sebelum arus bolak-balik, mari kita pahami yang lebih sederhana dulu: arus searah (direct current). Arus searah dihasilkan oleh sumber listrik yang kutubnya tetap, misalnya batu baterai. Di dalam batu baterai terdapat reaksi kimia sehingga tercipta perbedaan potensial antara ujung A (kutub positif) dan ujung B (kutup negatif). Perbedaan potensial ini kalau dipakaikan ke dalam sebuah rangkaian tertutup akan membuat arus mengalir dari kutup positif ke kutub negatif seperti diilustrasikan dalam Gambar 1 kiri. Perlu diingat, pengertian arus dalam listrik adalah muatan positif yang bergerak, disimbolkan dengan panah biru dalam Gambar 1. Walau sebenarnya yang bergerak adalah elektron (muatan negatif) yang digambarkan sebagai panah merah dalam Gambar 1. Dengan demikian kita bisa buat grafik Perubahan Perbedaan Tegangan (V) terhadap Waktu seperti pada Gambar 1 kanan. Untuk ujung A, perbedaan tegangan tidak berubah terhadap waktu. Begitu juga dengan ujung B.
Bagaimana seandainya kutub positif dan kutub negatif dari baterai tersebut berganti-ganti terhadap waktu? Misalnya pada waktu t₁ ujung A adalah positif dan ujung B adalah negatif. Kemudian pada waktu t₂ ujung A adalah negatif dan B adalah positif. Dan siklus ini terus berlangsung sampai sumber listrik tersebut dimatikan. Inilah yang disebut arus bolak-balik: kutub sumber listrik berganti-ganti tiap waktu. Kondisi ini diilustrasikan oleh Gambar 2

.
Kalau pergantian kutub itu terjadi 60 kali dalam satu detik, maka dikatakan frekuensi sumber AC tersebut adalah 60 Hertz (seperti banyak dipakai di Amerika Serikat). Kalau pergantian kutub itu terjadi 50 kali dalam satu detik, maka frekuensi sumber AC tersebut adalah 50 Hertz (seperti banyak dipakai di Eropa dan Asia termasuk di Indonesia). Tentu sekarang kita paham apa maksud "frekuensi arus PLN adalah 50 Hz". Karena perbedaan tegangan berubah-ubah setiap waktu, maka untuk praktis besarnya perbedaan tegangan arus bolak-balik dinyatakan dalam rms (root mean square, akar dari kuadrat rata-rata) perbedaan tegangan maksimum. Ini sebenarnya hanya permainan statistik, tidak mengandung fenomena fisis yang baru. Harga rms dari perbedaan tegangan bernilai perbedaan tegangan maksimum dibagi akar dua (garis putus-putus hitam pada Gambar 2). Bicara tentang kestabilan, tentu arus searah lebih stabil (lihat grafik perubahan perbedaan tegangan terhadap waktu untuk masing-masing jenis arus). Dan umumnya alat-alat elektronik beroperasi dengan arus searah. Hal ini boleh menjadi pertanyaan: kenapa kita memakai arus bolak-balik sebagai sumber listrik utama? Jawabannya adalah dipengaruhi faktor ekonomi: membuat sumber arus bolak-balik (generator) jauh lebih murah daripada sumber arus searah. Untuk menjadikan arus bolak-balik menjadi searah tidaklah begitu sulit, walau hasilnya tidak sestabil arus dari baterai tapi harga kestabilan ini dikompensasi sangat baik oleh biaya pengadaan sumber listrik. Memang pada akhirnya keindahan fisika harus sedikit "dirusak" oleh faktor ekonomi jika ingin menikmati fisika dalam tataran praktis.