Your SlideShare is downloading. ×
33154569 pkdle-pengenalan-konsep-dasar-listrik-elektronika
Upcoming SlideShare
Loading in...5
×

Thanks for flagging this SlideShare!

Oops! An error has occurred.

×

Introducing the official SlideShare app

Stunning, full-screen experience for iPhone and Android

Text the download link to your phone

Standard text messaging rates apply

33154569 pkdle-pengenalan-konsep-dasar-listrik-elektronika

3,598
views

Published on

Published in: Education

0 Comments
1 Like
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

No Downloads
Views
Total Views
3,598
On Slideshare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
0
Actions
Shares
0
Downloads
202
Comments
0
Likes
1
Embeds 0
No embeds

Report content
Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
No notes for slide

Transcript

  • 1. Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika 11. PENERTIAN DASAR (TENAGA) LISTRIKTujuan Khusus PembelajaranTujuan khusus dari pembelajaran 1 ini peserta dapat : 1. Menjelaskan perbedaan antara atom dan elektron 2. Mengetahui sifat-sifat muatan listrik (pembawa muatan) 3. Memahami konsep dasar tentang arus, tegangan dan tahanan listrik1.1 ATOM DAN ELEKTRONKita potong-potong suatu benda padat, misalnya tembaga, kedalambagian-bagian yang selalu lebih kecil, dengan demikian maka padaakhirnya kita dapatkan suatu atom. Kata atom berasal dari bahasa Yunanidan berarti “tidak dapat dibagi”.Dalam beberapa waktu kemudian barulah dapat ditemukan buktinyamelalui percobaan, bahwa benda padat tersusun atas atom. Dari banyakhasil percobaan ahli fisika seperti Rutherford dan Bohr menarikkesimpulan, bahwa suatu atom harus tersusun mirip seperti sistim tatasurya kita (gambar 1.1). Planet Lintasan planet Matahari Gambar 1.1 Model sistim tata suryaDari gambaran model ini atom terdiri atas matahari sebagai inti atom dandisekitar inti pada lintasan berbentuk lingkaran atau ellips beredar planetsebagai elektron-elektron. Lintasannya mengelilingi inti dan membentuksesuatu yang disebut dengan kulit elektron (gambar 1.2). First | Semester
  • 2. 2 Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika Elektron Inti atom Lintasan Gambar 1.2 Model atom Elektron-elektron pada kulit terluar disebut elektron valensi, mereka terletak paling jauh dari inti dan oleh karena itu paling baik untuk dipengaruhi dari luar. 1.2 MUATAN LISTRIK - PEMBAWA MUATAN Elektron mengelilingi inti atom dengan kecepatan yang sangat tinggi ( 2200 km/det.). Pada gerakan melingkar, meski berat elektron tidak seberapa, maka disini harus bertindak suatu gaya sentrifugal yang relatip besar, yang bekerja dan berusaha untuk melepaskan elektron keluar dari lintasannya. Sekarang tenaga apakah yang menahan elektron tetap pada lintasannya mengitari inti ? Tenaga yang menahan bumi tetap pada lintasannya adalah grafitasi. Grafitasi antara elektron-elektron dan inti atom belum mencukupi, sebagaimana terbukti secara perhitungan, dan tid ak dapat menahan elektron-elektron yang terjauh untuk tetap pada lintasannya. Oleh karena itu disini harus bertindak suatu tenaga lain, yaitu tenaga listrik. Diantara inti atom dan elektron terdapat tenaga listrik. Tenaga listrik semacam ini sederhana me mbuktikannya. Kita gosokkan penggaris mika (bahan sintetis/plastik) dengan suatu kain wol, maka pada bahan ini bekerja suatu gaya tarik terhadap kertas, yang pada prinsipnya lebih besar daripada tenaga grafitasi. First | Semester
  • 3. Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika 3Yang bertanggung jawab terhadap tenaga listrik kita sebut muatan listrik.Terhadap inti atom, elektron bersifat menjalankan suatu tenaga listrik.Jadi elektron memiliki muatan listrik. Kita katakan elektron sebagai suatupembawa muatan.Oleh karena inti atom juga mempunyai sifat menjalankan tenaga listrik,maka inti atom juga mempunyai muatan listrik.Hal ini terbukti bahwa elektron-elektron tidak saling tarik-menarik,melainkan tolak-menolak. Demikian pula tingkah laku inti atom (gambar1.3) a b c Inti atom Elektron Elektron-elektron Inti-inti atom Gambar 1.3 Efek dinamis anta ra a) inti atom dan elektron b) elektron-elektron c) inti-inti atomOleh karena elektron-elektron saling tolak-menolak, inti atom dan elektronsaling tarik-menarik, maka inti atom harus berbeda muatan denganelektron, artinya membawa suatu jenis muatan yang berbeda denganmuatan elektron.Muatan inti atom dinamakan muatan positip dan muatan elektrondinamakan muatan negatip. Dengan demikian untuk muatan listrikberlaku : Muatan-muatan yang sama saling tolak-menolak, muatan-muatan yang berbeda saling tarik-menarik. - - + + + - Muatan Muatan Muatan negatip positip tidak sama Gambar 1.4 Efek dinamis muatan-muatan listrik First | Semester
  • 4. 4 Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika 1.2.1 Ato m netral - Susunan atom Atom hidrogen memperlihatkan susunan yang paling sederhana. Terdiri atas sebuah elektron dan sebuah proton (biasa disebut inti atom). Elektron sebagai pembawa muatan listrik terkecil dinamakan muatan elementer. Elektron adalah pembawa muatan elementer negatip, proton merupakan pembawa muatan elementer positip. a b Elektron Elektron Netron + + Proton + + + + Proton Lintasan Gambar 1.5 Gambar skema atom: a) atom hidrogen b) atom karbon Muatan elementer negatip elektron sama besarnya dengan muatan elementer positip proton. Oleh karenanya muatan-muatan atom memiliki pengaruh yang persis sama. Atom secara listrik bersifat netral. Atom netral terdiri atas muatan positip yang sama banyaknya dengan muatan negatip. Atom karbon misalnya memiliki 6 elektron dan juga 6 proton. Selain proton inti atom juga mengandung bagian yang secara listrik bersifat netral, yang biasa disebut dengan netron. Proton dan netron menentukan berat atom yang sebenarnya . Atom yang lain semuanya berjumlah 103 buah dengan susunan yang hampir sama. Pembagian elektron pada lintasan elektron berdasarkan First | Semester
  • 5. Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika 5pada aturan tertentu. Namun jumlah elektron tetap selalu sama denganjumlah proton.1.2.2 IonAtom kehilangan sebuah elektron, dengan demikian maka atom tersebutmemiliki lebih banyak muatan positipnya daripada muatan negatip. Atomyang secara utuh bermuatan positip, melaksanakan suatu reaksi listrik,yaitu menarik muatan negatip.Atom yang ditambah/diberi sebuah elektron, maka secara utuh diabermuatan negatip dan menarik muatan positip.Atom yang bermuatan seperti ini sebaliknya dapat juga menarik muatanyang berbeda, berarti atom tersebut bergerak. Atas dasar inilah makaatom seperti ini dinamakan ion (ion = berjalan, bhs. Yunani). Atom bermuatan positip maupun negatip atau kumpulan atom disebut ion. - - - - + + + Atom netral Ion positip Ion negatip Gambar 1.6 Skema pembentukan ionDapat disimpulkan bahwa : Kelebihan elektron menghasilkan muatan negatip, kekurangan elektron menghasilkan muatan positip.1.3 Arus listrik Arus listrik pada dasarnya merupakan gerakan muatan secara langsung. First | Semester
  • 6. 6 Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika Pembawa muatan dapat berupa elektron-elektron maupun ion-ion.Arus listrik hanya dapat mengalir pada bahan yang didalamnya tersedia pembawa muatan dengan jumlah yang cukup dan bebas bergerak. 1.3.1 Penghantar, bukan penghantar, semi penghantar 1.3.1.1 Penghantar - Mekanisme penghantar Bahan yang memiliki banyak pembawa muatan yang bebas bergerak dinamakan penghantar. Kita bedakan antara : Penghantar elektron Yang termasuk didalamnya yaitu logam seperti misalnya tembaga, alumunium, perak, emas, besi dan juga arang. Atom logam membentuk sesuatu yang disebut struktur logam. Dimana setiap atom logam memberikan semua elektron valensinya (elektron- elektron pada lintasan terluar) dan juga ion-ion atom positip. + + + - - - + + + - - + + + - - - - - + + + - - + + + - - - - + + + Ion-ion atom Elektron-elektron bebas Gambar 1.7 Kisi-kisi ruang suatu logam dengan awan elektron Ion-ion menempati ruang dengan jarak tertentu serta sama antara satu dengan yang lain dan membentuk sesuatu yang disebut dengan kisi-kisi ruang atau pola geometris atom-atom (gambar 1.7). Elektron-elektron bergerak seperti suatu awan atau gas diantara ion-ion yang diam dan oleh karenanya bergerak relatip ringan didalam kisi-kisi ruang. First | Semester
  • 7. Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika 7Elektron tersebut dikenal sebagai elektron bebas. Awan elektronbermuatan negatip praktis termasuk juga didalamnya ion-ion atom yangbermuatan positip.Sepotong tembaga dengan panjang sisinya 1 c m memiliki kira-kira 1023(yaitu satu dengan 23 nol) elektron bebas. Melalui tekanan listrik denganarah tertentu, yang dalam teknik listrik dikenal sebagai tegangan,elektron-elektron bebas dalam penghantar digiring melalui kisi-kisi (gb.1.8). Dengan demikian elektron-elektron penghantar mentransfer muatannegatipnya dengan arah tertentu. Biasa disebut sebagai arus listrik.Dapat disimpulkan bahwa : Arus listrik (arus elektron) dalam suatu penghantar logam adalah merupakan gerakan elektron bebas pada bahan penghantar dengan arah tertentu. Gerakan muatan tidak mengakibatkan terjadinya perubahan karakteristik bahan. - - - + + + + + - - - - Tekanan listrik + + + + (Tegangan) + - - - + + + + + - - - - Ion atom Elektron-elektron bebas Gambar 1.8 Mekanisme penghantar logamKecepatan arus tergantung pada rapat arus (lihat bagian 3.6). Penghantarlogam dengan beban biasa maka kecepatan elektronnya hanya sebesar 3mm/detik, tetapi gerakan elektron tersebut menyebarkan impulstumbukan mendekati dengan kecepatan cahaya c=300.000 km/detik. Olehkarenanya dibedakan disini antara kecepatan impuls dan kecepatanelektron.Contoh : First | Semester
  • 8. 8 Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika 1. Berapa lama waktu yang dibutuhkan oleh elektron pada suatu penghantar kawat untuk kembali ke tempatnya semula ? Panjang kawat  =1200 m dengan kecepatan sedang =3 mm/s 2. Berapa lama waktu yang dibutuhkan impuls untuk jarak yang sama ? Jawaban : 1. Kecepatan : waktu : 2. Penghantar ion Termasuk disini yaitu elektrolit (zat cair yang menghantarkan arus), peleburan (misal peleburan alumunium) dan ionisasi gas. Sebagai pembawa muatan dalam hal ini adalah ion positip dan ion negatip. Biasa disebut sebagai arus ion. Arus listrik (arus ion) didalam suatu elektrolit, peleburan atau ionisasi gas adalah merupakan gerakan terarah ion-ion bahan/zat cair. Dalam hal ini termasuk juga sebagai transfer bahan/zat. 1.3.1.2 Bukan penghantar Bahan yang hanya memiliki sedikit pembawa muatan dan terikat dalam molekul tersendiri, dinamakan bahan bukan penghantar. Termasuk dalam hal ini yaitu bahan padat, seperti bahan sintetis, karet, kaca, porselen, lak, kertas, sutera, asbes, dan zat cair, seperti air murni, oli, fet, dan juga ruang hampa termasuk disini gas (juga udara) dengan aturan tertentu. Bahan-bahan tersebut sebagian juga dikenal sebagai bahan isolasi, dengan demikian maka dapat mengisolasi bahan yang berarus listrik. First | Semester
  • 9. Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika 91.3.1.3 Semi penghantarSemi penghantar adalah bahan yang setelah mendapat pengaruh dari luar maka elektron valensinya lepas dan dengan demikian mampu menghantarkan listrik.Termasuk disini yaitu silisium, selenium, germanium dan karbon oksida.Pada temperatur rendah, elektron valensi bahan tersebut terikatsedemikian rupa sehingga tidak ada elektron bebas didalam kisi-kisi. Jadidalam hal ini dia bukan sebagai bahan penghantar.Melalui pemanasan, sebagian elektron terlepas dari lintasannya, danmenjadi elektron yang bergerak dengan bebas. Dengan demikian makamenjadi suatu penghantar. Juga melalui pengaruh yang lainnya, sepertimisalnya cahaya dan medan magnit mengakibatkan perubahan sifatkelistrikan bahan semi penghantar. Arus elektron Pembangkit Penghantar Beban tegangan (lampu) Gambar 1.9 Model suatu rangkaian arus1.3.2 Rangkaian listrikPeralatan listrik secara umum disebut sebagai beban/pemakai, terhubungdengan sumber tegangan melalui suatu penghantar, yang terdiri atas duabuah penghantar, yaitu penghantar masuk dan penghantar keluar (gambar1.9). Penanggung jawab adanya arus yaitu elektron-elektron bebas,bergerak dari pembangkit tegangan kembali ke tempatnya semula melaluijalan yang tertutup, yang biasa disebut sebagai rangkaian arus. First | Semester
  • 10. 10 Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika Rangkaian arus listrik sederhana terdiri atas pembangkit tegangan, beban termasuk disini kabel penghubung (penghantar masuk dan penghantar keluar). Untuk diketahui bahwa : Arus listrik hanya dapat mengalir dalam suatu rangkaian penghantar tertutup. Dengan memasang sebuah saklar pada rangkaian, arus listrik dapat dihubung atau diputus sesuai keinginan. Gambar secara nyata suatu rangkaian arus sebagaimana ditunjukkan diatas terlihat sangat rumit, dalam praktiknya digunakanlah skema dengan normalisasi simbol yang sederhana, yang biasa dikenal sebagai diagram rangkaian. Skema menjelaskan hubungan antara komponen- komponen yang ada pada suatu rangkaian. Baterai (Pembangkit tegangan) Lampu pij ar Sakelar (Beban) Penghantar Gambar 1.10 Skema rangkaian arus sederhana 1.3.3 Arah arus 1.3.3.1 Arah arus elektron Kita buat suatu rangkaian arus listrik tertutup, dengan demikian didapatkan suatu proses sebagai berikut : Pada kutub negatip pembangkit tegangan (kelebihan elektron), elektron bebas pada ujung penghantar didorong menuju beban. Pada kutub positip (kekurangan elektron) elektron bebas pada ujung penghantar yang lain tertarik. Dengan demikian secara umum terjadi arus elektron dengan arah tertentu. First | Semester
  • 11. Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika 11 Pembangkit tegangan + Elektron-elektron - - - - - R Beban (Tahanan R) Gambar 1.11 Arah arus elektron Arus elektron mengalir dari kutub negatip pembangkit tegangan melalui beban menuju kutub positip.1.3.3.2 Arah arus secara teknikPengetahuan teori elektron zaman dulu menduga bahwa sebagaipenanggung jawab terhadap mekanisme penghantaran didalam logamadalah pembawa muatan positip dan oleh karenanya arus mengalir darikutub positip melalui beban menuju kutub negatip. Jadi berlawanandengan arus elektron yang sebenarnya sebagaimana diutarakan dimuka.Meskipun pada saat ini telah dibuktikan adanya kekeliruan anggapan padamulanya, namun didalam teknik listrik untuk praktisnya anggapan araharus tersebut tetap dipertahankan. Sehingga ditemui adanya perbedaanantara arah arus elektron terhadap arah arus secara teknik atau secaraumum juga disebut arah arus. Arus listrik mengalir dari kutub positip pembangkit tegangan melalui beban menuju kutub negatip. First | Semester
  • 12. 12 Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika Pembangkit tegangan Arah arus secara teknik + Arah arus elektron - R Beban Gambar 1.12 Arah arus elektron dan Arah arus secara teknik 1.3.4 Kuat arus Semakin banyak elektron-elektron yang mengalir melalui suatu penghantar dalam tiap detiknya, maka semakin besar pula kekuatan arus listriknya, biasa disebut kuat arus. Arus sebanyak 6,24 triliun elektron (6,24 • 10 18) tiap detik pada luas penampang penghantar, maka hal ini dikenal sebagai kuat arus 1 Ampere. Dengan demikian dapat dikatakan : Ampere adalah satuan dasar yang sah untuk kuat arus listrik Sudah menjadi kebiasaan dalam keteknikan, supaya lebih sederhana maka besaran-besaran teknik seperti misalnya kuat arus diganti dengan simbol formula dan demikian pula untuk simbol nama satuan (simbol satuan). Simbol formula untuk kuat arus adalah I Simbol satuan untuk Ampere adalah A Pembagian dan kelipatan satuan : 1 kA = 1 K iloampere = 1000 A = 10 3 A 1 mA = 1 Milliampere = 1/1000 A = 10-3 A 1 A = 1 Mikroampere = 1/1000000 A = 10-6 A First | Semester
  • 13. Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika 13Pada “undang-undang tentang besaran dalam hal pengukuran” sejak 2 Juli1969 kuat arus listrik ditetapkan sebagai besaran dasar dan untuk satuandasar 1 Ampere didefinisikan dengan bantuan reaksi tenaga arus tersebutKuat arus dalam teknik listrik berkisar pada jarak yang sangat luas :Lampu pijar : 100 s.d. 1000 mAMotor listrik : 1 sampai 1000 APeleburan : 10 s.d. 100 kAPesawat telepon : beberapa A1.3.5 Muatan listrikJumlah muatan elementer (biasanya pada peristiwa kelistrikan turut sertabermilyar-milyar elektron dan dengan demikian berarti muatan elementer)menghasilkan suatu muatan listrik tertentu (simbol formula ).Satuan muatan listrik ditetapkan 1 Coulomb (simbol C). Dalam hal iniberlaku : 1 C = 6,24 . 10 18 muatan elementerSebelumnya telah dijelaskan bahwaBerarti : Kuat arusKita uraikan persamaan tersebut kedalam , sehingga menjadi =I.tDengan demikian faktor-faktor yang mempengaruhi terjadinya muatanlistrik Q ditentukan oleh arus I dan waktu t.Dalam pada itu kita pasang arus I dalam A dan waktu t dalam s, sehinggadiperoleh satuan muatan listrik adalah 1 As, yang berarti sama dengan 1C.1 Coulomb = 1 Ampere sekon 1 C = 1 AsContoh : First | Semester
  • 14. 14 Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika Sebuah aki mobil diisi dengan 2,5 A. Berapa besarnya muatan listrik aki tersebut setelah waktu pengisian berlangsung selama 10 jam ? Jawaban : 1.3.6 Rapat arus didalam penghantar Percobaan : Kawat konstantan diameter 0,2 mm dan kawat konstantan lain diameter 0,4 mm salah satu ujungnya dikopel, kedua ujung yang lain dihubungkan ke auto trafo. Arus dinaikkan sedikit demi sedikit hingga kawat mulai membara. Arus Gambar 1.13 Arus pada penghantar dengan luas penampang berbeda Kawat dengan luas penampang kecil telah membara, sementara itu kawat yang luas penampangnya besar masih belum memperlihatkan reaksi panas. Meskipun pada kedua kawat mengalir arus yang sama, penghantar dengan luas penampang kecil panasnya lebih kuat. Jadi untuk pemanasan kawat tidak hanya dipengaruhi oleh arus saja tetapi juga oleh luas penampang kawat. Semakin rapat dorongan arus didalam penghantar, semakin keras pula tumbukan yang terjadi antara elektron dengan ion-ion atom, maka pemanasannya menjadi lebih kuat. Pemanasan penghantar praktis tergantung pada kerapatan arus. Dari sinilah digunakan istilah rapat arus (simbol S). First | Semester
  • 15. Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika 15 Kuat arus I = Kuat arus A = Luas penampang S = Rapat arusSatuan rapat arus oleh karenanya adalah A/mm2Pada penentuan penghantar logam, kumparan dan komponen-komponenlain yang berhubungan dengan pemanasan yang diijinkan pada komponentersebut maka rapat arus merupakan suatu besaran konstruksi yangpenting.Contoh :Sebuah penghantar tembaga dengan luas penampang 2,5 mm2 sesuai PUILboleh dibebani dengan 16 A.Berapa besarnya rapat arus pada penghantar tersebut ?Jawaban : ; A 3 2 1 0 1 2 3 4 5 6 7s Waktu Gambar 1.14 Grafik arus searah3.7 Macam-macam arusSecara prinsip dibedakan antara arus searah, arus bolak-balik dan arusbergelombang (undulatory current). First | Semester
  • 16. 16 Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika Arus searah Tegangan yang bekerja pada rangkaian arus tertutup selalu dengan arah yang sama, maka arus yang mengalir arahnya juga sama. Biasa disebut dengan arus searah (simbol normalisasi : ). Arus searah adalah arus listrik yang mengalir dengan arah dan besar yang tetap/konstan. Berarti bahwa pembawa muatannya bergerak dengan arah tertentu. Grafik arus fungsi waktu (grafik garis) Besarnya arus pada saat yang berbeda diperlihatkan pada suatu grafik (grafik arus fungsi waktu). Untuk maksud ini sumbu horisontal sebagai waktu (misal 1s, 2s, 3s dst.) dan sumbu vertikal sebagai arusnya (misal 1A, 2A, 3A dst.) Besarnya arus yang sekarang ditetapkan pada 1, 2 atau 3 sekon, untuk masing-masing waktu yang berlaku ditarik garis lurus keatas atau kebawah (lihat gambar 1.14). Kita hubungkan titik yang sesuai dengan suatu garis, dengan demikian maka didapatkan suatu grafik arus fungsi waktu (grafik garis). Gambar grafik seperti ini dapat dibuat secara jelas dengan suatu oscilloscope. Arus bo lak-balik Tegangan pada suatu rangkaian arus, arahnya berubah-ubah dengan suatu irama/ritme tertentu, dengan demikian maka arah dan besarnya arus selalu berubah-ubah pula. Biasa disebut arus bolak-balik (simbol normalisasi : ). Arus bolak-balik adalah arus yang secara periodik berubah-ubah baik arah maupun besarnya. First | Semester
  • 17. Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika 17Berarti bahwa elektron bebasnya bergerak maju dan mund ur. A Gerakan elektron 2 dalam suatu arah 1 0,015 0,02 s 0 0,005 0,01 W aktu -1 -2 Gerakan elektron dalam arah yang lain Gambar 1.15 Grafik arus bolak-balikDisini pada arus bolak-balik, sebagaimana digunakan didalam praktik,arahnya selalu berubah-ubah (misalnya 50 kali tiap sekon), elektron-elektron didalam penghantar kawat hanya sedikit berayun/bergerak majudan mundur.Arus bergelo mbangSuatu arus yang besarnya selalu berubah, tetapi arah arus tersebut tetapkonstan, maka dalam hal ini berhubungan dengan suatu arus yang terdiriatas sebagian arus searah dan sebagian yang lain berupa arus bolak-balik.Biasa disebut sebagai arus bergelombang (undulatory current). Arus bergelombang adalah suatu arus yang terdiri atas sebagian arus searah dan sebagian arus bolak-balik.Salah satu bentuk lain dari arus bergelombang yang sering ditemukandalam praktik yaitu berupa pulsa arus searah (lihat gambar 1.16a) a b Gambar 1.16 a) Grafik pulsa arus searah b) Grafik arus bergelombang First | Semester
  • 18. 18 Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika 1.3.8 Reaksi arus listrik Arus hanya dapat diketahui dan ditetapkan melalui reaksi atau efek yang ditimbulkannya. Reaksi panas Arus listrik selalu memanasi penghantarnya. Didalam kawat logam misalnya, elektron-elektron saling bertumbukan dengan ion-ion atom, bersamaan dengan itu elektron tersebut memberikan sebagian energi geraknya kepada ion-ion atom dan memperkuat asutan panas ion-ion atom, yang berhubungan dengan kenaikan temperatur. Penggunaan reaksi panas arus listrik ini misalnya pada open pemanas, solder, kompor, seterika dan sekering lebur. Reaksi cahaya Pada lampu pijar reaksi panas arus listrik mengakibatkan kawat membara dan dengan demikian menjadi bersinar, artinya sebagai efek samping dari cahaya. Gas seperti neon, argon atau uap merc ury dipicu/diprakarsai oleh arus listrik sehingga menjadi bersinar. Reaksi cahaya secara langsung ini ditemukan pada penggunaan tabung cahaya, lampu merc ury , lampu neon dan lampu indikator (negative glow lamp). Reaksi kemagnitan Percobaan : Suatu magnit jarum diletakkan dekat dengan penghantar yang berarus. First | Semester
  • 19. Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika 19 U Simpangan Arus I U S magnit j arum S Gambar 1.17 Reaksi kemagnitan arus listrikPerhatikan : Jarum magnit disimpangkan Arus listrik selalu membangkitkan medan magnit.Medan magnit melaksanakan suatu tenaga tarik terhadap besi. Medanmagnit saling berpengaruh satu sama lain dan saling tolak-menolak atautarik-menarik. Penggunaan reaksi kemagnitan seperti ini misalnya padamotor listrik, speaker, alat ukur, pengangkat/kerekan magnit, bel, relaydan kontaktor.Reaksi kimia arus listrikPercobaan :Dua buah kawat dihubungkan ke sumber tegangan arus searah (misalnyaakkumulator) dan ujung-ujung yang bersih dimasukkan kedalam bejanaberisi air, yang sedikit mengandung asam (misalnya ditambah asambelerang) Oksigen Hidrogen Arus I Arus I + - Air asam Gambar 1.18 Reaksi kimia arus listrikPada kedua kawat terbentuk gas-gas yang naik keatas. Hal tersebutberhubungan dengan hidrogen dan oksigen. Hidrogen dan oksigen First | Semester
  • 20. 20 Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika merupakan unsur-unsur kimia dari air. Jadi air terurai dengan perantaraan arus listrik. Arus listrik menguraikan zat cair yang bersifat penghantar. Penggunaan reaksi kimia arus listrik yaitu dapat ditemukan pada elektrolisa, pada galvanisasi, pada pengisian akkumulator. Reaksi pada makhluk hidup Dengan persyaratan tertentu, misalkan seseorang menyentuh dua buah penghantar listrik tanpa isolasi, maka arus dapat mengalir melalui tubuh manusia. Arus listrik tersebut membangkitkan atau bahkan menimbulkan “sentakan/sengatan listrik” Pada penyembuhan secara listrik, arus digunakan untuk memberikan kejutan listrik (electro shock). 1.4 Tegangan listrik Elektron-elektron untuk bergeraknya memerlukan suatu mesin penggerak, yang mirip dengan sebuah pompa, dimana pada salah satu sisi rangkaian listrik elektron-elektronnya “didorong kedalam”, bersamaan dengan itu pada sisi yang lain “menarik” elektron-elektron. Mesin ini selanjutnya disebut sebagai pembangkit tegangan atau sumber tegangan. Dengan demikian pada salah satu klem dari sumber tegangan kelebihan elektron (kutub ), klem yang lainnya kekurangan elektron (kutub ). Maka antara kedua klem terdapat suatu perbedaan penempatan elektron. Keadaan seperti ini dikenal sebagai tegangan (lihat gambar 1.19). Tegangan listrik U adalah merupakan perbedaan penempatan elektron- elektron antara dua buah titik. First | Semester
  • 21. Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika 21 - - - Kutub positip (kekurangan elektron) - Tegangan - - - -- - - - - -- Kutub negatip (kelebihan elektron) -- Gambar 1.19 Sumber teganganSatuan SI yang ditetapkan untuk tegangan adalah VoltSimbol formula untuk tegangan adalah USimbol satuan untuk Volt adalah VPembagian dan kelipatan satuan :1 MV = 1 Megavolt = 1000000 V = 106 V1 kV = 1 Kilovolt = 1000 V = 103 V1 mV = 1 Millivolt = 1/1000 V = 10 -3 V1 V = 1 Mikrovolt = 1/1000000 V = 10-6 VKetetapan satuan SI untuk 1V didefinisikan dengan bantuan daya listrik.Pada rangkaian listrik dibedakan beberapa macam tegangan, yaitutegangan sumber dan tegangan jatuh (lihat gambar 1.20). Arus I + 1 Tahanan 1 U1 Us 2 Tahanan 2 U2 - 3Gambar 1.20 Tegangan sumber dan tegangan jatuh pada suatu rangkaianTegangan sumber (simbol Us) adalah tegangan yang dibangkitkan didalam sumber tegangan.Dan dengan demikian maka tegangan sumber merupakan penyebab atasterjadinya aliran arus. First | Semester
  • 22. 22 Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika Tegangan sumber didistribusikan ke seluruh rangkaian listrik dan digunakan pada masing-masing beban. Serta disebut juga sebagai : "Tegangan jatuh pada beban." Dari gambar 1.20, antara dua titik yang manapun pada rangkaian arus, misal antara titik 1 dan 2 atau antara titik 2 dan 3, maka hanya merupakan sebagian tegangan sumber yang efektip. Bagian tegangan ini disebut tegangan jatuh atau tegangan saja. Tegangan jatuh atau secara umum tegangan (simbol U) adalah tegangan yang digunakan pada beban. 1.4.1 Potensial Kita tempatkan elektron-elektron pada bola logam berlawanan dengan bumi, maka antara bola dan bumi terdapat perbedaan penempatan elektron-elektron, yang berarti suatu tegangan. Tegangan antara benda padat yang bermuatan dengan bumi atau titik apa saja yang direkomendasi disebut potensial (simbol : ). Satuan potensial adalah juga Volt. Tetapi sebagai simbol formula untuk potensial digunakan huruf Yuna ni (baca : phi). Bumi mempunyai potensial = 0 V. + - 1 = +10 V 2=-3V Bumi Bumi Potensial positip Potensial negatip Gambar 1.21 Potensial Potensial bola menjadi positip terhadap bumi, jika elektron-elektron bola diambil (misal 1 = +10 V, lihat gambar 1.21). First | Semester
  • 23. Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika 23Potensial bola menjadi negatip terhadap bumi, jika ditambahkan elektron-elektron pada bola (misal 2 = 3 V). Potensial selalu mempunyai tanda.Jika suatu bola 1 = +10 V dan yang lain 2 = 3 V (gambar 1.21), makaantara dua buah bola tersebut terdapat suatu perbedaan penempatanelektron-elektron dan dengan demikian maka besarnya tegangan dapatditentukan dengan aturan sebagai berikut : U= 1 2 = +10 V ( 3 V) = +10 V + 3 V = 13 VDalam hal ini bola bermuatan positip dibuat dengan tanda kutub plus danbola bermuatan negatip dengan kutub minus. Kutub plus Kutub minus + U = 13 V - 1 = +10 V 2 =- 3V Bumi Gambar 1.22 Potensial dan tegangan Suatu tegangan antara dua buah titik dinyatakan sebagai perbedaan potensial titik-titik tersebut. Tegangan = perbedaan potensial (potensial difference)Contoh :Dua buah titik pada suatu rangkaian arus terdapat potensial 1 = +10 Vdan 2 = +5 V.Berapa besarnya tegangan antara kedua titik tersebut ?Jawaban : U= 1 2 = 10 V 5V=5V1.4.2 Arah teganganTegangan selalu mempunyai arah reaksi tertentu, yang dapatdigambarkan melalui suatu anak panah tegangan. Normalisasi anak panah First | Semester
  • 24. 24 Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika tegangan untuk arah tegangan positip ditunjukkan dari potensial tinggi (misalnya kutub plus) menuju ke potensial rendah (misal kutub minus), dalam hal ini memperlihatkan potensial tingginya adalah positip dan potensial rendahnya adalah negatip. Contoh : Pada gambar 1.23 diberikan bermacam-macam potensial. Bagaimana arah masing-masing tegangan ? +5V U + 1V + 1V U +5V -5V U - 1V +5V U -5V Gambar 1.23 Anak panah tegangan pada potensial yang diberikan Untuk menentukan rangkaian arus sangatlah tepat menggunakan normalisasi ketetapan arah tersebut. Pada pelaksanaan praktiknya hal ini berarti : Anak panah tegangan untuk sumber tegangan adalah mengarah dari kutub plus menuju ke kutub minus. Anak panah tegangan untuk tegangan jatuh adalah searah dengan arah arus secara teknik, disini arus selalu mengalir dari potensial tinggi menuju ke potensial rendah (gambar 1.24). Gambar 1.24 Rangkaian arus dengan anak panah tegangan a) Dengan sumber tegangan, b) tanpa sumber tegangan First | Semester
  • 25. Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika 251.5 Tahanan listrik (Resistor)Gerakan pembawa muatan dengan arah tertentu di bagian dalam suatupenghantar terhambat oleh terjadinya tumbukan dengan atom-atom (ion-ion atom) dari bahan penghantar tersebut. "Perlawanan" penghantarterhadap pelepasan arus inilah disebut sebagai tahanan (gambar 1.25). - - + + + + - - - - + + + + - - Elektron bebas - - + + + + - - - - Atom Gambar 1.25 Gerakan elektron didalam penghantar logamSatuan SI yang ditetapkan untuk tahanan listrik adalah Ohm.Simbol formula untuk tahanan listrik adalah RSimbol satuan untuk Ohm yaitu (baca: Ohm). adalah huruf YunaniOmega.Satuan SI yang ditetapkan 1 didefinisikan dengan aturan sbb. :1 Ohm adalah sama dengan tahanan yang dengan perantaraan tegangan 1V mengalir kuat arus sebesar 1 A.Pembagian dan kelipatan satuan :1M = 1 Megaohm = 1000000 = 1061k = 1 Kiloohm = 1000 = 1031m = 1 Milliohm = 1/1000 = 10-31.5.1 Tahanan jenis (spesifikasi tahanan)Percobaan :Penghantar bermacam-macam bahan (tembaga, alumunium, besi baja)dengan panjang dan luas penampang sama berturut-turut dihubung kesumber tegangan melalui sebuah ampermeter dan masing-masing kuatarus (simpangan jarum) diperbandingkan. First | Semester
  • 26. 26 Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika Percobaan memperlihatkan bahwa besarnya arus listrik masing -masing bahan berlawanan dengan tahanannya. Tahanan ini tergantung pada susunan bagian dalam bahan yang bersangkutan (kerapatan atom dan jumlah elektron bebas) dan disebut sebagai tahanan jenis (spesifikasi tahanan). I Simpangan a A besar Tembaga (1m, 1mm²) I Simpangan b A sedikit berkurang Gambar 1.26 Alumunium (1m, 1mm²) Perbandingan tahanan suatu I penghantar: a) Tembaga Simpangan c A kecil b) Alumunium Besi baj a (1m, 1mm²) c) Besi baja Simbol formula untuk tahanan jenis adalah (baca: rho). adalah huruf abjad Yunani. Untuk dapat membandingkan bermacam-macam bahan, perlu bertitik tolak pada kawat dengan panjang 1 m dan luas penampang 1 mm2 , dalam hal ini tahanan diukur pada suhu 20 OC. Tahanan jenis suatu bahan penghantar menunjukkan bahwa angka yang tertera adalah sesuai dengan nilai tahanannya untuk panjang 1 m, luas penampang 1 mm2 dan pada temperatur 20 OC Satuan tahanan jenis adalah Sebagai contoh, besarnya tahanan jenis untuk : Tembaga = 0,0178 .mm2/m Alumunium = 0,0278 .mm2/m perak = 0,016 .mm2/m First | Semester
  • 27. Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika 271.5.2 Tahanan listrik suatu penghantarPercobaan :Bermacam-macam penghantar berturut-turut dihubungkan ke sumbertegangan melalui sebuah ampermeter dan masing-masing kuat arus(simpangan jarum) diperbandingkan.Panjang penghantar berbeda I I Simpangan Simpangan sedikit lebih A besar A besar Tembaga (1m, 1mm²) Tembaga (2m, 1mm²) Gambar 1.27 Rangkaian arus dengan panjang penghantar berbedaLuas penampang berbeda I I Simpangan Simpangan sedikit lebih A A besar besar Tembaga (1m, 1mm²) Tembaga (1m, 0,5 mm²) Gambar 1.28 Rangkaian arus dengan luas penampang penghantar berbedaBahan penghantar berbeda I I Simpangan Simpangan A A sedikit lebih besar besar Tembaga (1m, 1mm²) Besi baj a (1m, 1mm²) Gambar 1.29 Rangkaian arus dengan bahan penghantar berbedaDari percobaan diatas terlihat bahwa :Tahanan listrik suatu penghantar R semakin besar, 1. jika penghantar l semakin panjang 2. jika luas penampang A semakin kecil 3. jika tahanan jenis semakin besar. First | Semester
  • 28. 28 Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika Ketergantungan tahanan terhadap panjang penghantar dapat dijelaskan disini, bahwa gerakan elektron didalam penghantar yang lebih panjang mendapat rintangan lebih kuat dibanding pada penghantar yang lebih pendek. Dalam hal jumlah elektron-elektron yang bergerak dengan jumlah sama, maka pada penghantar dengan luas penampang lebih kecil terjadi tumbukan yang lebih banyak, berarti tahanannya bertambah. Bahan dengan tahanan jenis lebih besar, maka jarak atomnya lebih kecil dan jumlah elektron-elektron bebasnya lebih sedikit, sehingga menghasilkan tahanan listrik yang lebih besar. Ketergantungan tahanan listrik tersebut dapat diringkas dalam bentuk rumus sebagai berikut : Ditulis dengan simbol formula : R tahanan penghantar dalam Tahanan penghantar tahanan jenis dalam .mm2/m l panjang penghantar dalam m A luas penampang dalam mm2 Persamaan diatas dapat ditransfer kedalam bermacam-macam besaran. Dengan demikian secara perhitungan dimungkinkan juga untuk menentukan panjang penghantar, tahanan jenis dan luas penampang. R.A Panjang penghantar l ρ R. A Tahanan jenis ρ l First | Semester
  • 29. Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika 29 ρ.l Luas penampang A RMelalui penempatan satuan kedalam persamaan tahanan jenis, makadiperoleh satuan tahanan jenis. ;Contoh soal : 1. Suatu penghantar dengan luas penampang 10 mm2 . Berapa besarnya tahanan untuk panjang 500 m, jika digunakan penghantar a. Tembaga b. Alumunium Diketahui : A = 10 mm2 l = 500 m Cu = 0,0178 .mm2/m Al = 0,0278 .mm2/m Hitunglah : R cu , R Al Jawab : a. b. 2. Kawat baja 250 m dan luas penampang 1 mm2 mempunyai tahanan 35 Berapa besarnya tahanan jenis kawat tersebut ? Diketahui : l = 250 m First | Semester
  • 30. 30 Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika A = 1 mm2 R = 35 . Hitunglah : Jawab : ; 3. Sebuah jamper alat ukur panjang 12 m terbuat dari kawat tembaga berisolasi dan harus mempunyai tahanan 0,0356 . Berapa besarnya luas penampang penghantar tersebut ? Diketahui : l = 12 m R = 0,0356 Cu = 0,0178 .mm2/m Hitunglah : A ρ.l Jawab : A ; R Ω . mm 2 0,0178 . 12 m A m = 6 mm 2 0,0356 Ω 1.5.3 Daya hantar dan hantar jenis Suatu beban dengan tahanan yang kecil menghantarkan arus listrik dengan baik. Dikatakan : “dia memiliki daya hantar yang besar”. Daya hantar yang besar sepadan dengan tahanan yang kecil dan sebaliknya daya hantar kecil sepadan dengan tahanan besar. Daya hantar adalah kebalikan tahanan 1 Daya hantar Tahanan Satuan SI yang ditetapkan untuk daya hantar adalah Siemens. First | Semester
  • 31. Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika 31Simbol formula untuk daya hantar adalah G.Simbol satuan untuk Siemens adalah S. 1 G daya hantar listrik dalam Daya hantar G = R S 1 Tahanan R = R tahanan listrik dalam GNilai yang lebih kecil :1 mS = 1 Millisiemens = 10-3 S1 S = 1 Mikrosiemens = 10-6 SSuatu bahan penghantar dengan tahanan jenis kecil menghantarkan aruslistrik dengan baik, dia sanggup menghantarkan dengan sangat baik. Halini disebut sebagai besaran hantar jenis atau besaran spesifikasi dayahantar dari bahan.Analog dengan daya hantar dapat ditetapkan disini : Hantar jenis adalah kebalikan tahanan jenis. mSatuan untuk hantar jenis adalah . Ω . mm 2Simbol formula untuk hantar jenis adalah (baca gamma). adalah hurufabjad Yunani. 1 Hantar jenis Tahanan jenis 1 m Hantar jenis = hantar jenis dalam ρ Ω . mm 2 tahanan jenis dalam 1 Tahanan jenis ρ= Ω . mm 2 m First | Semester
  • 32. 32 Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika Untuk beberapa pemikiran sangatlah tepat, menghitung dengan menggunakan daya hantar ataupun hantar jenis. Dengan bantuan hantar jenis (spesifikasi daya hantar) diperoleh rumus perhitungan untuk tahanan kawat sebagai berikut : R tahanan penghantar dalam l Tahanan penghantar R .A hantar jenis dalam m/ .mm2 l panjang penghantar dalam m A luas penampang dalam mm2 Contoh : 1. Berapa besarnya daya hantar untuk tahanan berikut ini : 5 ; 0,2 ; 100 ? 1 1 Jawaban : G= ; G= = 0,2 S R 5Ω 1 1 G= =5 S; G= = 0,01 S = 10 mS 0,2 Ω 100 Ω 2. Berapa besarnya hantar jenis perak, tembaga dan alumunium jika sebagai tahanan jenis berturut-turut terdapat nilai sbb. : t emb aga = 0,0178 .mm2/m. alumu niu m = 0,0278 .mm2/m. perak = 0,016 .mm2/m. 1 Jawaban : ; ρ 1 1m m tembaga = 56,2 Ω . mm 2 0,0178 Ω . mm 2 Ω . mm 2 0,0178 m 1 m alumunium = 36 Ω . mm 2 Ω . mm 2 0,0278 m First | Semester
  • 33. Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika 33 1 m perak = 62,5 Ω . mm 2 Ω . mm 2 0,016 m1.5.4 Tahanan tergantung pada suhuPercobaan :Sebuah lampu pijar dihubungkan ke sumber tegangan berturut-turutmelalui bermacam-macam bahan penghantar (tembaga, arang,konstantan). Setiap penghantar dipanasi dan cahaya lampudiperbandingkan sebelum dan setelah pemanasan.Secara umum diketahui : Tahanan semua bahan sedikit banyak tergantung pada suhu. 1. Penghantar tembaga I I Nyala kurang terang ! Tembaga TembagaGambar 1.30 Ketergantungan suatu penghantar tembaga terhadap suhu. 2. Penghantar arang (isi pensil) I I Nyala lebih terang ! Arang ArangGambar 1.31 Ketergantungan suatu penghantar arang terhadap suhu. 3. Konstantan First | Semester
  • 34. 34 Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika I I Nyala sama terang ! Konstantan Konstantan Gambar 1.32 Ketergantungan suatu penghantar konstantan terhadap suhu. Percobaan memperlihatkan secara rinci : 1. Kawat logam yang terbuat dari tembaga dan alumunium pada pemanasan tahanannya bertambah. 2. Yang terbuat dari arang, pada pemanasan nilai tahanannya berkurang. 3. Tahanan kawat konstantan hampir tetap konstan. Bahan yang dalam kondisi dingin menghantarkan arus dengan lebih baik dari pada dalam kondisi panas, disebut penghantar dingin. Termasuk kelompok ini yaitu praktis semua logam murni dan beberapa bahan semi penghantar. Bahan yang dalam kondisi panas menghantarkan arus dengan lebih baik dari pada dalam kondisi dingin, disebut penghantar panas. Termasuk disini yaitu arang, sebagian besar bahan semi penghantar dan oksida logam tertentu. Sebagian logam pada pendinginan mendekati titik nol absolut (-273,2 OC) tahanannya menghilang dengan sangat tiba-tiba yaitu praktis pada nilai nol. Maka bahan seperti ini menghantarkan arus dengan “sangat baik”. Oleh karena itu disebut penghantar super (super conductor). Termasuk dalam kelompok ini yaitu alumunium, tin (timah), timbel (timah hitam), air raksa, niob (columbium). Perlu diperhatikan, bahwa untuk perbedaan temperatur menggunakan satuan Kelvin (K) dan tidak lagi derajat Celsius ( OC). Ini tidak menimbulkan kesulitan, karena perbedaan temperatur 1 OC sama dengan perbedaan First | Semester
  • 35. Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika 35temperatur 1 K. Sejalan dengan hal tersebut satuan O C untuk menyatakantemperatur dapat terus digunakan.Contoh :1. Temperatur penghantar tembaga berubah sekitar 20 K (bukan 20 OC).2. Temperatur lilitan motor sebesar 20 OC. Untuk ini dapat juga dikatakan : 293 K, disini 0 OC senilai dengan 273 K atau 0 K sesuai dengan -273 O C.Reaksi penghantar dingin dapat diterangkan, bahwa pada asutan panasyang lebih kuat atas atom-atom didalam kisi-kisi kristal, lebih besar pulatumbukan elektron-elektron yang bergerak dengan atom-atom (ion-ionatom) sehingga memberikan tahanan yang lebih besar. (gambar 1.33) - - - - + + + - - - - + + + - - - - + + + - - - - Gambar 1.33 Tahanan pada penghantar logam yang dipanaskanReaksi penghantar panas berdasarkan, bahwasanya pada pemanasanelektron-elektron ekstra (tambahan) menjadi bebas dan tergabung padagerakan yang terarah. Hal ini berarti pengurangan tahanan.Pada konstantan melalui pemanasan seperti pada penghantar dinginterjadi suatu pengereman pembawa muatan, tetapi seperti juga padapenghantar panas, elektron-elektron ekstra menjadi bebas. Kedua reaksitersebut cukup saling menetralisir.Perubahan tahanan melalui pemanasan untuk masing-masing bahanberbeda. Karakteristik bermacam-macam bahan ditetapkan melaluikoefisien temperatur.Simbol : (alpha) 1Satuan : K First | Semester
  • 36. 36 Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika Koefisien temperatur menunjukkan perubahan tahanan untuk tahanan sebesar 1 pada pemanasan 1 K. % Pada perhitungan sering digunakan koefisien temperatur dalam . K Bahan yang pada pemanasan nilai tahanannya berkurang, mempunyai koefisien temperatur negatip. Beberapa contoh koefisien temperatur (berlaku untuk perubahan temperatur mulai dari suhu 20 OC) sbb : 1 % Tembaga = 0,0039 = 0,39 K K 1 % Alumunium = 0,0037 = 0,37 K K 1 % Wolfram = 0,0041 = 0,41 K K 1 % Nikelin = 0,00023 = 0,023 K K 1 % Mangan = 0,00001 = 0,001 K K 1 % Konstantan = 0,00003 = 0,003 K K 1 % Karbon murni = 0,00045 = 0,045 K K Pada logam murni (tembaga, alumunium, wolfram) besarnya koefisien % temperatur kira-kira 0,4 , artinya setiap K kenaikan temperatur K tahanannya bertambah 0,4 % Menunjuk pada lampu pijar, yang didalamnya menggunakan kawat wolfram, dalam operasionalnya merupakan suatu tahanan panas, yang bisa mencapai 15 kali lebih besar dari pada tahanan dingin (pada kondisi dingin). Pada logam campuran tertentu (nikelin, manganin, konstantan) koefisien temperaturnya sangat kecil. Bahan ini sangat cocok untuk tahanan alat ukur. First | Semester
  • 37. Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika 37Perubahan tahanan R (baca: delta R) suatu penghantar untuk :tahanan 1 dan perubahan temperatur 1K besarnya R= Ohmtahanan 1 dan perubahan temperatur 2K besarnya R= 2. Ohmtahanan 1 dan perubahan temperatur K besarnya R= . Ohmtahanan R dan perubahan temperatur K besarnya R= . . R Ohm (baca: delta) adalah suatu huruf Yunani dan digunakan disini sebagaisimbol formula untuk perbedaan. (baca: theta) adalah juga suatu huruf Yunani dan digunakan disinisebagai simbol formula untuk temperatur. Gambar 1.34 Perubahan tahananDengan demikian berlaku :Perubahan R= . . Rd R perubahan tahanan dalamtahanan Rd tahanan dingin pd. 20 oC dlm. koefisien temperatur dalam 1/K kenaikan temperatur dalam KTahanan panas yang baru R p terdiri atas tahanan dingin R d dan perubahantahanan R.Tahanan panas Rp = Rd + R R p tahanan panas dalam Rp = Rd + . . RdMelalui penjabaran formula diperoleh :Kenaikan Rp Rd Δtemperatur α . Rd First | Semester
  • 38. 38 Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika Persamaan tersebut diatas berlaku untuk kenaikan temperatur hingga kira-kira 200 oC. Pada kenaikan temperatur yang melebihi 200 oC, harus diperhatikan faktor-faktor lainnya. Pemakaian perubahan tahanan ditemukan pada penyelidikan pemanasan lilitan termasuk juga untuk tujuan pengukuran dan pengaturan. Contoh: 1. Lilitan tembaga suatu mesin pada suhu 20 oC terukur tahan-annya serbesar 30 . Selama beroperasi temperatur tahan-annya naik menjadi 80 oC. Berapa sekarang besarnya tahanan kumparan ? Diketahui: R d = 30 ; 1 = 20 oC; 2 = 80 oC; = 0,0039 1/K Hitunglah: Rp Jawaban: Rp = Rd + . . Rd R p = 30 + 0,0039 1/ K . 60 K . 30 = 30 + 7,02 = 37,02 2. Lilitan alumunium suatu trafo satu phasa pada suhu 20 o C mempunyai tahanan sebesar 5 . Temperaturnya meningkat berapa Kelvin, jika setelah beberapa jam beroperasi diukur tahanannya sebesar 6,3 ? Diketahui: Rd = 5 ; 1 = 20 oC; R p = 6,3 ; = 0,0037 1/ K Hitunglah: Jawaban: Rp Rd Δ α . Rd 6,3 Ω 5 Ω 1,3 Ω Δ = 70,3 K 1 1 0,0037 . 5 Ω 0,0037 . 5 Ω K K Tabel : Tahanan jenis ( = 1/ ) Hantar jenis ( = 1/ ) Koefisien temperatur (temperatur 20 OC) First | Semester
  • 39. Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika 39Bahan Simbol .mm2/m m/ .mm2 1/KPerak Ag 0,016 62,5 0,0038Tembaga Cu 0,0178 56 0,0039Alumunium Al 0,0278 36 0,0037Wolfram W 0,055 18 0,0041Seng Zn 0,063 16 0,0037Kuningan - 0,08 12,5 0,0015Nikel Ni 0,1 10 0,005Platina Pt 0,1 10 0,0025Tin (timah) Sn 0,11 9,1 0,0042Besi Fe 0,13 7,7 0,005Timah hitam (timbel) Pb 0,21 4,8 0,0042Air raksa Hg 0,95 1,05 0,00092Perak (baru) Ag 0,30 3,3 0,00025Mangan Mn 0,43 2,3 0,00001Konstantan - 0,49 2,04 0,00003Baja cromnikel - 1,0 1,0 0,00025Arang (karbon) C 50 s.d. 100 0,02 s.d. 0,00003 0,01Siliziumkarbid - 1000 0,001 0,0005Gelas (kaca) - 1 . 1016 1 . 10 16Porselen - 5 . 1018 5 . 10 19 First | Semester
  • 40. 40 Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika Lembar Latihan/Evaluasi 1. Tersusun oleh apakah suatu atom ? 2. Apa yang dimaksud dengan elektron valensi ? 3. Apa yang dimaksud dengan pembawa muatan ? 4. Apa yang menarik perhatian kita atas susunan suatu atom netral ? 5. Apa yang dimaksud dengan muatan elementer ? 6. Bagaimana reaksi muatan-muatan satu sama lain ? 7. Bilamana kita bicara tentang ion-ion ? 8. Apa yang dimaksud dengan arus listrik ? 9. Pembawa muatan manakah yang menentukan adanya arus didalam logam dan yang mana untuk didalam elektrolit ? 10. Apa yang dimaksud dengan elektron bebas ? 11. Dengan kecepatan berapa suatu impuls l istrik menyebar didalam sebuah penghantar ? 12. Apa perbedaan secara prinsip antara penghantar listrik, bukan penghantar dan semi penghantar ? 13. Sebutkan beberapa bahan penghantar ! 14. Apa yang dimaksud dengan bahan isolasi listrik ? Sebutkan beberapa diantaranya ! 15. Rangkaian arus listrik terdiri atas komponen apa saja ? 16. Bagaimana arah arus secara teknik ditetapkan ? 17. Apa satuan dan simbol kuat arus listrik ? 18. Apa satuan muatan listrik ? 19. Mengapa penghantar dipaparkan dengan berdasar pada rapat arus ? 20. Apa perbedaan arus searah dan arus bolak-balik ? 21. Sebutkan reaksi arus listrik terpenting dan berikan contoh praktisnya ! 22. Apa yang dimaksud dengan grafik garis ? 23. Berapakah besarnya 0,1 A; 0,006 A; 2,5 A bila ditransfer kedalam mA ? 24. Berapakah besarnya 0,0025 A; 5 mA; 0,025 A bila ditransfer kedalam A? First | Semester
  • 41. Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika 4125. Sebuah akkumulator dapat memberikan muatan listrik sebesar 24 Ah. Berapa hari akkumulator tersebut dapat tetap terhubung pada instalasi alarm, jika dia harus terus-menerus membe rikan arus sebesar 0,2 A ?26. Dalam waktu 10 h suatu muatan sebanyak 250 Ah terdorong melalui suatu penghantar. Berapa besarnya kuat arus rata-rata mengalir didalam penghantar ?27. Didalam kumparan kawat alumunium dengan luas penampang 0,5 mm2 , rapat arus yang diijinkan adalah sebesar 2 A/mm2 . Berapa besarnya arus operasional yang diperbolehkan ?28. Bagaimana simbol formula dan satuan untuk tegangan listrik ?29. Bagaimana tegangan dapat diterangkan ?30. Bagaimana membedakan tegangan sumber dan tegangan jatuh ?31. Apa yang dimaksud dengan potensial listrik ?32. Bagaimana menentukan besarnya tegangan antara dua buah titik dengan potensial tertentu ?33. Bagaimana ketetapan arah tegangan positip dan bagaimana hal tersebut digambarkan ?34. Berapa V besarnya 1500 mV; 550 mV; 2,5 kV ?35. Berapa mV besarnya 0,2 V; 0,0035 V; 15 V ?36. Apa yang dimaksud dengan tahanan listrik ?37. Bagaimana simbol formula dan satuan untuk tahanan listrik ?38. Kapan sebuah penghantar mempunyai tahanan 139. Apa yang dimaksud dengan tahanan jenis ?40. Bagaimana satuan tahanan jenis ?41. Bagaimana perubahan tahana n suatu penghantar, jika a) luas penampang menjadi setengahnya, b) panjangnya tiga kali lipat, c) bahannya semula tembaga diganti dengan alumunium ?42. Coba jabarkan asal mula satuan tahanan jenis !43. Bagaimana hubungan antara daya hantar dan tahanan ?44. Bagaimana simbol formula dan satuan untuk daya hantar listrik ?45. Bagaimana hantar jenis dapat ditentukan dari tahanan jenis yang sudah diketahui ?46. Berapa besarnya 0,05 M ; 2,5 k ; 450 m ? First | Semester
  • 42. 42 Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika 47. Berapa besarnya tahanan suatu untaian tembaga panjang 5 m dengan luas penampang 0,8 mm2 ? 48. Berapa besarnya tahanan suatu baja elektroda pentanahan yang panjangnya 150 m, lebar 30 mm dan tebal 3 mm ? 49. Berapa meter panjang kawat nikelin ( = 0,4 .mm2/m) dengan diameter 0,6 mm yang digunakan untuk membuat suatu tahanan sebesar 90 ? 50. Berapa luas penampang harus dipilih untuk penghantar tembaga yang panjangnya 22,4 m (pergi dan pulang), jika tahanan maksimum yang diperbolehkan sebesar 0,0665 ? First | Semester
  • 43. Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika 432. HUKUM RANGKAIAN ARUSTujuan Khusus PembelajaranTujuan khusus dari pembelajaran 2 ini peserta dapat : 1. Menjelaskan hukum Ohm dan hukum Kirchhoff 2. Menggunakan hukum Ohm dan hukum Kirchhoff dalam pengerjaan soal 3. Mengetahui macam-macam rangkaian dasar dalam teknik listrik 4. Memberikan contoh praktis rangkaian dasar teknik listrik2.1 Hukum OhmKita hubungkan sebuah tahanan pada suatu tegangan dan membentuksuatu rangkaian arus tertutup, maka melalui tahanan tersebut mengalirarus yang besarnya tertentu. Besar kecilnya arus tergantung pada tahanandan tegangan yang terpasang.Penjelasan tentang hubungan antara tegangan, kuat arus dan tahananpada suatu rangkaian arus diperlihatkan oleh percobaan berikut :Percobaan :Pengukuran kuat arus pada bermacam-macam tegangan (2V, 4V, 6V) danbesarnya tahanan konstan (10 ). I = 0,2 A I = 0,4 A I = 0,6 A A A A U=2V R = 10 U=4V R = 10 U=6V R = 10 Gambar 2.1 Arus pada bermacam-macam teganganPerhatikan : Kuat arus I berbanding langsung dengan tegangan UPercobaan :Pengukuran kuat arus pada bermacam-macam tahanan (10 , 20 ,30 ).dan besarnya tegangan konstan (6V). First | Semester
  • 44. 44 Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika I = 0,6 A I = 0,3 A I = 0,2 A A A A U=6V R = 10 U=6V R = 20 U=6V R = 30 Gambar 2.2 Arus pada bermacam-macam tegangan Perhatikan : Kuat arus I berbanding terbalik dengan tahanan R Secara umum berlaku : Kuat arus I adalah : a) berbanding langsung dengan tegangan U b) berbanding terbalik dengan tahanan R Hal tersebut diringkas kedalam suatu formula, maka kita peroleh hukum Ohm. Tegangan U Kuat arus I = Tahanan R U Dalam simbol formula I= I Kuat arus dalam A R : U Tegangan dalam V R Tahanan dalam Melalui penjabaran persamaan kita dapatkan dua bentuk hukum Ohm yang lain U U=R .I R= I Dalam hal ini digunakan satuan Volt, Ampere dan Ohm. 2.1.1 Grafik tegangan fungsi arus Kita tempatkan tegangan termasuk juga arusnya kedalam suatu sistim koordinat yang bersudut siku-siku (pada sumbu horisontal tegangan U sebagai besaran yang diubah-ubah dan pada sumbu vertikal arus I yang sesuai sebagai besaran yang berubah) dan titik ini satu sama lain saling dihubungkan, maka kita dapatkan grafik tegangan fungsi arus. First | Semester
  • 45. Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika 45Untuk percobaan a) yang dilaksanakan dengan tahanan R = 10 diperolehgrafik sebagai berikut : A 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 1 2 3 4 5 6 7V U Gambar 2.3 Grafik tegangan fungsi arusPada tahanan yang tetap konstan maka grafiknya lurus sepertidiperlihatkan pada gambar.Contoh : 1. Suatu kompor listrik untuk 220 V menyerap arus sebesar 5,5 A. Berapa besarnya tahanan kompor listrik ? Diketahui : U = 220 V; I = 5,5 A Ditanyakan : R U 220 V Jawaban : R= ; R= 40 Ω I 5,5 A 2. Pada suatu tahanan tertulis data 4 k dan 20 mA. Berapa besarnya tegangan maksimum yang boleh terpasang ? Diketahui : R=4k = 4000 I = 20 mA = 0,02 A Ditanyakan : U Jawaban : U= I .R U = 4000 . 0,02 A = 80 V 3. Pada gambar 2.4 ditunjukkan grafik tegangan fungsi arus untuk tiga buah tahanan. Berapa besarnya nilai-nilai tahanan tersebut ? First | Semester
  • 46. 46 Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika mA Grafik a 20 Grafik b 15 10 Grafik c 5 10 20 30 40 V U Gambar 2.4 Grafik tegangan fungsi arus Jawaban : Grafik a : Untuk U = 10 V besarnya arus I = 20 mA = 0,02 A U 10 V R= ; R= 500 Ω I 0,02 A Grafik b : Untuk U = 40 V besarnya arus I = 20 mA = 0,02 A 40 V R= 2000 Ω = 2 kΩ 0,02 A Grafik c : Untuk U = 30 V besarnya arus I = 5 mA = 0,005 A 30 V R= 6000 Ω = 6 kΩ 0,005 A 2.2 Rangkaian seri tahanan Suatu rangkaian seri tahanan terbentuk, jika untuk tegangan yang terpasang pada semua tahanan berturut-turut mengalir arus yang sama. I R1 R2 R3 U Gambar 2.5 Rangkaian seri tahanan Penjelasan tentang tegangan, arus dan tahanan untuk rangkaian seri dapat diperhatikan pada percobaan berikut ini : First | Semester
  • 47. Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika 47Percobaan :Pengukuran arus I dengan memasang alat pengukur arus didepan,diantara dan dibelakang tahanan. I =0,1A I =0,1A I =0,1A A A A R1=20 R2=40 R3=60 U=12V A I=0,1A Gambar 2.6 Arus pada rangkaian seri Pada rangkaian seri kuat arus di semua tahanan besarnya sama.Disini pada rangkaian arus tak satupun tempat bagi elektron-elektronuntuk dapat keluar. Yaitu arus yang tidak pernah digunakan !Percobaan :Pengukuran tegangan U1 , U2 , U3 , Ut ot al dengan alat pengukur tegangan danpengukuran arus I dengan alat pengukur arus pada rangkaian seri yangdiberikan.Hasil pengukuran : U1 = 2 V; Ut ot al = 12 V; I = 0,1 A U2 = 4 V; U3 = 6 V Gambar 2.7 Tegangan pada rangkaian seriKita jumlahkan tiga tegangan bagian (tegangan jatuh) U1 , U2 , U3 , maka kitadapatkan, bahwasanya jumlah tegangan-tegangan tersebut sama dengantegangan terpasang Ut ot al.Secara umum dinyatakan : First | Semester
  • 48. 48 Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika Tegangan total sama dengan jumlah tegangan bagian Ut ot al = U1 + U2 + U3 + Tahanan total rangkaian seri secara langsung dapat ditentukan dengan suatu alat pengukur tahanan. Namun dalam praktik lebih banyak dipilih metode tidak langsung, yaitu melalui pengukuran tegangan dan arus, tahanan dihitung dengan bantuan hukum Ohm. Utotal R total = I 12 V R total = = 120 Ω 0,1 A Dengan demikian terbukti : Tahanan total sama dengan jumlah tahanan bagian. Rt ot al = R1 + R2 + R3 + Dengan demikian dapat diterangkan, bahwa arus berturut-turut harus mengatasi/menguasai semua tahanan bagian. Karena tahanan total diganti juga dengan tahanan secara tersendiri, yang mana hal ini disebut juga sebagai tahanan pengganti (Rp enggant i). Kita bandingkan perbandingkan tegangan. U1 2V 1 U2 4V 2 Utotal 12V 6 U2 4V 2 U3 6V 3 U1 2V 1 U1 : U2 : U3 = 2V : 4V : 6V = 1 : 2 : 3 perbandingan untuk tahanan yang ada R1 20 Ω 1 R2 40 Ω 2 Rtotal 120 Ω 6 R2 40 Ω 2 R3 60 Ω 3 R1 20 Ω 1 R1 : R2 : R3 = 20 : 40 : 60 = 1 : 2 : 3, First | Semester
  • 49. Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika 49Dengan demikian kita dapatkan, bahwasanya kedua hal tersebutsesuai/cocok satu sama lain. Ini membuktikan : Tegangan bagian satu sama lain mempunyai karakteristik seperti tahanan yang ada.misa U1 R1 U2 R 2 Utotal R total = = =l U2 R 2 U3 R 3 U1 R1 U1 : U2 : U3 = R1 : R2 : R3Hal tersebut dapat diterangkan sebagai berikut :Disetiap tahanan mengalir arus yang sama. Pada tahanan yang sama arustersebut menimbulkan tegangan jatuh yang sama pula. Pada tahanan yangberbeda arus yang mengalir mengakibatkan terjadinya tegangan jatuhyang berbeda pula, untuk tahanan yang besar tahanan jatuhnya besar,untuk tahanan kecil tegangan jatuhnya kecil.Pada pemakaian, seperti misalnya lampu pijar, jarang dihubungkan secaraseri, disini kerugian suatu pemakai/beban yang seluruhnya terhubung seridengan yang lain maka dapat terjadi beban tersebut tanpa arus. Salah satupemakaian yang ada yaitu lampu hias warna-warni atau rangkaian seripembangkit teganganContoh : 1. Tiga tahanan R1 = 50 , R2 = 100 dan R3 = 200 terhubung seri pada 175V. Berapa besarnya tahanan total, arus dan tegangan jatuh ? Buatlah gambar rangkaiannya ! Diketahui : R1 = 50 ; R2 = 100 ; R 3 = 200 ; U = 175V Ditanyakan : Rt ot al, I, U1 , U2 , dan U3 Jawaban : Rt ot al = R1 + R2 + R3 Rt ot al = 50 + 100 + 200 = 350 First | Semester
  • 50. 50 Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika U 175V I= ; I= 0,5A R total 350 Ω U1 = I . R1 ; U1 = 0,5A . 50 = 25V U2 = I . R2 ; U2 = 0,5A . 100 = 50V U3 = I . R3 ; U3 = 0,5A . 200 = 100V U1 U2 U3 I R2=50 R2=100 R3=200 U=175V Gambar 2.8 Skema rangkain soal no. 1 2. Lampu pijar 10V/0,2A dan lampu pijar yang lain 15V/0,2A terhubung seri pada tegangan 20V. Berapa besarnya arus pada rangkaian tersebut ? Diketahui : Ut ot al = 20 V; U1 = 10 V; I1 = 0,2 A; U2 = 15 V; I2 = 0,2 A Ditanyakan : I Jawaban : Kedua lampu menyerap arus nominal sebesar 0,2 A pada tegangan seluruhnya 10 V + 15 V = 25 V. Tetapi karena tegangan total yang digunakan untuk mencatu kedua lampu tersebut lebih kecil, maka arusnya harus ditentukan dengan cara sebagai berikut : U 20 V I ; I 0,16 A R total 125 Ω Disini tahanan total masih belum diketahui, yang mana merupakan jumlah tahanan bagian Rt ot al = R1 + R2 ; Rt ot al = 50 + 75 = 125 Tahanan bagian dapat ditentukan dengan hukum Ohm dan selanjutnya dimasukkan ke persamaan diatas : U1 10 V R1 = ; R1 50 Ω I1 0,2 A U2 15 V R2 = ; R2 75 Ω I2 0,2 A First | Semester
  • 51. Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika 51 3. Sebuah tahanan panas sebesar 15 terpasang untuk kuat arus 2,5 A. Sebuah tahanan kedua sebesar 35 terhubung seri. Berapa besarnya tegangan yang harus terpasang pada tahanan tersebut, jika kuat arusnya tetap dipertahankan ? Buatlah gambar rangkaiannya ! Diketahui : R1 = 15 ; I1 = 2,5 A; R2 = 35 ; Ditanyakan : Ut ot al Jawaban : Ut ot al = I . Rt ot al ; Ut ot al = 2,5 A . 50 = 125 V Rt ot al = R1 + R2 ; Rt ot al = 15 + 35 = 50 R1=15 R2=35 I=2,5 A Utotal Gambar 2.9 Skema rangkaian soal nomer 32.2.1 Pembagi tegangan tanpa bebanPembagi tegangan terdiri atas dua tahanan (R1 , R2) yang terhubung seri,Dengan bantuannya maka tegangan terpasang (U) dapat terbagi kedalamdua tegangan (U1 , U2). I R1 U1 U R2 U2 Gambar 2.10 Pembagi tegangan tanpa bebanDisini tahanan R1 dan R2 berturut-turut dialiri oleh arus I yang sama, untukrangkaian seri tahanan tersebut berlaku : U1 R1 = U2 R 2Selanjutnya tahanan total Rt ot al : First | Semester
  • 52. 52 Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika U1 R U2 R = 1 = 2 U R total U R total U1 R1 U2 R2 = = U R1 R 2 U R1 R 2 Disusun menjadi : R1 Rumus pembagi tegangan U1 = U R1 R 2 R1 U1 = U R1 R 2 Persamaan tersebut hanya berlaku, jika melalui kedua tahanan mengalir arus yang sama, berarti bahwa pada “tap” pembagi tegangan tidak ada arus yang diambil (pembagi tegangan tidak berbeban). Melalui pemilihan R1 dan R2 yang sesuai, seluruh nilai tegangan dapat disetel antara nol dan tegangan total U. Untuk rangkaian pembagi tegangan dapat juga menggunakan suatu tahanan dengan “tap” yang variable (dapat berubah), biasa disebut potensiometer. R1 U R2 U2 Gambar 2.11 Potensiometer 1. Sebuah pembagi tegangan tidak berbeban untuk 140 V terdiri atas tahanan R 1 = 20 k dan R2 = 40 k . Berapa besarnya tegangan bagian (U1 dan U2) ? Diketahui : U = 140 V; R1 = 20 k ; R2 = 40 k Ditanyakan : U1 dan U2 R1 Jawaban : U1 = U R1 R 2 140 V. 20 000 Ω 140 . 20 000 140.1 U1 = V= V = 46,67 V 20 000 Ω + 40 000 Ω 60 000 3 First | Semester
  • 53. Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika 53 R2 U2 = U R1 R 2 140 V. 40 000 Ω 140.2 U2 = V = 93,33 V 60 000 Ω 3 2. Sebuah pembagi tegangan tidak berbeban dengan tahanan total 20 k harus membagi tegangan 120 V kedalam tegangan 20 V dan 100 V. Berapa besarnya tegangan bagian dan arus yang melalui tahanan? Diketahui : Rt ot al = 20 k =20 000 U = 120 V; U1 = 20 V; U2 = 100 V Ditanyakan : R1, R2 dan I U1 R1 U1 Jawaban : ; R1 R total U R total U 20 V R1 20 000 Ω 3333 Ω 33,33 kΩ 120 V Rt ot al = R 1 + R 2 ; R 2 = Rtot al - R 1 R2 = 20.000 - 3333 = 16.667 = 16,66 k2.2.2 Tahanan depanDengan bantuan tahanan yang terpasang seri pada beban, maka teganganpada beban dapat diperbesar. Tahanan semacam ini disebut tahanandepan.Contoh :Sebuah lampu pijar 1,5V/0,2A melalui tahanan depan harus dihubungkanke tegangan yang tersedia U = 4,5 V. Berapa besarnya tahanan depan yangharus terpasang agar data nominal lampu pijar terpenuhi ? I =0,2A Ud Rd U = 4,5 V U L = 1,5 V First | Semester
  • 54. 54 Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika Gambar 2.12 Rangkaian arus dengan tahanan depan Tahanan depan harus menyerap tegangan sebesar : Ud = U - UL; Ud = 4,5 V - 1,5 V = 3 V Arus nominal lampu I = 0,2 A mengalir juga melalui tahanan depan dan disini menimbulkan tegangan jatuh Ud = 3 V. Dengan hukum Ohm tahanan depan dapat ditentukan sebagai berikut : Ud 3V Rd = ; Rd 15 Ω I 0,2 A Tahanan depan dapat mereduksi kelebihan tegangan, didalam tahanan tersebut terjadi panas. Oleh karena itu tahanan depan harus mampu dialiri sebesar arus nominal beban, jika tidak maka tahanan terbakar. Dengan tahanan depan, suatu tegangan tidak dapat diturunkan hingga nol seperti pada pembagi tegangan, disini untuk maksud tersebut tahanan depan harus memiliki nilai tahanan yang tak terhingga besarnya. Tahanan depan digunakan untuk menurunkan tegangan dan dengan demikian menurunkan kuat arus putaran motor, lampu, alat ukur dan sebagainya. 2.2.3 Tegangan jatuh pada penghantar Percobaan : Sebuah lampu pijar dihubung ke tegangan sumber (misal akumulator) melalui ampermeter dengan menggunakan kawat yang panjang dan dengan diameter kecil. Sebelum dan sesudah lampu dihidupkan, tegangan pada ujung awal dan ujung akhir penghantar diperbandingkan. First | Semester
  • 55. Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika 55 I RL S A U1 U2 RL Gambar 2.13 Tegangan jatuh pada penghantarPerhatikan: Sebelum lampu dihidupkan tegangan pada ujung awal danujung akhir penghantar sama besarnya.Setelah lampu dihidupkan tegangan pada ujung akhir penghantarberkurang dibanding pada ujung awal penghantar.Penyebab berkurangnya tegangan tersebut te rletak pada tegangan jatuh(simbol formula Ua) didalam penghantar masuk dan keluar. Tegangan jatuh ditimbulkan oleh arus yang mengalir melalui tahanan kawat.Percobaandiulang dengan menambahkan lampu pijar yang lain serta penghantarnyadiperpanjang lagi.Perhatikan: Setelah kedua lampu dihidupkan maka tegangan jatuh Uasemakin berkurang, demikian pula pada perpanjangan penghantar.Penyebab semakin berkurangnya tegangan jatuh disebabkan oleh semakinbesarnya arus dan semakin besarnya tahanan penghantar. Tegangan jatuh Ua pada penghantar semakin besar, jika arus I didalam penghantar makin besar dan jika tahanan penghantar R L makin besar.Tegangan jatuh Ua = I . RL Ua Tegangan jatuh dalam V I Arus penghantar dalam A First | Semester
  • 56. 56 Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika RL Tahanan penghantardalam Tegangan jatuh merupakan penanggung jawab terjadinya kerugian pada penghantar, dia menurunkan tegangan pada beban yang bisa jadi hingga berada dibawah tegangan nominal yang dibutuhkan. Tegangan jatuh merupakan penanggung jawab terjadinya kerugian pada penghantar, dia menurunkan tegangan pada beban yang bisa jadi hingga berada dibawah tegangan nominal yang dibutuhkan. Saluran masuk rumah hingga kWh meter ua = 0,5 % kWh meter hingga lampu pijar dan peralatan ua = 1,5 % kWh meter hingga motor ua = 3,0 % Contoh : Melalui penghantar alumunium dengan luas penampang 6 mm2 dan panjang 40 m untuk satu jalur mengalir 20 A. Penghantar terhubung pada tegangan 220 V. Berapa besarnya tegangan jatuh dalam V dan dalam prosent dari tegangan jala-jala? Diketahui : A = 6 mm2 ; l = 40 m; I = 20 A; U = 220 V Ditanyakan : Ua , ua Jawaban : Ua = I . RL ; Ua = 20 A . 0,371 = 7,42 V Ω mm 2 2 0,0278 40 m 2 ρ l m RL ; RL 0,371Ω A 6 mm 2 Ua 100 7,42 V 100 ua ; ua = 3,37 % U 220 V 2.3 Rangkaian parallel tahanan Suatu rangkaian parallel beberapa tahanan terbentuk, jika arus yang ditimbulkannya terbagi dalam arus-arus cabang dan serentak mengalir menuju tahanan-tahanan tersebut. First | Semester
  • 57. Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika 57 I I1 I3 A I2 U R1 R2 R3 B Gambar 2.14 Rangkaian parallelBagaimana karakteristik arus, tegangan dan tahanannya, diperlihatkanmelalui pemikiran dan percobaan berikut :Diantara kedua titik percabangan arus yaitu titik A dan B (gambar 2.14)terletak tegangan total U. Disini semua tahanan bagian bergantung padaklem-klemnya, semua tahanan terhubung pada tegangan yang sama U.Dengan demikian sebagai ciri utama rangkaian parallel berlaku :Pada suatu rangkaian parallel semua tahanan terletak pada tegangan yang sama.Percobaan :Pengukuran arus I, I1 , I2 dan I3 pada rangkaian yang diberikan (gambar2.15). I =1,1A A I1 = I2 = I = A A A 3 0,6A 0,3A 0,2A U=12V R1 = R2 = R3 = 20 40 60 Gambar 2.15 Pembagian arus pada rangkaian parallelHasil pengukuran: I = 1,1 A; I1 = 0,6 A; I2 = 0,3 A; I3 = 0,2 A First | Semester
  • 58. 58 Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika Suatu pemikiran yang lebih terperinci tentang nilai hasil pengukuran arus diperlihatkan oleh hubungan berikut: Arus total adalah sama dengan jumlah arus-arus bagian (cabang). I = I1 + I2 + I3 + . . . Penjelasan untuk hal tersebut dalam hal ini, bahwasanya arus total hanya dibagi melalui tiga lintasan arus, tetapi nilai seluruhnya tetap konstan. Kita perbandingkan kuat arus dengan nilai tahanan yang ada, maka diketahui: Pada tahanan terbesar mengalir arus terkecil dan pada tahanan terkecil mengalir arus terbesar. U Pengertian ini dapat dibuktikan dengan hukum Ohm. Disini berlaku I . R Pada tegangan yang sama maka cabang dengan tahanan besar harus mengalir arus yang kecil. Perbandingan arus I1 0,6 A 2 I2 0,3 A 3 I1 0,6 A 3 I2 0,3 A 1 I3 0,2 A 2 I3 0,2 A 1 Dengan perbandingan yang sama, untuk tahanan yang ada R1 20 Ω 1 R2 40 Ω 2 R1 20 Ω 1 R2 40 Ω 2 R3 60 Ω 3 R3 60 Ω 3 diperlihatkan, bahwa perbandingan-perbandingan tersebut berkebalikan. Dengan demikian berlaku: Arus bagian (cabang) satu sama lain berbanding terbalik sebagai-mana tahanan bagian (cabang) yang ada. First | Semester
  • 59. Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika 59misal. I1 R2 I2 R3 I1 R3 I2 R1 I3 R2 I3 R1Jadi arus total terbagi dalam suatu perbandingan tertentu atas aruscabang, yang tergantung pada masing-masing tahanan.Tahanan total, yang juga dikenal sebagai tahanan pengganti, dapatditentukan dengan hukum ohm (lihat gambar 2.15). U 12 V R tot R tot 10,9 Ω I 1,1 AKita bandingkan nilai tahanan-tahanan bagian (cabang) dengan tahanantotal, maka menarik perhatian, bahwa semua tahanan bagian (cabang)lebih besar dari pada tahanan total. Tahanan total lebih kecil dari tahanan bagian/cabang yang terkecil.Hal tersebut dapat diterangkan bahwa setiap merangkai tahanan secaraparallel menghasilkan arus tersendiri dari nilai tahanannya, sehingga arustotal untuk tahanan parallel menjadi meningkat, berarti tahanan totalnyaberkurang dan menjadi lebih kecil dari tahanan bagian (cabang) yangterkecil.Misal kita kombinasikan tahanan 1 dengan tahanan 1000 , makatahanan 1000 memang hanya menghasilkan arus yang sangat kecildibanding arus pada tahanan 1 , tetapi arus totalnya meningkat, artinyatahanan total menjadi lebih kecil dari 1 .Setiap menghubungkan cabang parallel (tahanan parallel) menghantarkanrangkaian arus yang lebih baik. Daya hantarnya mening kat. Maka dayahantar total suatu rangkaian parallel menjadi Gt ot = G1 + G2 + G3 + . . . First | Semester
  • 60. 60 Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika 1 Disini daya hantar kebalikan dari tahanan (G ), diperoleh rumus R 1 1 1 1 R tot R1 R2 R3 Seper tahanan total adalah sama dengan jumlah dari seper tahanan bagian (cabang). Untuk dua tahanan parallel berlaku: 1 1 1 + R tot R1 R 2 Dari sini penyebut disamakan menjadi R 1 R 2 1 R1 + R 2 R tot R1 . R 2 atau R1 . R 2 Tahanan total untuk dua tahanan yang R tot R1 + R 2 dirangkai parallel Rangkaian parallel sangat sering digunakan didalam praktik. Praktis semua beban dirangkai parallel pada jala-jala, dalam hal ini peralatan tersebut dibuat untuk tegangan nominal tertentu dan pada gangguan tidak berfungsinya salah satu peralatan semua yang lainnya tidak terpengarug olehnya (gambar 2.16). Tahanan parallel juga dipasang, untuk mengatasi tingginya kuat arus suatu pemakai (beban), seperti misalnya pada perluasan batas ukur suatu pengukur arus (amperemeter). I tot U = 220 V I1 I2 I3 M Lampu Pemanas Motor Gambar 2.16 Rangkaian parallel dalam praktik First | Semester
  • 61. Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika 61Contoh : 1. Dua tahanan R1 = 4 dan R2 = 6 dihubung parallel. Berapa besarnya tahanan total ? Diketahui : R1 = 4 ; R2 = 6 Ditanyakan : Rt ot al R1 . R 2 Jawaban: R tot R1 + R 2 4Ω.6Ω 24 Ω 2 R tot 2,4 Ω 4Ω+6Ω 10 Ω 2. Tiga tahanan R1 = 20 ; R2 = 25 dan R3 = 100 terpasang parallel pada 100 V. Berapa besarnya a) tahanan total ? b) arus total ? Diketahui : R1 = 20 ; R2 = 25 ; R3 = 100 Ditanyakan : Rt ot al , It ot al Jawaban: Penyelesaian cara 1 1 1 1 1 + + R tot R1 R 2 R 3 1 1 1 1 1 1 1 + + 0,05 0,04 0,01 R tot 20 Ω 25 Ω 100 Ω Ω Ω Ω 1 0,1 Ω Dengan membalik kedua sisi persamaan diperoleh 1 R tot Ω 10 Ω 0,1 U Itot R tot 100 V Itot 10 A 10 Ω Penyelesaian cara 2 First | Semester
  • 62. 62 Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika U 100 V I1 5A R1 20 Ω U 100 V I2 4A R2 25 Ω U 100 V I3 1A R3 100 Ω Itot I1 I2 I3 Itot 5A 4A 1A = 10 A U R tot Itot 100 V R tot 10 Ω 10 A 3. Pada rangkaian arus terpasang tahanan 25 . Dengan memasang tahanan kedua secara parallel, tahanan rangkaian harus diperkecil menjadi 5 . Berapa nilai tahanan parallel yang memenuhi ? Diketahui : R1 = 25 ; Rt ot al = 20 Ditanyakan : R2 1 1 1 Jawaban: + R tot R1 R 2 1 1 1 R2 R tot R1 1 1 1 1 1 1 0,05 0,04 0,01 R2 20 Ω 25 Ω Ω Ω Ω 1 R2 Ω = 100 Ω 0,01 4. Pada suatu alat pemanas terpasang parallel dua tahanan pemanas yang sama besarnya pada tegangan 220 V dan seluruhnya menyerap arus 11 A. Berapa besarnya arus yang terserap, jika kedua tahanan tersebut dihubung seri ? Diketahui : U = 220 V; It ot al = 11 A Ditanyakan : Iseri First | Semester
  • 63. Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika 63 Jawaban: Pada rangkaian parallel setiap tahanan pemanas menyerap arus sebesar Itot 11 A I 5,5 A 2 2 Dengan demikian diperoleh tahanan U R I 220 V R 40 Ω 5,5 A Tahanan total dalam rangkaian seri menjadi R tot 2 R R tot 2 40 Ω = 80 Ω U ISeri R tot 220 V ISeri 2,75 A 80 Ω2.3.1 Tahanan samping (tahanan shunt)Dengan bantuan tahanan yang dipasang parallel pada beban, arus yangbesar pada beban dapat diatasi. Tahanan semacam ini disebut tahanansamping (tahanan shunt).Contoh :Instrumen suatu pengukur arus dengan tahanan dalam 40 bolehdibebani hingga 25 mA. Untuk memperluas batas ukur menjadi 150 mAsuatu tahanan harus dipasang parallel. Berapa nilai tahanan samping(tahanan shunt) yang sesuai ? I =150mA I i =25mA A IS Ri =40 RS Gambar 2.17 Alat ukur dengan tahanan shunt First | Semester
  • 64. 64 Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika Tahanan samping (tahanan shunt) RS harus menyerap arus sebesar IS = I - Ii ; IS = 150 mA - 25 mA Tegangan jatuh pada tahanan samping (tahanan shunt) dan pada instrumen ukur sama besarnya. Dihitung dengan hukum Ohm. U = R i . Ii ; U = 40 . 0,025 A = 1 V Dengan demikian maka pada tahanan samping (tahanan shunt), besarnya tegangan terpasang dan arus yang mengalir melalui tahanan telah diketahui, sehingga besarnya tahanan samping (tahanan shunt) dapat ditentukan. U 1V RS = ; RS = =8Ω IS 0,125 A Melalui tahanan samping (tahanan shunt) sebesar 8 maka arus totalnya terbagi, sehingga tidak terjadi beban lebih pada instrumen ukur. First | Semester
  • 65. Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika 652.4 Hukum Kirchhoff2.4.1 Hukum Kirchhoff pertama (hukum titik simpul)Pada rangkaian parallel selalu menghasilkan apa yang disebut dengan titikpercabangan, yang juga dikenal sebagai titik simpul. Pada titik tersebutarusnya bercabang. Dalam hal ini sesuai dengan aturan tertentu.Contoh: I1 = 5A I4 = 6A A Gambar 2.18 Percabangan arusKita amati misalnya pada titik A beberapa arus sebagaimana diperlihatkan,maka ditemukan bahwa arus I1 dan I2 mengalir masuk menuju titik simpulA, sedangkan arus I3 , I4 dan I5 mengalir keluar (meninggalkannya). Disiniterbukti bahwa nilai arus yang masuk besarnya sama dengan nilai arusyang keluar.Hukum Kirchhoff pertama (titik simpul): Disetiap titik simpul (cabang), jumlah arus yang masuk besarnya sama dengan jumlah arus yang keluar. I1 + I2 = I3 + I4 + I5Dengan bantuan rumus ini, maka arus yang belum diketahui pada suatutitik percabangan arus, dapat ditentukan besarnya.Contoh:Berapa besarnya arus I2 pada rangkaian dibawah ini ? First | Semester
  • 66. 66 Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika I1 =5A R1 I =12A I2 R2 I3 =4A R3 Gambar 2.19 Rangkaian parallel Jawab: I = I1 + I2 + I3 dijabarkan ke I2 menjadi; I2 = I - I1 - I3 ; I2 = 12 A - 5 A - 4 A = 3 A 2.4.2 Hukum K irchhoff kedua (hukum jala-jala) Pada suatu rangkaian arus tertutup (jala-jala) terdapat suatu pembagian tegangan yang sangat tertentu. Pembagian tegangan tersebut dapat dihitung dengan menggunakan rumus yang sesuai. Contoh : US1 =12V US2 =12V I =0,2A R1 =20 R2 =40 R 3 =60 U 1 =4V U2 =8V U3 =12V Gambar 2.20 Rangkaian arus dengan dua sumber tegangan Kedua sumber tegangan dengan tegangan sumber US 1 dan US 2 elektron- elektronnya menggabungkan diri dalam memberikan pengaruhnya secara keseluruhan. Disini sumber tegangan tersebut bereaksi dalam arah yang sama. Mereka mengendalikan arus I sesuai dengan tahanan yang ada. U S1 + U S2 12 V + 12 V 24 V I ; I 0,2 A R1 R2 + R3 20 40 + 60 120 Arus I merupakan penyebab terjadinya tegangan jatuh pada tahanan R1, R2 , R3 U1 = I R1 ; U1 = 0,2 A 20 = 4V U2 = I R2 ; U 2 = 0,2 A 40 = 8V U3 = I R3 ; U 3 = 0,2 A 60 = 12 V First | Semester
  • 67. Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika 67Pada suatu persamaan antara tegangan sumber dengan tegangan jatuhdiketahui, bahwa hal tersebut sama besarnya, artinya yaitu tegangansumber terbagi kedalam rangkaian arus secara keseluruhan. Dari situdapat disimpulkan hukum Kirchhoff kedua (hukum jala-jala):Disetiap rangkaian arus tertutup, jumlah tegangan sumber besarnya sama dengan jumlah semua tegangan jatuh. US 1 + US 2 = I . R1 + I . R2 + I . R3Dalam praktiknya suatu rangkaian arus biasanya hanya terdiri atas sebuahtegangan sumber dan satu atau beberapa beban. I R1 US R2 Gambar 2.21 Rangkaian arus dengan sebuah sumber teganganDisini berlaku: US = I . R1 + I . R2Kita hubungkan lampu seperti yang tersebut diatas pada suatu kotakkontak, dengan demikian maka tegangan klem U kotak kontak dalam halini berfungsi sebagai tegangan sumber US . I R1 U R2 Gambar 2.22 Rangkaian arus dengan suatu tegangan klemMaka berlaku: U = I . R1 + I . R2; disederhanakan menjadi: U = I (R1 + R2 ) First | Semester
  • 68. 68 Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika Hukum Kirchhoff kedua (hukum jala-jala) dapat digunakan untuk bermacam-macam. Dia memungkinkan untuk menentukan suatu tegangan sumber yang belum diketahui, arus atau suatu tahanan. Contoh : Berapa besarnya nilai arus yang ditunjukkan amperemeter pada rangkaian dibawah ini ? US1=1,5V A R1 =6 R2 =12 US2=1,5V US3=1,5V Gambar 2.23 Rangkaian arus dengan amperemeter Jawaban: Tegangan sumber semuanya berpengaruh dengan arah yang sama, pengaruhnya saling menggabungkan diri. Maka berlaku hukum Kirc hhoff kedua (hukum jala-jala) : US 1 + US 2 + US 3 = I . R1 + I . R2 US 1 + US 2 + US 3 = I . (R1 + R2) US1 + US2 + US3 1,5 V + 1,5 V + 1,5 V 4,5 V I ; I 0,25 A R1 + R 2 6 Ω + 12 Ω 18 Ω 2.5 Rangkaian campuran Suatu rangkaian yang terdiri atas rangkaian seri dan rangkaian parallel, disebut sebagai rangkaian campuran atau rangkaian kelompok. 2.5.1 Rangkaian seri lanjutan Contoh: Hitunglah tahanan pengganti Rpenggant i untuk seluruh rangkaian dan arus bagian I1 dan I2 pada rangkaian berikut ini. First | Semester
  • 69. Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika 69 R 1 =5 R3 =10 R 2 =20 I U=7V Gambar 2.27 Rangkaian seri lanjutanJawab: Rangkaian parallel 2 R1 R2 5 20 100 R1,2 ; R1,2 =4 R1 R2 5 20 25 R3 =10 R1,2 =4 I U=7V Gambar 2.28 Rangkaian pengganti 1Rangkaian seri Rpenggant i = R3 + R1,2 ; Rpenggant i = 10 +4 = 14 R pengganti =14 I U=7V Gambar 2.29 Rangkaian pengganti 2Arus total U 7V I ; I 0,5 A Rpengganti 14Arus I menyebabkan terjadinya tegangan jatuh pada R3 U3 I R3 ; U3 0,5 A 10 W = 5 V First | Semester
  • 70. 70 Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika Dengan begitu maka sisanya untuk rangkaian parallel R1,2 U1 U U3 ; U1 7 V 5 V=2 V U3 =5V U1 =2V R 3 =10 R1,2 =4 I U=7V Gambar 2.30 Rangkaian pengganti 1. Sekarang dengan tegangan jatuh U1 yang sudah diketahui dan tahanan R1 dan R2 yang ada, maka arus bagian I1 dan I2 dapat dihitung dengan hukum ohm. U1 2V I1 = ; I1 = = 0,4 A R1 5 U1 2V I2 = ; I2 = = 0,1 A R2 20 Untuk diperhatikan: Suatu rangkaian seri yang berisi/mengandung rangkaian parallel, maka pertama-tama dihitung dahulu rangkaian parallelnya. 2.5.2 Rangkaian parallel lanjutan Contoh: Tiga tahanan terhubung seperti pada gambar 2.31 Tentukan tahanan pengganti, arus bagian dan tegangan bagian ! I1 R1 =20 R 2 =40 I I2 R3 =120 U=12V Gambar 2.31 Rangkaian parallel lanjutan First | Semester
  • 71. Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika 71Jawab: Rangkaian seri R1,2 = R1 + R2 ; R1,2 = 20 + 40 = 60 R1,2 =60 I R3 =120 U=12V Gambar 2.32 Rangkaian pengganti 1Rangkaian parallel 2 R1,2 R3 60 120 7200 Rpengganti ; Rpengganti = 40 R1,2 R3 60 120 180 R pengganti =40 I U=12V Gambar 2.33 Rangkaian pengganti 2Arus total U 12 V I ; I 0,3 A Rpengganti 40Pada tahanan R3 terdapat tegangan jatuh U = 12 V, demikian pula padatahanan bersama R1 dan R2 .Dengan demikian dapat ditentukan: U 12 V I2 = ; I2 = = 0,1 A R3 120 U 12 V I1 = ; I1 = = 0,2 A R1,2 60Arus I1 menyebabkan terjadinya tegangan jatuh pada R1 : U1 I1 R1 ; U1 0,2 A 20 =4 V Pada tahanan R2 : U2 I1 R2 ; U2 0,2 A 40 =8 V First | Semester
  • 72. 72 Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika Untuk diperhatikan: Suatu rangkaian parallel yang berisi/mengandung rangkaian seri, maka pertama-tama dihitung dahulu rangkaian serinya. 2.5.3 Pembagi tegangan berbeban Dari suatu pembagi tegangan tanpa beban, jika sebuah beban terhubung padanya, maka menjadi suatu pembagi tegangan berbeban dan dengan demikian berarti suatu rangkaian campuran (lihat gambar 2.34). I R1 Ib U Iq R2 Ub Rb I q Arus komponen quadrat I b Arus beban Gambar 2.34 Pembagi tegangan berbeban Tegangan jatuh pemakaian (tegangan beban) terletak pada tahanan parallel R2,b. Tegangan total U berpengaruh pada tahanan total R1 + R2,b Dengan demikian sebagai rumus pembagi tegangan berlaku: Ub R2,b Rumus pembagi tegangan U R1 + R2,b (pembagi tegangan berbeban) R2b tahanan parallel dalam R2 Rb R1 tahanan bagian dalam R2,b R2 + Rb U tegangan total dalam V Ub tegangan beban dalam V Contoh: Tentukanlah tegangan Ub untuk pembagi tegangan berikut ini a) dengan tahanan beban b) tanpa tahanan beban! First | Semester
  • 73. Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika 73 I R 1 =20k Ib U=140V Iq R2 = Ub R b=10k 40k Gambar 2.3 5Pembagi tegangan berbebanJawab: a) Dari rumus pembagi tegangan (berbeban) menjadi: R 2,b 140 V 8000 Ub = U : Ub = 40 V R1 + R 2,b 28 000 Tahanan parallel R2 Rb 40 k 10 k 400 (k ) 2 R2,b = : R2,b = 8k R 2 + Rb 40 k 10 k 50 k Tahanan total Rtotal = R1 + R2,b : Rtotal = 20 k + 8k 28 k b) Dari rumus pembagi tegangan (tanpa beban) R2 140 V 40 000 Ub = U : Ub = 93,3 V R1 + R2 60 000Menarik perhatian, bahwa melalui pembebanan tegangan keluaranberkurang sangat besar. Penyebabnya, bahwa melalui tahanan bebanmaka tahanan total rangkaian mengecil, dengan begitu penyerapanarusnya meningkat dan tegangan jatuh pada tahanan R1 lebih besar olehkarenanya tegangan Ub menjadi lebih kecil.Untuk memperkecil perbedaan tegangan pada pembagi tegangan daritanpa beban ke berbeban, tahanan beban terpasang harus lebih besar daritahanan total pembagi tegangan. Tetapi dalam hal ini harus diperhatikan,bahwa tahanan pembagi tegangan jangan sampai me njadi terlalu kecil,disini jika tidak, maka akan mengalir arus Iq yang besar dan terjadikerugian yang besar. First | Semester
  • 74. 74 Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika Pemakaian: oleh karenanya pembagi tegangan berbeban hanya dipasang, jika dia tidak ada kegunaannya, untuk menetapkan suatu pembangkit tegangannya sendiri atau hal tersebut tidak mungkin atau, jika arus yang melalui beban dapat dipertahankan kecil. 2.5.4 Jembatan tahanan Jembatan tahanan yaitu, seperti diperlihatkan pada rangkaian dibawah, praktis merupakan suatu rangkaian parallel dua pembagi tegangan tanpa beban. R1 A R2 C RB D R3 B R4 I U Gambar 2.36 Jembatan tahanan Penghubung A ke B disebut sebagai jembatan (jembatan tahanan). Melalui tahanan jembatan mengalir suatu arus, jika pada tahanan ini terdapat tegangan, artinya, jika antara titik A dan titik B terjadi perbedaan potensial. Titik A dan titik B menunjukkan potensial yang sama besar, maka perbedaan potensialnya nol dan tahanan jembatan bebas/tidak berarus. Titik A dan titik B mempunyai potensial sama, jika tegangan jatuh pada R1 dan R3 sama besarnya, jadi artinya, apabila perbandingan tahanan pembagi tegangan sama besarnya. Ditulis dalam bentuk rumus: R1 R3 Persamaan R2 R4 jembatan (syarat keseimbangan) First | Semester
  • 75. Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika 75Suatu rangkaian jembatan, yang memenuhi persamaan diatas, dikatakan“balance=seimbang”.Kita ubah salah satu tahanan dari empat buah tahanan tersebut, makajembatan tidak lagi seimbang. Pada jembatan mengalir arus kompensasi.Suatu perubahan tegangan terpasang U tidak berpengaruh padaperbedaan potensial antara titik A dan B, dalam hal ini perbandingantahanannya tetap maka tegangannya tidak berubah.Rangkaian jembatan digunakan misalnya untuk menentukan besarnyatahanan dan dikenal sebagai jembatan Wheatstone. First | Semester
  • 76. 76 Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika Lembar Latihan/Evaluasi 1. Bagaimana formula tiga bentuk hukum Ohm ? 2. Bagaimana perubahan arus dalam suatu rangkaian arus sederhana, jika tegangan yang terpasang berkurang 10 % ? 3. Bagaimana perubahan arus dalam suatu tahanan geser, jika tegangan yang terpasang diperbesar tiga kali dan nilai tahanan setengahnya. 4. Bagaimana bentuk grafiknya, jika misalnya kita ingin menggambar grafik tahanan untuk tahanan R = 90 ? 5. Berapa kuat arus pada suatu rangkaian arus, yang tersusun atas tahanan total 40 dan tegangan sumber 220 V ? 6. Pada suatu rangkaian arus, kuat arusnya meningkat dari 3 A menjadi 4 A. Berapa kenaikan tegangan, jika tahanannya tetap konstan 20 ? 7. Berapa prosen tahanan suatu rangkaian arus harus berubah, jika pada tegangan 220 V kuat arusnya berkurang dari 11 A menjadi 10 A ? 8. Berapa besarnya tahanan suatu kumparan magnit, jika pada tegangan searah sebesar 110 V kumparan tersebut menyerap arus 5,5 A ? 9. Seorang pekerja dengan tidak sengaja telah menyentuh dua penghantar telanjang suatu jala-jala dengan tegangan jala-jala 220 V. Berapa ampere arus mengalir melalui badannya, jika tahanan badannya sebesar 1000 ? Arus yang mengalir menjadi berapa ampere pada tegangan 6000 V ? 10. Gambarkanlah grafik tegangan fungsi arus (grafik tahanan) untuk tiga tahanan yang konstan 5 , 10 dan 30 (skala 5 V 1 cm; 1 A 1 cm). 11. Bagaimanakah menghitung tahanan total beberapa tahanan yang dihubung seri ? 12. Pada rangkaian seri, tahanan yang mana memiliki tegangan yang besar ? 13. Apa yang dimaksud dengan tahanan pengganti ? 14. Mengapa pada pemakaian (beban) jarang digunakan rangkaian seri ? 15. Apa yang anda ketahui tentang potensiometer ? First | Semester
  • 77. Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika 7716. Suatu pembagi tegangan berguna untuk apa ?17. Kapan kita gunakan pembagi tegangan dan kapan tahanan depan ?18. Kerugian apa yang terjadi pada pemakaian suatu tahanan depan ?19. Bagaimana terjadinya tegangan jatuh pada suatu penghantar ?20. Tergantung apakah besarnya tegangan jatuh ?21. Tegangan jatuh berakibat apa pada penghantar ?22. Mengapa perusahaan pembangkit tenaga memberitahukan tegangan jatuh yang diijinkan pada penghantar ?23. Berapa ampere arus yang mengalir pada suatu rangkaian seri dengan tahanan R 1 = 100 dan R2 = 300 pada tegangan sumber 200 V ?24. Suatu deretan lampu hias sebanyak 16 biji terhubung pada 220 V. Berapa volt tegangan tiap bijinya ?25. Tiga tahanan R1 = 20 ; R 2 = 50 dan R3 = 80 terhubung seri. Pada tahanan R 2 harus terjadi tegangan U2 = 10 V. a) Gambarkan rangkaiannya ! b) Berapa besarnya arus yang harus mengalir melalui rangkaian ? c) Berapa besarnya tegangan total harus terpasang ?26. Pada suatu pembagi tegangan dengan tahanan R1 = 5 M dan R2 = 12 M dipasang tegangan U = 200 V. Berapa besarnya tegangan yang terambil ?27. Suatu pembagi tegangan tanpa beban tegangan 120 V harus terbagi dalam 100 V dan 20 V. Dalam hal ini pembagi tegangan boleh menyerap arus paling tinggi 10 mA. a) Berapa besarnya tahanan total harus tersedia ? b) Bagaimana tahanan total terbagi ?28. Suatu kumparan pada tegangan 220 V dialiri arus sebesar 1 A. Dengan bantuan tahanan depan arus yang melalui kumparan harus berkurang sebesar 10 %. Berapa besarnya tahanan depan yang diperlukan ?29. Melalui suatu tahanan depan harus bertegangan 50 V pada arus maksimal 2,5 A. Berapa besarnya tahanan depan ? First | Semester
  • 78. 78 Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika 30. Berapa besarnya tegangan jatuh yang terjadi pada suatu penghantar tembaga, jika luas penampangnya 120 mm2 dan arus sebesar 50 A ditransfer sejauh 250 m ? 31. Berapa luas penampang yang dipilih, jika suatu arus sebesar 20 A harus ditransfer sejauh 40 m pada tegangan jatuh 3 % dengan U = 220 V ? Bahan yang digunakan tembaga. 32. Suatu penghantar tembaga panjang 150 m dan terdiri atas dua inti dengan luas penampang masing-masing 16 mm2 . Dicatu dengan suatu tegangan sebesar 235 V, yang pada pembebanan tidak juga berkurang. Berapa besarnya arus hubung singkat, jika inti-inti pada ujung penghantar dengan tidak sengaja terhubung singkat ? 33. Jelaskan, mengapa pada suatu rangkaian parallel melalui tahanan yang besar mengalir arus yang kecil ? 34. Sebagai tahanan total untuk suatu rangkaian parallel yang terdiri atas tiga tahanan dengan nilai 50 , 100 , dan 500 diberikan nilai 120 . Mengapa nilai tersebut tidak dapat tepat sama besarnya ? 35. Bagaimana persamaan untuk menghitung tahanan total dua buah tahanan yang dihubung parallel ? 36. Untuk sebuah tahanan R, 4 buah tahanan yang sama besarnya dihubung parallel dan terpasang pada suatu tegangan. Bagaimana perubahan arus total dan tahanan total yang terjadi didalam rangkaian arus ? 37. Mengapa semua peralatan, praktis didalam praktiknya dihubung secara parallel ? 38. Berapa besarnya tahanan samping (tahanan shunt) harus dipasang agar pada suatu beban dengan tahanan R = 90 mengalir arus setengahnya ? 39. Dua tahanan 2,5 dan 4 terhubung parallel. Berapa besarnya tahanan total ? First | Semester
  • 79. Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika 7940. Tiga buah jam listrik masing-masing dengan tahanan 300 dirangkai parallel dan dihubung pada 12 V. Berapa besarnya arus total mengalir didalam instalasi ?41. Tiga buah jam duduk 5 ,8 dan 10 dihubung parallel pada 6 V. Berapa besarnya tahanan total dan arus total yang mengalir ?42. Didalam penghantar dengan tahanan R1 = 90 dan R 2 = 90 mengalir arus sebesar I = 15 A. a) Berapa besarnya arus disetiap cabang ? b) Berapa tegangan jatuh pada tahanan-tahanan tersebut ?43. Melalui sebuah lampu pijar dengan R1 = 20 mengalir arus 500 mA. Sebuah tahanan R2 = 0,5 dipasang parallel dengan lampu tersebut. Berapa besarnya kuat arus didalam tahanan R2 ?44. Nilai tahanan suatu rangkaian besarnya R1 = 50 , dengan memasang tahanan kedua yang dihubungkan secara parallel, tahanan totalnya harus berubah menjadi Rt ot = 40 . Berapa besarnya nilai tahanan kedua yang sesuai ?45. Dalam teknik listrik apa yang dimaksud dengan suatu titik simpul (cabang) ?46. Bagaimana bunyi hukum Kirchhoff kesatu, yang juga dikenal dengan hukum titik simpul (cabang) ?47. Dalam teknik listrik, apa yang dimaksud dengan suatu jala-jala ?48. Mengapa pada suatu rangkaian arus listrik tertutup, tegangan jatuh tidak pernah dapat lebih besar daripada tegangan sumber ?49. Lima macam arus mengalir masuk maupun keluar dari titik simpul (gb. 2.37) Berapa besarnya arus I2 dan bagaimana arahnya ? I 5 =2A I 1 =12A I 4 =8A A I2 I 3 =5A Gambar 2.37 Percabangan arus50. Lengkapilah pada rangkaian dibawah ini dengan arus yang masih tersisa ! First | Semester
  • 80. 80 Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika 5A 2A 1A Gambar 2.38 Percabangan arus 51. Pada rangkaian berikut (gambar 2.39) US 1 = 1,5 V; US 2 = 4,5 V; R1 = 10 dan R2 = 50 . U S1 R1 R2 Gambar 2.39 Rangkaian arus dengan dua sumber tegangan U S2 a) Berapa besarnya arus I dan bagaimana arahnya ? b) Berapa besarnya tegangan jatuh U1 dan U2 ? 52. Apa yang dimaksud dengan rangkaian campuran ? 53. Mengapa melalui pembebanan, tegangan keluaran suatu pembagi tegangan berubah besarnya ? 54. Bagaimana syarat keseimbangan pada suatu rangkaian jembatan ? 55. Mengapa jembatan tahanan yang seimbang, melalui perubahan tegangan sumber, tidak dapat keluar dari keseimbangannya ? 56. Apa pengaruh yang terjadi pada tahanan di percabangan jembatan pada suatu jembatan tahanan yang dalam kondisi seimbang (balance) ? 57. Diberikan tiga tahanan 20 , 40 , 60 . Gambarkan rangkaian campuran yang mungkin terjadi dan tentukan besarnya tahanan pengganti! 58. Bagaimana tiga tahanan masing-masing 6 harus dihubungkan, agar tahanan totalnya sebesar 4 ? First | Semester
  • 81. Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika 8159. Bagaimanakah tiga tahanan 3 ,6 dan 5 harus dikombinasikan, agar tahanan penggantinya menjadi 7 ? Gambarkan rangkaiannya dan buktikanlah melalui perhitungan!60. Pada gambar rangkaian berikut (gambar 2.40) besarnya R1 = 3 , R2 = 6 , R3 = 2 , R4 = 20 , R5 = 30 dan R6 = 7 ; besarnya arus total I = 10 A. Tentukanlah: a) tahanan pengganti R1 b) tegangan bagian R4 c) arus cabang R2 R6 d) tegangan total U ! R5 R3 I Gambar 2.40 Rangkaian campuran U61. Dari rangkaian berikut (gambar 2.41) berapa volt tegangan jatuh pada R2 ? R1 A R2 U=120V R1=200 R2 =100 R3 B R4 R3=100 U Gambar 2.4 1 Rangkaian campuran Gambar 2.42 Rangkaian campuran62. Dua buah lampu L1 (0,6 A/24 V) dan L2 (0,8 A/24 V) harus dirangkai seri dan dengan data nominalnya beroperasi pada suatu jala-jala 110 V. Berapa besarnya tahanan depan dan tahanan samping (tahanan shunt) yang digunakan ?63. Pada rangkaian tahanan (gambar 2.42) diberikan: R1 = 15 , R2 = 45 , R3 = 25 , R4 = 35 dan U = 12 V. Hitunglah: a) arus bagian (cabang) b) arus total c) tegangan antara titik A dan B First | Semester
  • 82. 82 Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika 64. Pada gambar 2.42 hubungkanlah titik A dan B melalui suatu “jembatan” dan aturlah sedemikian rupa, hingga terjadi suatu keseimbangan jembatan. Berapa besarnya tahanan R4 ? 65. Suatu pembagi tegangan dengan tahanan total 3 M pada tegangan total 60 V harus menampilkan suatu tegangan bagian sebesar 5 V. Berapa besarnya tahanan bagian ? 66. Suatu pembagi tegangan dengan tahanan bagian R1 = 80 k dan R2 = 50 k terpasang pada tegangan total U = 100 V. a) Berapa tegangan bagian yang sesuai pada tahanan R2 ? b) Berapa volt tegangan bagian U2 berkurang, jika sebuah tahanan beban Rb = 50 k dihubung parallel dengan R2 ? First | Semester