Ketika alternator menghasilkan tegangan
AC, tegangan ini akan berubah-ubah polaritasnya, tetapi tidak berubah
dengan sesederhana itu. Ketika digambar pada grafik dalam fungsi waktu,
akan dihasilkan bentuk “gelombang” dari nilai tegangan ini dalam fungsi
waktu, gelombang seperti ini dikenal dengan nama gelombang sinus (sine
wave) :
Pada grafik nilai tegangan yang
dihasilkan oleh alternator elektromekanik, perubahan dari satu polaritas
ke polaritas yang lain terjadi secara “halus/mulus”, level tegangan
berubah-ubah secara cepat melalui nilai/titik nol dan secara perlahan
mencapai titik puncaknya. Apabila kita menggambar fungsi trigonometri
dari fungsi sinus melalui sumbu horisontal yang bernilai dari nol hingga
360 derajat, kita akan menemukan bentuk yang sama seperti nilai-nilai
pada tabel 1.1.
Alasan mengapa output alternator
elektromekanik berupa gelombang sinus AC adalah karena operasi fisiknya.
Tegangan yang dihasilkan oleh kumparan tetap/stasioner oleh gerakan
dari putaran magnetnya adalah proposional dengan laju perubahan nilai
fluks magnet yang menembus tegak lurus kumparan (hukum induksi
elektromagner Faraday). Laju itu akan semakin besar saat kutub magnet
berada pada jarak terdekat dengan kumparan, dan lajunya paling kecil
saat kutub magnetnya berada pada jarak terjauh dengan kumparan.
Secara matematis, laju perubahan fluks
magnet akibat putaran magnet, nilainya sesuai dengan fungsi sinus,
sehingga tegangan yang dihasilkan pun memiliki rumus fungsi yang sama
dengan fungsi sinus juga.
Apabila kita mengikuti perubahan nilai
tegangan yang dihasilkan oleh kumparan alternator ini pada titik
tertentu dalam grafik gelombang sinus lalu kita berjalan menjejakinya
dan kembali pada titik semulanya, itu disebut sebagai satu putaran (1
cycle) gelombang. Cara lain untuk mendapatkan satu putaran ini adalah
ditandai dengan jarak antar titik puncak yang identik. Nilai pada sumbu
horisontal dari grafik tersebut menunjukkan domain dari fungsi sinus,
dan juga sekaligus menunjukkan posisi dari kedua kutub magnet dari
jangkar alternator saat ia berputar.
Sumbu horisontal dari grafik ini,selain
dapat menunjukkan posisi jangkar juga dapat menunjukkan dimensi waktu.
Sehingga satu putaran/ satu cycle seringkali diukur dalam satuan waktu,
biasanya dalam orde detik hingga milidetik. Ketika kita melakukan
pengukuran, satu putaran per satuan waktu ini disebut dengan periode
gelombang. Periode dari suatu gelombang dalam satuan derajat selalu
bernilai 360 derajat,tetapi kalau dalam dimensi waktu, nilai periode nya
tergantung dari waktu yang dibutuhkan bagi tegangan untuk berosilasi
maju dan mundur.
Pengukuran yang lebih umum untuk mengukur
laju perubahan dari gelombang tegangan atau arus AC ini adalah
dinyatakan dalam periode. Tetapi periode jarang digunakan,laju osilasi
naik-turun ini sering dinyatakan dalam frekuensi. Satuan modern untuk
frekuensi adalah Heartz (disingkat Hz), yang menunjukkan jumlah dari
gelombang penuh yang terjadi dalam satu detik. Di Amerika, frekuensi
standar dari listrik AC pada sistem distribusi daya adalah 60 Hz,
berarti tegangan AC berosilasi secara penuh sebanyak 60 kali,
naik-turun, dalam satu detik. Di Eropa, frekuensi standar yang digunakan
dalam sistem distribusinya adalah 50 Hz, berarti nilai tegangan AC
naik-turun secara lengkap sebanyak 50 kali dalam satu detik. Stasiun
siaran radio pada frekuensi 100 MHz menghasilkan tegangan AC yang
berosilasi sebanyak 100 juta putaran/cycle per detiknya.
Satuan hertz itu sama dengan cycle per
second (jumlah putaran per detik). Alat ukur elekronik yang lawas
seringkali menyatakan satuan frekuensi dalam satuan “CPS” (cycle per
second = jumlah putaran/siklus per detik), bukan Hz. Tetapi antara Hz
dan CPS adalah sama saja.
Secara matematis, periode dan frekuensi
adalah saling resiprok/berkebalikan antara satu sama lain. Jadi, bila
suatu gelombang mempunyai periode 10 sekon, maka frekuensinya adalah
1/10 Hz, atau 1/10 CPS :
Frekuensi dalam Hz = 1/periode dalam detik
Suatu alat yang bernama osiloskop,
digunakan untuk menampilkan perubahan nilai tegangan dalam fungsi waktu
dalam suatu layar grafik. Mungkin anda lebih familiar dengan tampilan
alat ECG atau EKG (elektokardiograf), yang digunakan oleh pakar fisika
untuk menggambar osilasi dari detak jantung pasien dalam domain waktu.
ECG adalah osiloskop yang dibuat untuk tujuan khusus yaitu digunakan
dalam dunia medis. Tujuan umum dari osiloskop adalah dapat menampilkan
nilai grafik tegangan dari sumber tegangan apapun, yang diplot dalam
satuan/domain waktu sebagai variabel bebas. Hubungan antara periode
dengan frekuensi adalah sangat diperlukan untuk memahami cara membaca
hasil pengukuran tegangan atau arus AC berupa gelombang yang
ditampilkan pada layar osiloskop. Dengan mengukur periode dari gelombang
pada sumbu horisosntal layar osiloskop yang dinyatakan dalam satuan
detik, maka kita dapat menghitung frekuensinya dalam satuan Hz.
Alternator elektromekanik bukanlah
satu-satunya alat yang mampu menghasilkan fenomena fisik alamiah berupa
gelombang sinus, tetapi masih ada jenis gelombang bolak-balik lainnya.
Gelombang AC lainnya adalah sinyal yang dihasilkan dalam rangkaian
elektronik. Ini adalah beberapa contoh dari bentuk gelombang AC (selain
sinus).
Bentuk-bentuk gelombang ini memiliki nama
sendiri-sendiri. Walaupun suatu rangkaian didisain sedemikian rupa
sehingga mampu menghasilkan bentuk gelombang yang “murni” sinus, kotak,
segitiga, atau gelombang gigi gergaji seperti ditunjukkan pada gambar di
atas. Tetapi dalam dunia nyata, rangkaian-rangkaian ini tidak mampu
menghasilkan bentuk gelombang yang murni seperti yang diharapkan, tetapi
gelombang-gelombang itu biasanya telah terdistorsi (sinyalnya rusak).
Secara umum, berbagai macam gelombang AC ini dasarnya dapat dibentuk
dari gelombang sinus.Yang perlu diperhatikan adalah jenis dari gelombang
AC ini sangatlah bermacam-macam.
