Your SlideShare is downloading. ×
Dasar rangkaian listrik
Dasar rangkaian listrik
Dasar rangkaian listrik
Dasar rangkaian listrik
Dasar rangkaian listrik
Dasar rangkaian listrik
Dasar rangkaian listrik
Dasar rangkaian listrik
Dasar rangkaian listrik
Dasar rangkaian listrik
Dasar rangkaian listrik
Dasar rangkaian listrik
Dasar rangkaian listrik
Dasar rangkaian listrik
Dasar rangkaian listrik
Dasar rangkaian listrik
Dasar rangkaian listrik
Dasar rangkaian listrik
Dasar rangkaian listrik
Dasar rangkaian listrik
Dasar rangkaian listrik
Dasar rangkaian listrik
Dasar rangkaian listrik
Dasar rangkaian listrik
Dasar rangkaian listrik
Dasar rangkaian listrik
Dasar rangkaian listrik
Dasar rangkaian listrik
Dasar rangkaian listrik
Dasar rangkaian listrik
Dasar rangkaian listrik
Dasar rangkaian listrik
Dasar rangkaian listrik
Dasar rangkaian listrik
Dasar rangkaian listrik
Dasar rangkaian listrik
Dasar rangkaian listrik
Dasar rangkaian listrik
Dasar rangkaian listrik
Dasar rangkaian listrik
Dasar rangkaian listrik
Dasar rangkaian listrik
Dasar rangkaian listrik
Dasar rangkaian listrik
Dasar rangkaian listrik
Dasar rangkaian listrik
Dasar rangkaian listrik
Dasar rangkaian listrik
Dasar rangkaian listrik
Dasar rangkaian listrik
Dasar rangkaian listrik
Dasar rangkaian listrik
Dasar rangkaian listrik
Dasar rangkaian listrik
Dasar rangkaian listrik
Dasar rangkaian listrik
Dasar rangkaian listrik
Dasar rangkaian listrik
Dasar rangkaian listrik
Upcoming SlideShare
Loading in...5
×

Thanks for flagging this SlideShare!

Oops! An error has occurred.

×
Saving this for later? Get the SlideShare app to save on your phone or tablet. Read anywhere, anytime – even offline.
Text the download link to your phone
Standard text messaging rates apply

Dasar rangkaian listrik

264

Published on

0 Comments
0 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

No Downloads
Views
Total Views
264
On Slideshare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
0
Actions
Shares
0
Downloads
19
Comments
0
Likes
0
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. SEKOLAH MENENGAH KEJURUANBIDANG KEAHLIAN TEKNIK TELEKOMUNIKASIDasar Rangkaian ListrikRSumberACi = im sin wtVBAGIAN PROYEK PENGEMBANGAN KURIKULUMDIREKTORAT PENDIDIKAN MENENGAH KEJURUANDIREKTORAT JENDERAL PENDIDIKAN DASAR DAN MENENGAHDEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONAL2003KODE MODULTS.002
  • 2. iiKATA PENGANTARModul Dasar Rangkaian Listrik digunakan sebagai panduan kegiatan belajar untukmembentuk salah satu kompetensi, yaitu : mengoperasikan peralatantelekomunikasi konsumen. Modul ini digunakan oleh peserta diklat pada ProgramKeahlian Teknik Transmisi, Teknik Suitsing, dan Teknik Jaringan Akses Pelanggan.Modul ini menekankan pada penguasaan ilmu kelistrikan mencakup tentang dasarrangkaian listrik arus searah dan arus bolak-balik, hukum-hukum kelistrikan, Sifatdan macam bahan penghantar dan isolator, serta komponen dasar listrik. KegiatanBelajar 1 berisi pengetahuan rangkaian listrik arus searah. Kegiatan belajar 2 berisipengetahuan tentang dasar rangkaian arus bolak-balik. Kegiatan Belajar 3 mengenaipengetahuan sifat dan macam bahan penghantar dan isolator.Yogyakarta, Desember 2003Penyusun.Tim Fakultas TeknikUniversitas Negeri Yogyakarta
  • 3. iiiDAFTAR ISIHalamanHALAMAN DEPAN ................................................................................. iKATA PENGANTAR ......................................................................... ........ iiDAFTAR ISI ....................................................................................... .......iiiPETA KEDUDUKAN MODUL ............................................................ ......... vPERISTILAHAN/ GLOSSARY ...................................................... ........viiI. PENDAHULUAN .......................................................................... .........1A. DESKRIPSI JUDUL ................................................................. .........1B. PRASARAT ............................................................................. .........1C. PETUNJUK PENGGUNAAN MODUL ..................................... .........11. Petunjuk bagi Peserta Diklat .............................................. .........12. Peran Guru ........................................................................ .........3D. TUJUAN AKHIR ...................................................................... .........3E. KOMPETENSI ......................................................................... .........3F. CEK KEMAMPUAN ................................................................. .........4II. PEMBELAJARAN ........................................................................ .........5A. RENCANA BELAJAR PESERTA DIKLAT................................ ......... 5B. KEGIATAN BELAJAR ............................................................. .........51. Kegiatan Belajar 1 Rangkaian Arus Searah........................ .........5a. Tujuan Kegiatan Pembelajaran .................................... .........5b. Uraian Materi 1............................................................. .........6c. Rangkuman 1 ............................................................... .......17d. Tugas 1 ........................................................................ .......17e. Tes Formatif 1 .............................................................. .......18f. Kunci Jawaban Formatif 1 ............................................ .......18
  • 4. ivg. Lembar Kerja 1............................................................. .......182. Kegiatan Belajar 2 : Rangkaian Arus Bolak-balik................ .......21a. Tujuan Kegiatan Pembelajaran .................................... .......21b. Uraian Materi 2 ............................................................ .......21c. Rangkuman 2 .............................................................. .......33d. Tugas 2 ....................................................................... .......33e. Tes Formatif 2 ............................................................. .......33f. Kunci Jawaban Formatif 2 ........................................... .......33g. Lembar Kerja 2 ............................................................ .......343. Kegiatan Belajar 3 : Bahan Penghantar dan Isolator .......... .......36a. Tujuan Kegiatan Pembelajaran .................................... .......36b. Uraian Materi 3 ............................................................ .......36c. Rangkuman 3 .............................................................. .......42d. Tugas 3 ....................................................................... .......43e. Tes Formatif 3 ............................................................. .......43f. Kunci Jawaban Formatif 3 ........................................... .......43g. Lembar Kerja 3 ............................................................ .......44III. EVALUASI .................................................................................... .......47A. PERTANYAAN ........................................................................ .......47B. KUNCI JAWABAN ................................................................... .......48C. KRITERIA PENILAIAN ........................................................... .......49IV. PENUTUP ..................................................................................... .......51DAFTAR PUSTAKA ..................................................................... .......52
  • 5. vPETA KEDUDUKAN MODULA. DIAGRAM PENCAPAIAN KOMPETENSIDiagram ini menunjukkan tahapan urutan pencapaian kompetensi yangdilatihkan pada peserta diklat dalam kurun waktu tiga tahun. Modul DasarRangkaian Listrik merupakan salah satu dari 9 modul untuk membentukkompetensi Mengoperasikan Peralatan Telekomunikasi Konsumen.Keterangan :A. : Mengoperasikan peralatan teelekomunikasi konsumenB. : Memelihara peralatan telekomunikasi konsumenC. : Mengoperasikan peralatan pendukung transmisiD. : Mengoperasikan peralatan transmisi radio terestrialE. : Memelihara peralatan transmisi radio terestrialF. : Mengoperasikan peralatan transmisi optikG. : Memelihara peralatan transmisi optikLULUSSMKSLTP & yangsederajad910TINGKAT I TINGKAT IID.E.45I.J.TINGKAT IIIA. 12B.F. 6G. 7K.L.1112H. 8C. 3
  • 6. viH. : Memelihara peralatan pendukung transmisiI. : Mengoperasikan peralatan transmisi seelulerJ. : Memelihara peralatan transmisi selulerK. : Mengoperasikan peralatan transmisi satelitL. : Memelihara peralatan transmisi satelitB. Kedudukan ModulModul dengan kode TS-002 ini merupakan prasyarat untuk menempuhmodul TU-001, TU-002, dan TU-007.Keterangan :TS-001 Dasar Elektronika Analog dan DigitalTS-002 Dasar Rangkaian ListrikTS-003 Alat Ukur dan Teknik PengukuranTS-004 Pengantar Teknik TelekomunikasiTU-001 Peraturan Instalasi ListrikTU-002 Teknik Gambar ListrikTU-007 Teknik Jaringan ListrikTU-008 Teknik Instalasi CPE (HP, Parabola)TU-009 Teknik Instalasi Kabel Rumah/Gedung.TU-002TS-002TS-001TU-001TS-003TU-0081TS-004TU-007TU-009
  • 7. viiPERISTILAHAN/ GLOSSARYPermitivitas : Konstanta dielektrik suatu bahan isolator, yang sangatberpengaruh dalam interaksi dua buah muatan titik. Nilaipermitivitas ruang vakum (ruang hampa) : 8,9. 10-12C2/Nm2.Reversible : Proses perubahan yang dapat dibalik. prosesreversible.proses reversible dapat digambarkan pada prosessebagai berikut :Energi listrik Energi kimiaEnergi listrik Energi mekanikElektrokimia : Proses perubahan energi kimia yang menghasilkan energilistrik dengan proses oksidasi-reduksi yang berakibat padapergerakan elektron.Daya elektro-motoris termo :Daya elektro-motoris yang dibangkitkan oleh perbedaantemperatur disebut dengan daya elektro-motoris termo. Inisering terjadi pada bahan penghantar yang dialiri arusmenghasilkan panas.
  • 8. 1BAB IPENDAHULUANA. DESKRIPSI JUDULDasar Rangkaian Listrik merupakan modul bahan ajar praktikum berisipengetahuan, pengenalan, penggunaan tentang dasar listrik arus searah danarus bolak-balik, sifat dan macam bahan penghantar dan isolator.Modul ini menekankan pada penguasaan ilmu kelistrikan mencakup tentangdasar rangkaian listrik arus searah dan arus bolak-balik, hukum-hukumkelistrikan, Sifat dan macam bahan penghantar dan isolator. Modul ini terdiri dari3 kegiatan belajar, meliputi : Kegiatan Belajar 1 berisi pengetahuan rangkaianlistrik arus searah. Kegiatan belajar 2 berisi pengetahuan tentang dasarrangkaian arus bolak-balik. Kegiatan Belajar 3 mengenai pengetahuan sifat danmacam bahan penghantar dan isolator.B. PRASYARATModul Dasar Rangkaian Listrik tidak memerlukan prasyarat karena modul inimerupakan modul paling dasar pada bidang keahlian teknik telekomunikasi.Dasar rangkaian listrik merupakan modul dasar yang mendasari modulPeraturan Instalasi Listrik, Teknik Gambar Listrik dan Teknik Jaringan Listrik.C. PETUNJUK PENGGUNAAN MODUL1. Petunjuk bagi Peserta Pendidikan dan Latihan (Diklat)Peserta diklat diharapkan dapat berperan aktif dan berinteraksi dengansumber belajar yang dapat digunakan, karena itu harus memperhatikan hal-hal sebagai berikut :a. Langkah-langkah belajar yang ditempuh1) Persiapkan alat dan bahan!
  • 9. 22) Bacalah dengan seksama uraian materi pada setiap kegiatan belajar!3) Cermatilah langkah-langkah kerja pada setiap kegiatan belajarsebelum mengerjakan, bila belum jelas tanyakan pada instruktur!4) Jangan menghubungkan alat ke sumber tegangan secara langsungsebelum disetujui oleh instruktur!5) Jika sudah selesai kegiatan belajar, kembalikan semua peralatanpraktik yang digunakan!b. Perlengkapan yang Harus DipersiapkanGuna menunjang keselamatan dan kelancaran tugas / pekerjaan yangharus dilakukan, maka persiapkanlah seluruh perlengkapan yangdiperlukan. Beberapa perlengkapan yang harus dipersiapkan adalah:1) Lampu TL2) Kawat Aluminium3) Kawat tembaga4) Baterai5) Lampu indikator6) Soket7) Sakelar8) Fuse / sekering9) Kompas10) Kabel penghantar11) Induktor12) Kapasitor13) Resistor14) Multimeter15) Amperemeter16) Voltmeterc. Hasil PelatihanPeserta diklat mampu :
  • 10. 31) Mengidentifikasi rangkaian listrik arus searah.2) Mengidentifikasi rangkaian listrik arus bolak-balik.3) Mengidentifikasi jenis, sifat dan macam penghantar dan isolator.2. Peran GuruGuru yang akan mengajarkan modul ini hendaknya mempersiapkan dirisebaik-baiknya yaitu mencakup aspek strategi pembelajaran, penguasaanmateri, pemilihan metode, alat bantu media pembelajaran dan perangkatevaluasi.Guru harus menyiapkan rancangan strategi pembelajaran yang mampumewujudkan peserta diklat terlibat aktif dalam proses pencapaian/penguasaan kompetensi yang telah diprogramkan. Penyusunan rancanganstrategi pembelajaran mengacu pada kriteria unjuk kerja (KUK) pada setiapsubkompetensi yang ada dalam Gaaris-garis Besar Program Pengajaran(GBPP).B. TUJUAN AKHIRPeserta diklat memiliki penguasaan rangkaian listrik arus searah, arus bolak-balik, dan menguasai penghantar dan isolator.
  • 11. 4C. KOMPETENSIMateri Pokok PembelajaranSubKompetensiKriteriaUnjuk KerjaLingkupBelajar Sikap Pengetahuan Ketrampilan1 2 3 4 5 6MenguasaidasarrangkaiankelistrikanMenguasaikonsepKelistrikanmencakup:· Hukum-hukumkelistrikan· Sifat danMacamBahanPenghantar danIsolator· KomponenListrikDasar· PenguasaanRangkaianlistrikperalatantelekomunikasi pelanggan· Tekundan kritisdalammengkajirangkaianlistrikpaadaperalatantelekomunikasipelanggan· HukumKelistrikanRangkaianAC/DC· Sifat danMacamBahanPenghantar danIsolator· KomponenListrikDasar(Kabellistrik,Baterai,Fuse,Sakelar,Soket,Lampuindikator)Mampumenguasai :·Rangkaian listrikDC·Rangkaian listrikACF. CEK KEMAMPUANUntuk mengetahui kemampuan awal yang telah dimiliki, maka isilah cek list ( )seperti pada tabel di bawah ini dengan sikap jujur dan dapat dipertanggungjawabkan.Apabila anda menjawab TIDAK pada salah satu pernyataan di atas, makapelajarilah modul ini.JawabanSubKompetensiPernyataanYa TidakBila Jawaban “Ya”Kerjakan1. Memahami rangkaian arus searah(DC)Tes Formatif 12. Memahami rangkaian arus bolak-balik (AC)Tes Formatif 2MenguasaiDasarRangkaiankelistrikan3. Memahami sifat dan macampenghantar dan isolatorTes Formatif 3
  • 12. 5BAB IIPEMBELAJARANA. RENCANA PEMBELAJARAN SISWAKompetensi : Mengoperasikan Peralatan Telekomunikasi Konsumen(CPE-Customer Premises Equipment)Sub Kompetensi : Menguasai dasar rangkaian kelistrikanJenis Kegiatan Tanggal WaktuTempatBelajarAlasanPerubahanParafGuruRangkaian arussearahRangkaian arusbolak-balikSifat dan macampenghantar danisolatorB. KEGIATAN BELAJAR1. Kegiatan Belajar 1: Rangkaian Arus Searaha. Tujuan PembelajaranSetelah mempelajari tentang dasar rangkaian arus searah siswamampu mendeteksi rangkaian arus searah dalah kehidupan sehari-haridan mengaplikasikannya dalam beberapa contoh nyata.
  • 13. 6b. Uraian Materi 1Listrik berasal dari kata elektron yang berarti batu ambar. Jika sebuahbatu ambar digosok dengan kain sutra, maka batu akan dapat menarikbenda-benda ringan seperti sobekan kertas. Dari hal tersebut makadikatakan batu ambar tersebut bermuatan listrik.Muatan merupakan ciri dasar dari semua penyusun zat. Zat tersusundari proton, netron dan elektron. Elektron memiliki muatan negatif danproton memiliki muatan positif. Besarnya muatan listrik (dilambangkandengan Q) yang dimiliki sebuah benda, secara sederhana menunjukkanberapa kurang atau lebihnya jumlah muatan negatif dibanding denganjumlah muatan positifnya.1) Gejala Listrika) Hukum CoulombPengertian muatan listrik menunjukkan bahwa muatan tidakmenyebar pada daerah tertentu melainkan berkumpul dalam satu titik.Pada tahun 1785 Charles Coulomb mengadakan penelitian pertamatentang gaya yang ditimbulkan oleh dua benda yang bermuatandengan alat yang bernama neraca puntir coulomb.Gambar 1. Neraca puntir coulomb
  • 14. 7Dari hasil percobaan tersebut, Coulomb berkesimpulan :Besarnya gaya interaksi antara dua buah benda titik yangbermuatan listrik adalah berbanding lurus dengan perkalian antaramasing-masing muatan dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarakantara kedua muatan titik tersebut.Besar gaya interaksi dalam persamaan matematis dinyatakansebagai berikut :i) Untuk muatan listrik yang berada diruang vakum (hampa udara)F kq qr2= .12(1.)ii) Untuk muatan yang berada dimedium dielektrik.Fk q qr2= .12k e(2.)Keterangan :· F : besar gaya interaksi yang dialami oleh masing-masing muatan satuannya Newton (N).· q1,q2 : besar masing-masing muatan, satuannya Coulomb(C)· ke : konstanta dielektrik dari medium (permitivitas relatif).· k : konstanta pembanding, dengan k = 4pe0-1.· harga konstanta diambil : 9. 109Nm/coulomb2· e0 : permitivitas ruang vakum (ruang hampa) : 8,9. 10-12C2/Nm2· r : jarak antara kedua muatan listrik, satuannya meter(m)Hubungan k dengan ke adalah :=ke330 (3.)e = permitivitas dalam medium dielektrik.
  • 15. 8Catatan :a.>Gaya interaksi adalah tarik menarik jika kedua muatan tersebutberlainan tanda, dan akan saling tolak menolak jika keduamuatan tersebut bertanda sama.+ -Q q+ +Q qGambar 2. Gaya interaksi antar muatanb.>Gaya interaksi/ gaya coulomb merupakan besaran vektor jadiberlaku hukum penjumlahan secara vektor.c.> Besar gaya coulomb yang dialami oleh dua muatan pertamaakibat muatan kedua, sama dengan besar gaya coulomb yangdialami oleh muatan kedua akibat muatan pertama.d.>Permitivitas dalam udara dapat dianggap sebagai permitivitasruang hampa (vakum).Dalam sebuah ruangan yang terdapat muatan +Q, berdasar padahukum Coulomb bila kita meletakkan muatan uji +q pada ruangtersebut akan mendapatkan gaya coulomb (tolak menolak).Perhatikan gambar dibawah ini :+Q +qEa--Q+qEaGambar 3. Kuat medan listrikMedan listrik selalu dicirikan dengan adanya gaya coulomb padamuatan-muatan listrik dalam suatu ruangan. Dari gambar diatas dapat
  • 16. 9disimpulkan bahwa adanya gaya coulomb pada muatan +Q dan +q,dalam ruang tersebut terdapat medan listrik. Untuk muatan –Q dandiletakkan muatan uji +q maka akan terjadi gaya coulomb yang salingtarik-menarik antara kedua muatan tersebut.b) Hukum FaradayArah medan listrik di beberapa titik dapat dilukiskan secara grafisdengan menggunakan garis-garis gaya (kayalan). Konsep dasar inidikemukakan oleh Michael Faraday yang berbunyi :Sebuah garis gaya dalam suatu medan listrik adalah sebuahgaris gaya yang dilukiskan apabila garis singgung pada setiap titiknyamenunjukkan arah medan listrik pada titik tersebut.++Q- -QGambar 4. Arah garis gayaGaris gaya menuju keluar dari muatan positif dan masuk menujukemuatan negatif. Untuk menunjukkan arah-arah garis gaya dapatdilakukan percobaan sebagai berikut :Kuat medan listrik pada sebuah titik didalam ruang adalahsebanding dengan jumlah garis gaya per satuan luas permukaanyang tegak lurus medan listrik pada titik tersebut. Dapat disimpulkanbahwa kuat medan listrik akan terasa kuat apabila jarak antara keduamuatan tersebut saling berdekatan, sehingga garis gaya yangdihasilkan sangat rapat. Sebaliknya jika kedua muatan tersebutberjauhan, maka kuat medan listrik yang terbentuk akan lemah.Penggunaan dari potensial listrik dapat dihubungkan dengankonsep medan listrik, dasar-dasar rangkaian listrik, serta masalahpraktis yang terkait dengan piranti-piranti listrik. Untuk menjelaskan
  • 17. 10definisi dan sifat dari dua buah titik yang saling beda potensial danterletak pada sebuah medan listrik sebagai beda potensial antara duatitik tersebut.Beda potensial antara dua titik adalah kerja yang dilakukan persatuan muatan jika muatan tersebut dipindahkan. Dalam satuan SI,satuan beda potensial listrik adalah Volt ( disingkat V), dengan 1 volt=1 joule/coulomb. Potensial listrik dapat didefinisikan sebagai bentukperbandingan energi listrik dengan muatan titik tersebut.c) Hukum OerstedJika muatan listrik mengalir melalui kawat penghantar konduktor,maka akan timbul pengaruh magnetik disekitar kawar berarustersebut. Pengaruh magnetik ini mampu menarik bahan magnetiklainnya. Jika serbuk besi diletakkan disekitar kawat berarus makaserbuk besi tersebut akan berarah secara teratur.Hans Christian Oersted, pada tahun 1820, mengadakan penelitiantentang pengaruh medan magnet disekitar kawat berarus. Susunanpercobaan Oersted tersusun seperti gambar dibawah ini.Gambar 5. percobaan OerstedKawat berarus akan menimbulkan jarum pada kompas bergerak.Kesimpulan yang dapat diambil adalah Dalam kawat penghantar yangdilewati arus listrik disekitarnya akan timbul garis gaya magnet.
  • 18. 11Seperti halnya bumi yang memiliki medan magnet, khasiat jarumkompas sudah sangat terkenal.ImedanmagnetaruslistrikGambar 6. Medan disekitar kawat berarusDisekitar medan magnet permanen atau kawat penghantarberarus merupakan daerah medan magnet. Vektor dalam medanmagnet tersebut dilambangkan dengan B atau disebut dengan induksimedan magnet. Dalam SI, satuan induksi magnet B adalah Tesla.2) Rangkaian Listrik Arus Searaha) Hukum OhmJika beda potensial pada ujung kawat dapat dipertahankankonstan, maka akan menimbulkan aliran muatan listrik atau yangdisebut dengan aliran arus listrik. Definisi arus listrik (I) adalah jumlahmuatan (Q) listrik yang mengaklir dalam penghantar tiap satuanwaktu (t). Jadi 1 Ampere sama dengan 1 coulomb perdetik.QtI(4.)Jika aliran muatan yang mengalir tidak tetap terhadap waktu,maka arus sesaat dapat dihitung sebagai :
  • 19. 12QtIlimt 0dQdt (5.)Dalam SI, satuan kuat arus adalah Ampere (A), diambil dari namaAndre Marie Ampere (1775-1838), seorang ilmuwan kebangsaanPerancis.Gaya gerak listrik suatu sumber adalah energi per satuan muatanyang dapat diubah dalam suatu proses reversible (proses yang dapatdibalik). Dalam satuan SI, satuan ggl adalah volt (V) yang samadengan joule/coulomb. Suatu ggl menimbulkan beda potensial antardua titik ujung dalam suatu rangkaian. Terdapat hubungan yangsangat erat antara ggl (e atau E) dengan beda potensial(V).Gaya gerak listrik hanya berkait dengan pengubahan energi yangreversible, sedang beda potensial tidak muncul hanya dalam sumberggl, tetapi juga muncul pada ujung hambatan tempat terjadinyaperubahan energi listrik menjadi energi panas yang merupakanproses reversible.proses reversible dapat digambarkan pada prosessebagai berikut :Energi listrik Energi kimiaEnergi listrik Energi mekanikPerlu diperhatikan bahwa sumber energi listrik tidak menghasilkanmuatan, melainkan hanya memindahkan muatan bebas dari satuujung titik ke titik ujung yang lain.
  • 20. 13battrey+ -lampusaklararus(I)aliranelektronGambar 7. Rangkaian listrik sederhanaSakelar ditutup, maka arus listrik akan mengalir dari kutub positifbatere menuju sakelar, melewati lampu dan lampu akan menyala.Aliran elektron bergerak sebaliknya dari kutub negatif batere menujulampu, melewati sakelar dan berakhir di kutub positif batere. Bateremengubah energi kimia menjadi energi listrik. Lampu mengubahenergi listrik menjadi energi cahaya dan panas.Reaksi oksidasi-reduksi melibatkan perpindahan elektron. Jikareaksi tersebut terjadi secara spontan, maka dapat dijadikan sumberarus. Proses ini dipakai sebagai dasar sumber elektrokimia.Pada tahn 1826, George Simon Ohm menemukan suatu tetapanperbandingan yang menyatakan hubungan antara beda potensialpada ujung-ujung penghantar dengan besar arus yang mengalir padapenghantar tersebut dengan unsur-unsur ideal. Tetapan ini seringdisebut dengan hukum Ohm.Unsur-unsur kelistrikan ideal dalam rangkaian disebut juga unsurlinear adalah, seperti : tahanan, induktor dan kapasitor yang harganyatidak berubah apabila tegangan yang terpasang diantara ujung-ujungnya berubah.Hukum Ohm Menyatakan bahwa tegangan V antara ujung-ujungsebuah tahanan adalah sebanding dengan arus I yang melaluinya.Hubungan tersebut dituliskan sebagai :
  • 21. 14V = R.I (6.)dimana :V : tegangan, dalam Volt, VI : arus, dalam Ampere, AR : tahanan, dalam Ohm, W.R merupakan besaran tetap/konstanta, persamaan 1 merupakanpersamaan linear garis lurus V sebagai fungsi I dengan kemiringan R,tahanan R disebut tahanan linear atau resistor.(a) (b).Gambar 8. Hukum OhmTegangan V = R.I yang ditunjukan gambar 8a. menjelaskansebuah penurunan tegangan , yakni tegangan antara titik a dan titik b,dimana tegangan pada titik a lebih tinggi dibanding dengan teganganpada titik b. Sehingga arus mengalir dari titik a ke titik b.Gambar 8b. Menunjukkan grafik hubungan V terhadap I darisebuah tahanan R, yang disebut dedngan karakteristik tahanan.Apabila satu unsur tidak mengikuti persamaan (1), maka dikatakanpersamaan tersebut tidak linear.b) Hukum KirchoffAplikasi hukum hanya digunakan untuk analisa rangkaian-rangkaian sederhana. Untuk menganalisa suatu rangkaian yangkomplek dapat menggunakan hukum kirchoff tentang arus (Kirchoff’sVIR+ - V,voltI, ampereR ohm
  • 22. 15Current Law, disingkat KCL) dan hukum kirchoff tentang tegangan(Kirchoff’s Voltage Law, disingkat KVL)i) Hukum Kirchoff 1 adalah Hukum Kirchoff Tentang Arus(KCL).Jumlah aljabar keseluruhan arus yang menuju titikpercabangana adalah nol. Titik percabangan adalah titikpertemuan tiga atau lebih arus ke- atau dari unsur rangkaian atausumber tegangan.Dalam hukum ini, dipakai suatu perjanjian bahwa arus yangmenuju titik percabangan ditulis dengan tanda positif dan aarusyang tudak menuju (meninggalkan titik percabangan ditulisdengan tanda negatif.I1 + I2 + I4 = I3, atauI1 + I2 – I3 + I4 = 0 (7.)Gambar 9. Titik cabang.Gambar 9 diatas menjelaskan tentang pengertian dari KCL,dimana nilai arus listrik yang melalui masing-masing tahanandapat ditentukan. Pengertian yang didapat jumlah keseluruhannilai arus yang mengalir pada suatu titik percabangan adalah nol.-i1i2i3i4+ x
  • 23. 16ii) Hukum Kirchoff 2, Hukum Kirchoff tentang tegangan (KVL)Jumlah aljabar keseluruhan penurunan tegangan (voltagedrops) dalam suatu rangkaian tertutup (loop) yang dibaca satuarah tertentu sama dengan nol.Yang dimaksud dengan penurunan tegangan dalam hukumtersebut dalam hubunganya dengan satu arah tertentu adalahsebagai berikut :Gambar 10. Rangkaian bebana.>Untuk unsur tahananApabila tegangan dibaca dari + ke -, dengan arah baca yangsama dengan arah arus I yang mengalir, maka harga V=RIadalah penurunan tegangan. Untuk memahaminya beri tandapositif (+) pada V dan beri tanda positif (+) pada RI. Sedangkanapabila pembacaan tegangan berlawanan dengan arah arusberilah tanda (-) V atau (-)RI.+ -a bVGambar 11. Rangkaian BatereVIR+ -
  • 24. 17b.>Untuk sumber teganganBila arah baca dari a ke b, maka adalah suatu penuruntegangan berilah tanda positif pada V. Atau dengan kata lain,apabila menuruti arah baca + dari sumber tegangan, tulis Vpositif. Sebalik jika pembacaan dari kutub – sumber teganganmaka V ditulis dengan tanda negatif.+ -12Ia bR1R2R3R4 IR E 0I1I2EGambar 12. Rangkaian aplikasi Hk. KirchoffPada umumnya rangkaian listrik terdiri dari beberapa loop dantitik-titik percabangan dengan satu atau lebih sumber teganganyang digunakan. Apabila nilai dari suatu sumber tegangan sudahdiketahui, maka besaran yang harus dianalisa adalah nilai aruspada masing-masing penghantar yang masuk atau meninggalkantitik percabangan atau nilai tegangan pada masing-masingtahanan dari rangkaian tersebut.jumlah persamaan yangdigunakan untuk menganalisa suatu besaran belum dapatdiketahui, yang jelah harus sebanyak jumlah besaran yanghendak diketahui harganya.Catatan yang perlu dikemukakan :1. Banyaknya persamaan KCL yang dapat disajikan adalahsama denganjumlah titik percabangan yang ada dikurang 1.
  • 25. 182. Banyaknya persamaan KVL sama dengan banyaknya loopindependen. Suatu loop dikatakan independen bila tidak dapatdijabarkan dari persamaan KVL loop yang lain.Selain dari catatan diatas, penyelesaian dengan menggunakansistem penyederhanaan bagian rangkaian yang tersusun seri maupunparalel, akan sangat membantu.c. Rangkuman 1Beberapa hukum kelistrikan dari pembahasan materi diatas,dijabarkan beberapa hukum, antara lain : Hukum coulomb, Hukum ohm,Hukum kirchoff tentang Arus (KCL), Hukum Kirchoff tentang Tegangan(KVL). Hukum-hukum kelistrikan yang tersebut diatas digunakan untukmenganalisa rangkaian listrik sederhana arus searah (DC).Analisa rangakaian DC yang komplek masih banyak persamaan dankaidah yang dapat digunakan untuk menyelesaikan masalah yang sulitdiselesaikan dengan hukum kelistrikan yang telah dijabarkan.d. Tugas 11) Pelajarilah kegiatan belajar tentang listrik arus searah ini!2) Ambil catu daya dilaboraturium dasar listrik dan beberapa komponenbeban listrik seperti : resistor, batere lakukan percobaan yang sesuaidengan hukum kelistrikan yang telah dijabarkan pada uraian materi.e. Test Formatif 11) Apakah yang disebut dengan arus listrik ?2) Terangkan mengapa penghantar listrik memiliki perlawanan yangberbeda-beda terhadap arus listrik ?3) Disetiap muatan titik dalam medan listrik yang homogen, makamuatan tersebut mengalami gaya apa? Jelaskan !
  • 26. 19f. Kunci Jawaban Formatif 11) Yang disebut deengan arus listrik adalah jumlah muatan listrik yangmengalir dalam medan penghantar tiap satuan waktu. Arus listrikmemiliki satuan ampere (A) dengan simbol I. Arah arus listrikberlawanan dedngan arah gerak elektron. Jika elektron bergerak darikutub negatif ke kutub positif melewati sebuah penghantar (diluarsumber tegangan), sedang arah arus mengalir dari kutub positifsumber dan mesuk melalui kutub negatif sumber tegangan.2) Sebuah penghantar pasti memiliki perlawanan jika dialiri arus listrik,karena dalam penghantar terdapat tahanan dalam. Tahanan dalam ininilainya berbeda-beda antara behan penghantar satu dengan yanglainya. Sesuai dengan hukum ohm bahwa nilai tahanan dalampenghantar adalah perbandingan antara tegangan dan arus yangterdapat dalam tahanan tersebut.3) Jika terdpat muatan titik yang berada pada medan listrik makamuatan titik tersebut akan mengalami gaya coulomb, yakni gaya yangmengakibatkan mutan titik tersebut akan mengalami gaya tolak-menolak atau tarik menarik.g. Lembar Kerja 1Alat dan Bahan1) Catu Tegangan Variable.......................................... 1 Unit2) Amperemeter........................................................... 1 Unit3) Voltmeter................................................................. 1 Unit4) Multimeter................................................................ 1 Unit5) Batere...................................................................... 1 Unit6) Resistor ................................................................... 1 Unit7) Sakelar .................................................................... 1 Unit8) Lampu ..................................................................... 1 Unit9) Kompas ................................................................... 1 Unit10) Kabel pengantar ...................................................... secukupnya
  • 27. 20Keselamatan Kerja1) Periksa alat dan bahan sebelum digunakan, pastikan alat atau bahanyang digunakan tidak rusak.2) Gunakan alat ukus sesuai dengan batas ukur yang digunakan.3) Perhatikan posisi selektor pada multimeter sebelum digunakan, agartidak salah dalam pengukuran.4) Periksa ulang rangkaian sebelum menghubungkan dedngan sumbertegangan.Langkah Kerja1) Rangkai rangkaian seperti gambar dibawah ini :A2R1VA R3VdcIA1R2I1 I2Gambar 13. Lembar Kerja 12) Periksa alat dan bahan sebelum rangkaian diberi sumber tegangan.3) Amati penunjukkan nilai tegangan (V) dan arus (A, A1, A2),masukkan dalam tabel pengamatan.4) analisa data dengan menggunakan persamaan hukum ohm, hukumkirchoff arus (KCL), kirchoff tegangan(KVL)Tabel PengamatanTahanan (R1) Tegangan (V) Arus (A)
  • 28. 21(A) (A1) (A2)R = 10KR = 1KR = 100R = 102. Kegiatan Belajar 2: Rangkaian Arus Bolak-balika. Tujuan PembelajaranSetelah mempelajari kegiatan belajar rangkaian arus bolak-baliksiswa dapat mendeteksi sumber tegangan dan arus bolak-balik yangdigunakan dalam kehidupan sehari-hari.b. Uraian Materi 2Gaya gerak listrik dapat dihasilkan oleh kumparan yang bergerakdiantara medan magnet. Gaya gerak listrik (ggl) yang dihasilkan berupategangan yang dapat dilukiskan sebagai berikut :tVGambar 13. Grafik tegangan bolak-balik.Tegangan listrik yang berubah dengan waktu seprti gambar diatassering disebut dengan tegangan bolak-balik (AC = Alternating Current).Jika kumparan tersebut berputar dengan frekuensi sudut , makapersamaan tegangan bolak-balik dapat dinyatakan denganfungsisinusoida sebagai berikut :
  • 29. 22V(t) = Vm . sin t. (8)Dimana :V(t): tegangan sesaat, dalam satuan voltVm : tegangan maksimum, dalam satuan volt: frekuensi sudut, dalam satuan rad/detikt : waktu, dalam satuan detikHubungan antara frekuensi sudut ( ) dengan frekuensi (f)adalah := 2 f (9)dimana :f : frekuensi, dalam satuan Hertz (Hz), deengan frekuensimerupakan se-per satuan periode(T), dalam satuan detik.Tegangan PLN memiliki frekuensi sekitar 50 – 60 Hz. Tegangan listrikmemiliki frekuensi sampai 100 kHz, dikenal dengan tegangan audio.Frekuensi sampai 1 GHz sering disebut dengan radio (frequency radio)dan frekuensi sampai dengan 5 GHz dikenal dengan gelombang mikro(microwave).Sumber tegangan bolak-balik dihasilkan oleh generator AC. Dalamtegangan bolak-balik dikenal beberapa besaran, yang dijabarkan sebagaiberikut :1) Tegangan sesaat (Vt) adalah tegangan pada suatu waktu (t) detik.2) Tegangan maksimum (Vm) adalah tegangan dengan hargamaksimum dari tegangan nominal.3) Tegangan puncak-puncak (Vpp) merupakan beda teganganmaksimum dengan tegangan minimum, dirumuskan dengan :Vpp = 2. Vm4) Tegangan rata-rata (Vrata-rata) adalah tegangan rata-rata yang seringdigunakan, dirumuskan dengan :
  • 30. 23V rata-rata =2Vm(10)5) Tegangan efektif (Vef) adalah tegangan root mean square (rms)atau yang berarti tegangan akar kuadrat rata-rata. Nilai teganganefektif dapat dirumuskan dengan :V =Vmefektif2 (11)Jika kita mengukur tengan dengan alat ukur voltmeter AC, makategangan yang terukur pada skala penunjukan adalah tegangan rata-rata.Tetapi biasanya Voltmeter telah dikalibrasi agar penunjukan jarum sudahlangsung menunjukan nilai tegangan efektifnya. Pengukuran teganganPLN dengan voltmeter menunjukkan harga 220 V. Harga tegangan 220Vmerupakan nilai tegangan efektif PLN.Jika sumber tegangan AC dihubungkan dengan ujung-ujung beban,maka pada beban akan timbul arus listrik.beban yang digunakan dapatberupa beban resistif, baban induktif, beban kapasitif atau campuran.Arus listrik akan timbul pada beban juga berubah seiring berubahnyawaktu mengikuti fungsi sinusioda. Sehingga disebut dengan arus bolak-balik.BEBANi(t) = im sin wtSumberACGambar 14. Arus bolak-balik
  • 31. 24Seperti halnya pada tegangan bolak-balik juga terdapat beberapabesaran, antara lain :Arus sesaat : i(t);Arus maksimum : imArus puncak-puncak : ipp = 2. imArus rata-rata : irata-rataArus efektif : iefektifJika kita ingin mengukur arus AC dengan menggunakan amperemeterAC yang terlihat dalam penunjukan adalah arus efektif, apabilamenggunakan amperemeter DC yang terlihat dalam penunjukan jarumadalah arus rata-rata.1) Rangkaian Resistor (R)RSumberACi = im sin wtVGambar 15. Rangkaian resistor.Beban resistor yang terhubung dengan sumber tegangan bolak-balik, maka tegangan pada ujung-ujung resistor dapat dinyatakandengan rumus:V = Vm . sin t. (12)Dengan mengabaikan GGL induksi yang timbul pada resistor,besarnya arus listrik yang mengalir melalui resistor dapat ditentukandengan hukum ohm persamaan:
  • 32. 25i = VRi =VRm sin3t(13)Dengan mengganti besaran Vm/R = im (arus maksimum), makapersamaan dapat dituliskan:i = im . sin t. (14)Dalam persamaan yang terakhir diatas, tampak bahwa kuat aruslistrik yang mengalir melalui resistor juga merupakan fungsisinusiodal. Jadi arus listrik ini juga merupakan arus bolak-balik.Gambar dibawah ini diperlihatkan grafik yang melukiskantegangan bolak-balik dan kuat arus listrik bolak-balik dalam suatusistem koordinat yang sama.tViViGambar 16. V dan I untuk rangkaian resistor.Dari grafik diatas tampak bahwa V dan I mencapai nilaimaksimum, nol dan minimum pada saat yang ber samaan. Padakeadaan demikian, dikatakan bahwa V dan i mempunyai fase yangsama (sefase).Cara lain untuk memperlihatkan hubungan antara V dan i dapatdilakukan dengan melukiskan dengan diagram phasor, seperti yangdiperlihatkan dalam gambar berikut.
  • 33. 26Sb.XSb.YimVmViGambar 17. Diagram phasor hubungan V dan i rangkaian resistor.Pada penggambaran dengan phasor mempunyai ketentuansebagai berikut.(1). Panjang phasor menyatakan nilai-nilai maksimum daritegangan dan arus bolak-balik, yakni Vm dan im.Proyeksi phasor terhadap sumbu vertikal (sumbu Y)menyatakan nilai-nilai sesaat dari tegangan dan arus bolak-balik,yaitu :V = Vm . sin t dan i = im . sin t. (15)2) Rangkaian Induktor (L)Gambar berikut melukiskan sebuah rangkaian induktor yangujung-ujungnya dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik.LSumberACVGambar 18. Rangkaian induktorBeda tegangan bolak-balik pada ujung-ujung rangkaian induktordinyatakan dengan :V = Vm . sin t. (16)Apabila induktor mempunyai induktansi sebesar L, makaberdasar Hukum Lenz dinyatakan dengan persamaan :
  • 34. 27V Ldidt (17)Sehingga :Vm sinLdidt3t(18)VmLdi dt3tsin .(19)VmLi dt3tsin .(20)Sehingga arus listrik yang mengalir :VmLi3tcos3(21)dengan menggunakan fungsi trigonometri. Arus listrik dapatdituliskan kembali deengan persamaan :i tim sin3( - )2 (22)besarnya XL = L ini dikenal dedngan sebagai reaktansi induktif.Dalam sistem SI, satuan XL adalah Ohm ( ).Gambar dibawah ini, melukiskan diagram hubungan antara Vdan i untuk rangkaian induktor L dalam sebuah sistem koordinatyang sama.ViVi23tGambar 19. Grafik hubungan V dan i rangkaian induktor
  • 35. 28Dengan grafik tersebut, tampak bahwa V dan i berbeda fasesebesar /2. dalam diagram phasor, hubungan V dan i untukrangkaian induktor dapat dilihat pada gambar dibawah ini.Sb.XSb.YimVmiGambar 20. Diagram phasor V dan i rangkaian induktor.3) Rangkaian Capasitor (C)Sebuah kapasitor dengan kapasitansi C dihubungkan dengansumber tegangan bolak-balik V = Vm sin t.CSumberACabgambar 21. Rangkaian kapasitor.Berdasar definisi kapasitansi.Q = VC = Vm. C (24)Dari difinisi arus listrik (i), merupakan turunan pertama dari muatanQ terhadap waktu (t), maka diperoleh persamaan :idqdt (25)Vmi tsin33C (26)
  • 36. 29VmCi3tcos3sin33CVm1XC3tcosVmtimi cos3t (27)Besaran XC = 1/ C dikenal dengan reaktansi capasitif. Dalamsistem SI, satuan Xc adalah Ohm ( ) ., sedang sataun C dalamFarad. Jika grafik V dan i untuk rangkaian kapasitor ini digambarkandalam sebuah sistem koordinat yang sama, maka akan diperolehkurva tegangan dan arus seperti tampak pada gambar dibawah ini.ViVi23tGambar 22.. Grafik V dan i untuk rangkaian capasitor.Dari grafik diatas tergambarkan bahwa V dan i berbeda fase/2, yaitu arus i mendahului V sebesar /2. Diagram phasor untukrangkaian kapasitor C dapat digambarkan sebagai berikut.Sb.XSb.YimVmiGambar 23. Diagram phasor rangkaian Kapasitor.
  • 37. 304) Impedansi R, L Dan CDalam pembahasan sebelumnya, kita telah membahasrangkaian R, L dan C masing-masing secara terpisah. Dari sub babini kita akan membahas rangkaian R, L, dan C yang dihubungkansecara seri, seperti digambarkan oleh gambar dibawah ini.RLCSumber ACa b d fGambar 2.18. Rangkaian seri R,L dan C.Tegangan antara titik-titik ujung a dan f dapat dinyatakan dengan :Vaf = Vab + Vbd + Vdf (28)V = VR + VL + VC. (29)Dengan demikianVR = im.R sin t, menyatakan tegangan pada resistor R.VL = im.XL.sin ( t - /2), menyatakan tegangan pada induktor (L)VC = im.XC sin ( t + /2), menyatakan tegangan pada capasitorCDengan mensubtitusi VR, VL dan VC, maka tegangan V dapat dituliskembali dalam bentuk :V = Vm .sin ( t + ), dimana : (30)Vm : tegangan maksimum: beda fasa antara tegangan V dan arus iUntuk menentukan harga dari Vm dan sudut , digunakadiagram phasor seperti tampak dalam gambar berikut :
  • 38. 31VmSb.XSb.YViVc - VLVRGambar 24. Diagram phasor rangkaian seri RLC.Besaran impedansi rangkaian RLC, dilambangkan dengan Z,dengan persamaan :R (XL + Xc)2+2Z (31)dalam sisten SI, satuan untuk Z adalah ohm ( ) . besar sudut ( )dapat ditentukan pula dengan menggunakan persamaan :tg(XL + Xc)R (32)5) Resonansi SeriJika XL = Xc maka besarnya impedansi rangkaian adalah :R (XL + Xc)2+2Z(33)RZ (34)Rangkaian seri RLC dalam keadaan demikian terjadi resonansi.Besarnya frekuensi resonansi dapat ditentukan dengan :XL = XC3L = 1C33L= 1C (35)
  • 39. 32karena = 2 f, maka besarnya frekuensi resonansi dapat diketahuidengan persamaan :L= 1C12f(36)6) Daya Dalam Rangkaian Arus Bolak-BalikDisipasi daya dalam rangkaian arus bolak-balik seri RLC hanyaterjadi pada resistor R. Pada induktor dan kapasitor tidak terjadidisipasi daya. Jika ujung rangkaian seri RLC dihubungkan dengantegangan bolak-balik V = Vm. sin t, maka arus yang mengalirpada rangkaian seri RLC dapat dinyatak an dengan : i = im sin ( t+ ). Daya sesaat dapat dinyatakan dengan persamaan :P(t) = V.i (37)P(t) = (Vm. sin t).[(im.sin ( t+ )] (38)P(t) = (Vm.im.sin t). (sin t.cos +cos t.sin ) (39)P(t) = (Vm.im).(sin2t.cos + sin t.cos t.sin ) (40)Daya disipasi rata-rata adalah :Prata-rata = .5.Vm.im.cos (41)Karena : V efektif = 0,707 Vm dan iefektif = 0,707 im (42)Besaran cos ini disebut dengan faktor kerja (power faktor),dan untuk rangkaian seri RLC berlaku :RZcos(43)Untuk tahanan murni harga cos = 1, sedangkan untukinduktor murni berlaku cos = 0. seperti halnya rangkaian arussearah, daya yang hilang pada arus bolak-balik dapat jugadinyatakan dedngan persamaan :
  • 40. 33Prata-rata = i efektif. R atau (44)Prata-rata = (V efektif/Z).cos (45)CSumberACabc. Rangkuman 2Dalam rangkaian arus bolak-balik pengunaannya sangat luas,hampir semua instalasi gedung, rumah, industri menggunakan listrik arusbolak-balik. Dengan alasan itu maka sangat perlu untuk memahami dasarlistrik AC.d. Tugas 21) Pelajarilah materi tentang rangkaian arus bolak-balik ini!2) Amati penggunaan listrik dirumah anda, deteksi penggunaan komponenlistrik dan peralatan yang digunakan ! Coba ukur tegangan, arus danfrekuensi yang ada dirumah anda bandingkan dengan yang adadilaboraturium dasar listrik! Tanyakan bila ada masalah tentangpengamatan tersebut.e. Tes Formatif 21) Bagaimana pengaruh beban induktor dan capasitor terhadap daya yangdigunakan pada tegangan bolak-balik ?2) Apa yang dimaksud dengan faktor daya ?3) Mengapa nilai beban di pengaruhi oleh besar frekuensi sumber?
  • 41. 344) Jika terdapat beban RLC yang diseri dengan sumber tegangan, padasaat diukur beban total yang terdeteksi hanya beban R, mengapademikian ?f. Kunci jawaban Formatif 21) Beban capasitor dan induktor akan sangat berpengaruh pada dayasumber yang digunakan. Beban l dan c akan memberikan efek faktordaya pada daya input dengan daya output. Nilai faktor daya akanberakibat pada efektifitas penggunaan daya dan daya yang terbuang.2) Faktor daya adalah perbandingan antara daya output yang terpakaidengan daya sumber yang terpasang. Dengan mengetahui faktor dayakita akan mengetahui berapa daya yang terpakai, daya yang terbuangdan data untuk analisa yang lebih komplek.3) Nilai beban l dan c sangat dipengaruhi oleh frekuensi, berdasarkanpersamaan : xl = 2 fl, jelas bahwa nilai reaktansi induktif sangatdipengaruhi oleh nilai frekuensi. Begitu juga dengan reaktansi capasitif.4) Seri beban l dan c akan mengakibatkan terjadinya resonansi. Jika xcdan xl besarnya sama maka akan timbul frekuensi resonansi. Iniberakibat nilai xc dan xl saling mengurangi. Dan tahanan yang terukurhanyalah beban resistor.g. Lembar Kerja 2Alat dan Bahan1) Catu Tegangan Variable.......................................... 1 Unit2) Amperemeter........................................................... 1 Unit3) Voltmeter................................................................. 1 Unit4) Multimeter................................................................ 1 Unit5) Resistor ................................................................... secukupnya6) Sakelar .................................................................... 1 Unit7) Lampu ..................................................................... 1 Unit8) Kabel pengantar ...................................................... secukupnya
  • 42. 35Keselamatan Kerja1) Periksa alat dan bahan sebelum digunakan, pastikan alat atau bahanyang digunakan tidak rusak.2) Gunakan alat ukur sesuai dengan batas ukur yang digunakan.3) Perhatikan posisi selektor pada multimeter sebelum digunakan, agartidak salah dalam pengukuran.4) Periksa ulang rangkaian sebelum menghubungkan dedngan sumbertegangan.Langkah Kerjaa) Ambil sebuah rangkaian lampu TL 10 W, gambar rangkaianpenyambungannya !.ballast220Vb) Periksa alat dan bahan sebelum rangkaian diberi sumber tegangan.c) Amati penunjukkan nilai tegangan (V) dan arus (A), masukkan dalamtabel pengamatan.d) Tambahkan sebuah capasitor 3,5 F, sehingga rangkaian menjadiseperti gambar dibawah ini :
  • 43. 36e) Amati penunjukkan nilai tegangan (V) dan arus (A) setelahdihubungkan dengan kapasitor, masukkan dalam tabel pengamatan.f) Analisa data alam tabel !Tabel PengamatanPengukuran PerhitunganR ballast)Vsumber(V)Arus(I)XL ( ) Z ( )Daya(P)Sebelumditambah CSetelahditambah C3. Kegiatan Belajar 3 : Bahan Penghantar dan Isolatora. Tujuan PembelajaranSetelah mempelajari kegiatan belajar sifat dan macam penghantardan isolator siswa mampu memilah dan memilih jenis penghantar sesuaidengan fungsi dan kegunaanya dengan tepat.b. Uraian MateriDalam teknik listrik maupun elektronika, khususnya pada pelajaranpraktek, mempelajari dan memahami bermacam-macam bahan dan sifat-sifatnya merupakan hal yang sangat penting. Dalam memilih bahansebagai peyekat atau penghantar, perlu digunakan sesuai denganpenggunaanya dan mempertimbangkan beberapa aspek penting. Selainsifat bahan, juga mempunyai beberapa bentuk, seperti bahan padat, cairdan gas. Ada juga bahan yang memiliki ketiga bentuk tersebut, padatemperatur tertentu. Pada pembahasan kali ini kita akan membahastentang bahan penghantar (konduktor), isolator dan semikonduktor.1) Sifat Bahan KonduktorYang termasuk bahan-bahan penghantar adalah bahan yangmemiliki banyak elektron bebas pada kulit terluar orbit. Elektron bebas
  • 44. 37ini akan sangat berpengaruh pada sifat bahan tersebut. Jika suatubahan listrik memiliki banyak elektron bebas pada orbit-orbit elektron,bahan ini memiliki sifat sebagai penhantar listrik.Bahan penghantar memiliki sifat-sifat penting, yaitu :a) Daya Hantar ListrikArus yang mengalir dalam suatu penghantar selalu mengalamihambatan dari penghantar itu sendiri. Besar hambatan tersebuttergantung dari bahannya. Besar hambatan tiap meternya denganluas penampang 1mm2pada temperatur200C dinamakan hambatanjenis. Besarnya hambatan jenis suatu bahan dapat dihitung denganmenggunakan persamaan :l=ARp, dimana : (46)R : Hambatan dalam penghantar, satuanya ohm ( )p : hambatan jenis bahan, dalam satuan ohm.mm2/ml : panjang penghantar, satuannya meter (m)A : luas penampang kawat penghantar, satuanya mm2Persamaan untuk daya hantar listrik ni adalah :lp=dalam satuan S.m/mm2 (47)b) Koefisien Temperatur HambatanTelah kita ketahui bahwa dalam suatu bahan akan mengalamiperubahan volume bila terjadi perubahan temperatur. Bahan akanmemuai jika temperatur suhu naik dan akan menyusut jika temperatursuhu turun. Besarnya perubahan hambatan akibat perubahan suhudapat diketahui dengan persamaan ;R = R0 { 1 + (t – t0)}, dimana : (48)R : besar hambatan setelah terjadinya perubahan suhu
  • 45. 38R0 : besar hambatan awal, sebelum terjadinya perubahan suhu.T : temperatur suhu akhir, dalam 0Ct0 : temperatur suhu awal, dalam 0C: koefisien temperatur tahananc) Daya Hantar PanasDaya hantar panas menunjukkan jumlah panas yang melaluilapisan bahan tiap satuan waktu. Diperhitungkan dalam satuanKkal/jam 0C. Terutama diperhitungkan dalam pemakaian mesin listrikbeserta perlengkapanya. Pada umumnya logam mempunyai dayahantar panas yang tinggi.d) Daya Tegangan TarikSifat mekanis bahan sangat penting, terutama untuk hantarandiatas tanah. Oleh sebab itu, bahan yang dipakai untuk keperluantersebut harus diketahui kekuatanya. Terutama menyangkutpenggunaan dalam pendistribusian tegangan tinggi.e) Timbulnya daya Elektro-motoris TermoSifat ini sangat penting sekali terhadap dua titik kontak yangterbuat dari dua bahan logam yang berlainan jenis, karena dalamsuatu rangkaian, arus akan menimbulkan daya elektro-motoris termotersendiri bila terjadi perubahan temperatur suhu.Daya elektro-motoris termo dapat terjadi lebih tinggi, sehinggadalam pengaturan arus dan tegangan dapat menyimpang meskipunsangat kecil. Besarnya perbedaan tegangan yang dibangkitkantergantung pada sifat-sifat kedua bahan yang digunakan dansebanding dengan perbedaan temperaturnya. Daya elektro-motorisyang dibangkitkan oleh perbedaan temperatur disebut dengan dayaelektro-motoris termo.
  • 46. 39Dari sekian banyak logam yang digunakan dalam teknik listrik danelektronika, antara lain :alumunium, tembaga, seng, timah dansebagainya. Adapun sifat-sifat logam seperti yang disebutkan diatasadalah sebagai berikut :i) Sifat aluminium (Al)Berikut adalah sifat penting bahan lugam aluminium (Al) adalaha>. Dapat ditempa dalam keadaan dinginb>. Tidak tahan terhadap garam dapur atau lautc>. Warna silver atau perakd>. Titik didih = 18000Ce>. Rho ( ) = 0,0278f>. Alpha ( ) = 0,0047ii) Sifat tembaga (Cu)Beberapa sifat penting dari logam tembaga :a>. Dapat disepuh dan berkarat bila terkena CO2b>. Warna merah sedikit mengkilapc>. Titik didih = 22360C - 23400Cd>. Rho ( ) = 0,017e>. Alpha ( ) = 0,0043iii) Sifat seng (Zn)Beberapa sifat penting yang dimiliki oleh bahan logam sengadalah:a>. Dapat ditempa dalam keadaan dinginb>. Tidak tahan terhadap garam dan asam garamc>. Warna putih kebiru-biruand>. Titik didih = 9070Ce>. Rho ( ) = 0,0043f>. Alpha ( ) = 0,006iv) Sifat timah (Sn)
  • 47. 40Beberapa sifat penting yang dimiliki oleh bahan timah adalah :a>. Warna jernih mengkilapb>. Titik didih = 23600Cc>. Rho ( ) = 0,0043d>. Alpha ( ) = 0,12Selain bahan logam yang telah disebutkan diatas, ada juga bahanlogam yang lain yang tergolong sebagai bahan konduktor/ penghantarpada jenis logam mulia, seperti :perak, emas dan platina. Bahanlogam ini dinamakan logam mulia karena bahan ini memiliki jumlahelektron valensi yang lengkap, sehingga sangat sulit untukmengadakan reaksi lain.Bahan padat lain yang dipakai untuk penghantar adalah wolframyang digunakan untuk filamen katoda pada tabung elektron, lamu-lampu pijar, dan alat pemanas dengan temperatur yang tinggi.Dwilogam atau yang sering disebut dengan bimetal adalah duajenis logam yang disambung menjadi satu. Pemakaian dalam bidangkelistrikan sangat luas, misal ; kontak pengatur, regulator. Digunakanuntuk menjaga agar temperatur panas selalu konstan. Bimetal inidipasang didalam pemanas dan fungsinya memutus rangkaian bilatemperaturnya meningkat dan akan menyambung kembali rangkaianbila temperaturnya turun.2) Sifat Bahan IsolatorBahan yang disebut sebagai bahan isolator adalah bahan dielektrik,ini disebabkan jumlah elektron yang terikat oleh gaya tarik inti sangatkuat. Elektro-elektronya sulit untuk bergerak atau bahkan tidak sangatsulit berpindah, walaupun telah terkena dorongan dari luar. Bahanisolator sering digunakan untuk bahan penyekat (dielektrik). Pentyekatlistrik terutama dimaksudkan agar listrik tidak dapat mengalir jika padabahan penyekat tersebut diberi tegangan listrik. Untuk dapat memenuhi
  • 48. 41persyaratan tersebut, diperlukan jenis bahan yang sesuai. Selain syarattersebut juga diperlukan syarat yang lain yang dipertimbangkan untukmemenuhi pemakaianya, antaralain :a) Sifat KelistrikanBahan penyekat mempunyai tahanan listrik yang besar. Penyekatlistrik ditujukan untuk mencegah terjadinya kebocoran arus listrikantara kedua penghantar yang berbeda potensial atau untukmencegah loncatan listrik ketanah. Kebocoran arus listrik harusdibatasi sekecil-kecilnya (tidak melampui batas yang telah ditentukanoleh peraturan yang berlaku).b) Sifat MekanisMengingat luasnya pemakaiannya pemakaian bahan penyekat,maka dipertimbangkan kekuatan struktur bahannya. Dengandemikian, dapat dibatasi hal-hal penyebab kerusakan dikarenakankesalahan pemakaiannya. Misal diperlukan bahan yang tahan tarikan,maka kita harus menggunakan bahan dari kain daripada kertas.Bahan kain lebih kuat terhadap tarikan daripada bahan kertas.c) Sifat TermisPanas yang ditimbulkan dari dalam oleh arus listrik atau oleh arusgaya magnet, berpengaruh terhadap kekuatan bahan penyekat.Deemikian panas yang berasal dari luar (alam sekitar). Dalam hal ini,kalau panas yang ditimbulkan cukup tinggi, maka penyekat yangdigunakan harus tepat. Adanya panas juga harus dipertimbangkan,agar tidak merusak bahan penyekat yang digunakan.d) Sifat KimiaPanas yang tinggi yang diterima oleh bahan penyekat dapatmengakibatkan perubahan susunan kimia bahan. Demikian jugapengaruh adanya kelembaban udara, basah yang ada di sekitarbahan penyekat. Jika kelembaban tidak dapat dihindari, haruslah
  • 49. 42dipilih bahan penyekat yang tahan terhadap air. Demikian jugaadanya zat-zat lain dapat merusak struktur kimia bahan.Mengingat adanya bermacam-macam asal, sifat dan ciri bahanpenyekat, maka untuk memudahkan kita dalam memilih untuk aplikasidalam kelistrikan, kita akan membagi bahan penyekat berdasarkelompoknya. Pembagian kelompok bahan penyekat adalah sebagaiberikut :a) Bahan tambang (batu pualam, asbes, mika, dan sebagainya)b) Bahan berserat (benang, kain, kertas, prespon, kayu, dansebagainya)c) Gelas dan keramikd) Plastike) Karet, bakelit, ebonit, dan sebagainyaf) Bahan yang dipadatkan.Penyekat bentuk cair yang penting dan banyak digunakan adalahminyak transformator dan macam-macam hasil minyak bumi. Sedangpenyekat bentuk gas adalah nitrogen dan karbondioksida (CO2).Penggunaan bahan isolator selain sebagai bahan penyekatadalah sebagai bahan tahanan (resistor). Bahan tahanan yangumunya dipakai merupakan paduan/ campuran logam-logam terdiridari dua atau lebih unsur bahan campuran. Pemakaian bahantahanan dalam kelistrikan, antara lain :a) Untuk pembuatan kotak tahanan standart dan shuntb) Untuk tahanan dan rheostatsc) Untuk unsur pemanas, kompor listrik dan sebagainya.Sesuai dengan penggunaanya bahan tahanan haruslah memilikitahanan jenis yang tinggi, koefisien temperatur yang tinggi, danmemiliki daya elektro-motoris termo yang kecil. Pada penggunaanyang membutuhkan daya tahan panas tinggi, bahan tahanan harusdipilih yang memiliki titik cair yang tinggi, selain itu bahan tahanan
  • 50. 43pada keadaan panas yang tinggi tudak mudak dioksidir sehinggamenjadi berkarat.c. Rangkuman 3Pemilihan jenis bahan penghantar maupun isolator yang tepat, sesuaidengan fungsi dan kegunaanya dilapangan adalah suatu pemahamanyang harus dimiliki oleh seorang teknisi listrik maupun elektronika. Sifatdan macam bahan penghantar maupun isolator menggambarkankegiatan pembelajaran tentang jenis penghantar yang banyak digunakandilapangan. Pengetahuan tentang bahan penghantar maupun elektronikamendasari untuk pengembangan tentang sifat dan pengembangan bahansemikonduktor.d. Tugas 31. Pelajarilah materi tentang rangkaian arus bolak-balik ini !2. Amati didaerah sekitar lingkungan kalian, perhatikan bahankonduktor dan isolator yang digunakan dalam instalasi rumah andadan saluran distribusi listrik (tiang listrik) !. catat data penggunaanbahan konduktor maupun isolator!. Hasil pengamatan sebagai bahandiskusi dikelas, pada pertemuan berikutnya.e. Tes Formatif 31) Apa yang dimaksud dengan daya elektro-motoris termo ?.2) Sebutkan beberapa logam yang termasuk jenis pada golonganlogam mulia yang digunakan dalam kelistrikan ?3) Apa yang dimaksud dengan bahan dwilogam ?4) Apa nama bahan logam yang digunakan dalam kawat lampu pijar ?f. Kunci Jawaban Formatif 3
  • 51. 441) Daya elektro-motoris termo adalah sifat bahan yang sangat pentingsekali terhadap dua titik kontak yang terbuat dari dua bahan logamyang berlainan jenis, karena dalam suatu rangkaian, arus akanmenimbulkan daya elektro-motoris termo tersendiri bila terjadiperubahan temperatur suhu.Daya elektro-motoris termo dapatterjadi lebih tinggi, sehingga dalam pengaturan arus dan tegangandapat menyimpang meskipun sangat kecil. Besarnya perbedaantegangan yang dibangkitkan tergantung pada sifat-sifat keduabahan yang digunakan dan sebanding dengan perbedaantemperaturnya. Daya elektro-motoris yang dibangkitkan olehperbedaan temperatur disebut dengan daya elektro-motoris termo.2) Jenis logam mulia yang digunakan dalam kelistrikan adalah : perak,platina. Dari kedua bahan tersebut yang memiliki daya hantar yangterbaik dari semua jenis bahan penghantar adalah perak. Tetapi jikadilihat dari segi ekonomis harga pembelian perak sangat mahal,maka penggunaannya sangat terbatas. Hampir semua bahan logammulia penggunaanya sangat terbatas, dikarenakan mahalnyabahan dasar.3) Bahan dwilogam adalah komponen dalam kelistrikan yang banyakdigunakan. Bahan dwilogam juga dikenal dengan bimetal. Yaknibahan yang memadukan 2 bahan logam yang berlainan jenis,seperti gambar berikut :(a) Bimetal semula (b) setelah dipanaskan4) Bahan dasar yang digunakan untuk membuat kawat nyal;a dalamlampu pijar adalah wolfram. Wolfram adalah jenis penghantar yangmemiliki hambatan jenis yang besar. Apabila dialiri listrik energi
  • 52. 45tersebut diubah menjadi energi panas, sehingga kawat wolframmenyala (berpijar).g. Lembar Kerja 3Alat dan Bahan1) Micrometer............................................................... 1 Unit2) Jangka sorong......................................................... 1 Unit3) Ohmmeter................................................................ 1 Unit4) Multimeter................................................................ 1 Unit5) Induktor/ Ballast....................................................... 1 Unit6) Lampu pijar ............................................................. 1 Unit7) Kabel penghantar tembaga ..................................... secukupnya8) Kabel penghantar aluminium ................................... secukupnya9) Kabel penghantar email........................................... secukupnya10) Kabel penghantar .................................................... secukupnyaKeselamatan Kerja1) Periksa alat dan bahan sebelum digunakan, pastikan alat atau bahanyang digunakan tidak rusak.2) Gunakan alat ukur sesuai dengan batas ukur yang digunakan.3) Perhatikan posisi selektor pada multimeter sebelum digunakan, agartidak salah dalam pengukuran.Langkah Kerja1) Pilih salah satu jenis penghantar yang akan diukur, lakukanpengukuran panjang, diameter lingkaran dan hitung luas penampang.2) Masukkan data dalam tabel pengamatan3) Analisa data yang telah diambil untuk mengetahui kialitas daya hantarlistrik, hambatan jenis, koefisien termal dan sebagainya.
  • 53. 46Tabel PengamatanPengukuran PerhitunganJenispenghantarDiameter(d)Panjang kawat(l)Luaspenampang (A)DayahantarTembaga(NYA)AluminiumTembaga(serabut)Email
  • 54. 47BAB IIIEVALUASIA. PERTANYAAN1) Apakah yang disebut dengan arus listrik ?2) Terangkan mengapa penghantar listrik memiliki perlawanan yang berbeda-beda terhadap arus listrik ?3) Disetiap muatan titik dalam medan listrik yang homogen, maka muatantersebut mengalami gaya apa? Jelaskan !4) Bagaimana pengaruh beban induktor dan capasitor terhadap daya yangdigunakan pada tegangan bolak-balik ?5) Apa yang dimaksud dengan faktor daya ?6) Mengapa nilai beban di pengaruhi oleh besar frekuensi sumber?7) Jika terdapat beban RLC yang diseri dengan sumber tegangan, pada saatdiukur beban total yang terdeteksi hanya beban R, mengapa demikian ?8) Apa yang dimaksud dengan daya elektro-motoris termo ?.9) Sebutkan beberapa logam yang termasuk jenis pada golongan logam muliayang digunakan dalam kelistrikan ?10) Apa yang dimaksud dengan bahan dwilogam ?11) Apa nama bahan logam yang digunakan dalam kawat lampu pijar ?12) Rangkailah rangkaian dibawah ini menggunakan Capasitor 3,5 F, TL danBallast 10 W. Gunakan alat dan bahan yang sesuai seperti gambar dibawahini:
  • 55. 48a) Amati penunjukkan nilai tegangan (V) dan arus (A) dan masukkandalam tabel pengamatan.b) Analisa data alam tabel !Tabel PengamatanPengukuran PerhitunganR ballast ( ) Vsumber (V) Arus (I) XL ( ) Z ( ) Daya (P)B. KUNCI JAWABAN1) Arus listrik adalah jumlah muatan listrik yang mengalir dalam medanpenghantar tiap satuan waktu. Arus listrik memiliki satuan ampere (A)dengan simbol I. Arah arus listrik berlawanan dedngan arah gerak elektron.Jika elektron bergerak dari kutub negatif ke kutub positif melewati sebuahpenghantar (diluar sumber tegangan), sedang arah arus mengalir dari kutubpositif sumber dan mesuk melalui kutub negatif sumber tegangan.2) Sebuah penghantar pasti memiliki perlawanan jika dialiri arus listrik, karenadalam penghantar terdapat tahanan dalam. Tahanan dalam ini nilainyaberbeda-beda antara behan penghantar satu dengan yang lainya. Sesuaidengan hukum ohm bahwa nilai tahanan dalam penghantar adalahperbandingan antara tegangan dan arus yang terdapat dalam tahanantersebut.3) Jika terdapat muatan titik yang berada pada medan listrik maka muatan titiktersebut akan mengalami gaya coulomb, yakni gaya yang mengakibatkanmutan titik tersebut akan mengalami gaya tolak-menolak atau tarik menarik.4) Beban capasitor dan induktor akan sangat berpengaruh pada daya sumberyang digunakan. Beban l dan c akan memberikan efek faktor daya padadaya input dengan daya output. Nilai faktor daya akan berakibat padaefektifitas penggunaan daya dan daya yang terbuang.
  • 56. 495) Faktor daya adalah perbandingan antara daya output ang terpakai dengandaya sumber yang terpasang. Dengan mengetahui faktor daya kita akanmengetahui berapa daya yang terpakai, daya yang terbuang dan data untukanalisa yang lebih komplek.6) Nilai beban L dan C sangat dipengaruhi oleh frekuensi, berdasarkanpersamaan : XL = 2 fL, jelas bahwa nilai reaktansi induktif sangatdipengaruhi oleh nilai frekuensi. Begitu juga dengan reaktansi capasitif.7) Seri beban L dan C akan mengakibatkan terjadinya resonansi. Jika Xc danXL besarnya sama maka akan timbul frekuensi resonansi. Ini berakibat nilaiXC dan XL saling mengurangi. Dan tahanan yang terukur hanyalah bebanresistor.8) Daya elektro-motoris termo adalah sifat bahan yang sangat penting sekaliterhadap dua titik kontak yang terbuat dari dua bahan logam yang berlainanjenis, karena dalam suatu rangkaian, arus akan menimbulkan daya elektro-motoris termo tersendiri bila terjadi perubahan temperatur suhu.Dayaelektro-motoris termo dapat terjadi lebih tinggi, sehingga dalam pengaturanarus dan tegangan dapat menyimpang meskipun sangat kecil. Besarnyaperbedaan tegangan yang dibangkitkan tergantung pada sifat-sifat keduabahan yang digunakan dan sebanding dengan perbedaan temperaturnya.Daya elektro-motoris yang dibangkitkan oleh perbedaan temperatur disebutdengan daya elektro-motoris termo.9) Jenis logam mulia yang digunakan dalam kelistrikan adalah : perak, platina.Dari kedua bahan tersebut yang memiliki daya hantar yang terbaik darisemua jenis bahan penghantar adalah perak. Tetapi jika dilihat dari segiekonomis harga pembelian perak sangat mahal, maka penggunaannyasangat terbatas. Hampir semua bahan logam mulia penggunaanya sangatterbatas, dikarenakan mahalnya bahan dasar.10) Bahan dwilogam adalah komponen dalam kelistrikan yang banyakdigunakan. Bahan dwilogam juga dikenal dengan bimetal. Yakni bahan yangmemadukan 2 bahan logam yang berlainan jenis, seperti gambar berikut
  • 57. 50(a) Bimetal semula (b) setelah dipanaskan11) Bahan dasar yang digunakan untuk membuat kawat nyal;a dalam lampupijar adalah wolfram. Wolfram adalah jenis penghantar yang memilikihambatan jenis yang besar. Apabila dialiri listrik energi tersebut diubahmenjadi energi panas, sehingga kawat wolfram menyala (berpijar).C. KRITERIA KELULUSANKriteriaSkor(1-10)Bobot Nilai KeteranganKognitif (soal no 1 s/d 12) 3Kebenaran merangkai 3Kerapian, kebersihan, estetikapemasangan2Ketepatan waktu 1Ketepatan penggunaan alat 1Nilai AkhirSyarat lulus nilaiminimal 70
  • 58. 51BAB IVPENUTUPPeserta diklat yang telah mencapai syarat kelulusan minimal dapat melanjutkan kemodul TU-001 atau TU-002 atau TU-007. Sebaliknya, apabila peserta diklatdinyatakan tidak lulus, maka peserta diklat harus mengulang modul ini dan tidakdiperkenankan untuk mengambil modul selanjutnya.Jika peserta diklat telah lulus menempuh 9 modul, maka peserta diklat berhakmemperoleh sertifikat kompetensi Operator Peralatan Telekomunikasi Konsumen.
  • 59. 52DAFTAR PUSTAKAAhmad Kusnandar dkk (2001), Penerapan Konsep Dasar Listrik dan ElektronikaSMKTingkat I, Armico, Bandung.Tim. (1987),Teori Listrik 1, Pusat Pendidikan dan Latihan (Pusdiklat) PLN, Jakarta.Persyaratan Umum Instalasi Listrik 2000 (PUIL 2000), Yayasan PUIL Jakarta.

×