Bab ii

513 views

Published on

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

No Downloads
Views
Total views
513
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
2
Actions
Shares
0
Downloads
17
Comments
0
Likes
1
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Bab ii

  1. 1. 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA Arus listrik adalah banyaknya muatan listrik yang mengalir tiap satuan waktu. Muatan listrik bisa mengalir tiap satuan waktu. Muatan listrik bisa mengalir melalui kabel atau penghantar listrik laiinya. I=Q/T. Pada zaman dahulu, arus konvensional didefinisikan sebagai aliran muatan positif. Sekalipun kita sekarang tahu bahwa arus listrik itu dihasilkan dari aliran elektron yang bermuatan negatif ke arah yang sebaliknya. Hambatan listrik adalah perbandingan antara tegangan listrik dari suatu komponen elektron(misalnya resistor) dengan arus listrik yang melewatinya. Hambatan listrik dapat dirumuskan sebagai berikut: V I = R Dimana V adalah tegangan dan I adalah kuat arus. Tegangan listrik(kadang disebut sebagai voltase) adalah perbedaan potensi listrik antara dua titik dalam rangkaian listrik, dinyatakan dalam satuan volt. Besaran ini mengukur energi potensial sebuah medan listrik untuk menyebabkan aliran listrik dalam sebuah konduktor listrik. Tergantung pada perbedaan potensi listrik satu tegangan listrik dapat dikatakan sebagai ekstra rendah, rendah, tinggi atau ekstra tinggi. V = I ร— R Ketika tegangan yang diberikan pada ujung-ujung hambatan (lampu) diperkecil, sedangkan besar hambatan yang terpasang besarnya tetap, maka kuat arus yang mengakir menjadi kecil dan nyala lampu menjadi redup. Bila tegangan yang diberikan pada ujung-ujung hambatan diperbesar, sedangkan hambatan yang terpasang besarnya tetap, maka kuat arus yang mengalir besarnya bertambah dan nyala lampu bertambah terang. Pada dasarnya rangkaian listrik terjadi ketika sebuah penghantar mampu dialiri elektron bebas secara terus-menerus. Aliran yang terus-menerus ini yang
  2. 2. 4 disebut dengan arus, dan sering juga disebut aliran, sama halnya dengan air yang mengalir pada sebuah pipa. Tegangan (the force) yang mendorong elektron agar bisa mengalir dalam sebuah rangkaian dinamakan tegangan. Tegangan adalah sebenarnya nilai dari potensial energi antara dua titik. Ketika kita berbicara mengenai jumlah tegangan pada sebuah rangkaian, maka kita akan ditunjukkan pada berapa besar energi potensial yang ada untuk menggerakkan elektron pada titik satu dengan titik yang lainnya. Tanpa kedua titik tersebut istilah dari tegangan tersebut tidak ada artinya. Elektron bebas cenderung bergerak melalui konduktor dengan beberapa derajat pergesekan, atau bergerak berlawanan. Gerak berlawanan ini yang biasanya disebut dengan hambatan. Besarnya arus di dalam rangkaian adalah jumlah dari energi yang ada untuk mendorong elektron. Dan juga jumlah dari hambatan dalam sebuah rangkaian untuk menghambat lajunya arus. Sama halnya dengan tegangan hambatan ada jumlah relatif antara dua titik. Dalam hal ini, banyaknya tegangan dan hambatan sering digunakan untuk menyatakan antara atau melewati titik pada suatu titik. Untuk menemukan arti dari ketetapan dari persamaan dalam rangkaian ini, kita perlu menentukan sebuah nilai layaknya kita menentukan nilai massa, panjang, isi, dan bentuk lain dari persamaan fisika. Standar yang digunakan pada persamaan tersebut adalah arus listrik, tegangan dan hambatan. George Simon Ohm merupakan ilmuwan yang berhasil menentukan hubungan antara beda potensial dengan arus listrik. Selain itu juga menemukan bahwa perbandingan antara beda potensial di suatu beban listrik dengan arus yang mengalir pada beban listrik tersebut menghasilkan angka yang konstan. Konstanta ini kemudian dikenal dengan hambatan listrik (R). Untuk menghargai jasanya maka satuan hambatan listrik adalah ohm (โ„ฆ). Bunyi hukum ohm hampir setiap buku berbeda-beda tetapi secara garis besar semuanya hampir sama, dari hasil semedi sambil membaca buku fisika, dapat merangkum 2 bunyi hukum ohm yaitu: 1. Besarnya arus listrik yang mengalir sebanding dengan besarnya beda potensial(tegangan). Untuk sementara tegangan dan beda potensial
  3. 3. 5 dianggap sama walau sebenarnya kedua secara konsep berbeda. Secara matematika dituliskan I~V atau V~I. Untuk menghilangkan kesebandingan ini maka perlu ditambahkan sebuah konstanta yang kemudian dikenal dengan sebuah hambatan (R) sehingga persamaannya menjadi V = I ร— R. Dimana V adalah tegangan (volt), I adalah kuat aru s (A) dan R adalah hambatan (ohm). 2. Perbandingan antara tegangan dengan kuat arus merupakan suatu bilangan konstan yang disebut hambatan listrik. Secara matematika dituliskan V I =R atau dituliskan V = I ร— R. Fungsi utama hukum ohm adalah digunakan untuk mengetahui hubungan tegangan dan kuat arus serta dapat digunakan untuk menentukan suatu hambatan beban listrik tanpa menggunakan ohmmeter. Jadi hukum ohm adalah semakin besar sumber tegangan maka semakin besar arus yang dihasilkan. Arus listrik dalam rangkaian yang diukur sengan memasang amperemeter(berhambatan rendah) secara seri di dalamnya. Beda potensial diukur dengan menghubungkan voltmeter (berhambatan tinggi). Pada kedua ujung resistor yang sedang dicari, jadi dihubungkan secara paralel. Hambatan resistor dihitung sebagai hasil bagi penunjukan voltmeter dengan apa yang terbaca pada amperemeter, sesuai hukum ohm R = V I (jikalau nilai resistansi diinginkan dengan tepat, hambatan voltmeter dan amperemeter harus ikut diperhitungkan dalam rangkaian). Aliran listrik dalam sebuah penghantar ternyata tidak sama besarnya, hal ini ditunjukkan oleh nyala lampu pijar maupun angka yang ditunjukkan oleh amperemeter. Ketidaksamaan ini disebabkan oleh penghantar yang selalu memiliki hambatan. Hambatan dari suatu bahan atau penghantar mempengaruhi besar kecilnya arus listrik yang melewatinya. Sedangkan multimeter adalah sebuah alat yang dapat digunakan untuk mengukur kuat arus, beda potensial, dan hambatan pada sebuah penghantar atau rangkaian listrik. Apabila multimeter digunakan untuk mengukur besar hambatan atau digunakan sebagai ohmmeter.
  4. 4. 6 Hambatan suatu penghantar juga dapat digunakan juga dapat diukur secara tidak langsung, yaitu dengan cara mengukur besar arus yang lewat pada penghantar dan mengukur beda potensial ujung-ujung penghantar itu. Listrik Dinamis Jenis Resistor Macam-macam resistor ditinjau dari jenis resistans nya, sbb : ๏‚ท Resistor tetap(constant resistor)/ gelang-gelang resistor Resistor pada resistor tetap ada yang dinyatakan dengan warna cincin pada badan resistor atau dituliskan pada badan resistor. Pada gelang resistor, warna ring memilki arti : a. Ring I : angka pertama b. Ring II: angka kedua c. Ring III : pengali(x) d. Ring IV : toleransi Arti kode warna pada resistor : Warna Lingkaran I(bilangan pertama) Lingkaran II(bilangan kedua) Lingkaran III(bilangan ketiga) Lingkaran IV(toleransi) hitam 0 0 1 - Cokelat 1 1 10 1% Merah 2 2 102 2% Jingga 3 3 103 - Kuning 4 4 104 - Hijau 5 5 105 0,5% Biru 6 6 106 -
  5. 5. 7 Ungu 7 7 107 - Putih 8 8 108 - Abu-abu 9 9 109 - Emas - - 0,1 5% Perak - - 0,01 10% Tanpa warna - - 20% ๏‚ท Resistor variable (variable resistor) Resistor variable adalah resistor yang nilai hambatannya dapat diubah- ubah. Berdasarkan banyaknya terminal yang digunakan dalam rangkaian,resistor variable dibedakan menjadi potensiometer jika menggunakan dua terminal,dan rheostat jika menggunakan dua terminal. Berdasarkan bentuknya resistor variable dibedakan menjadi potensiometer putar,potensiometer geser,dan trimmer potensiometer(trimpot). ๏‚ท Resistor yang resistans nya bergantung pada cahaya : 1. Termistor adalah resistor yang bergantung pada suhu. Dibedakan menjadi 2: a. NTC(Negative Temperature Coeficient),yaitu resistor yang niali hambatannya makin kecil jika suhunya tinggi. b. PTC(Positive Temperature Coeficient),yaitu resistor yang nilai hambatannya makin kecil jika suhunya tinggi. 2. LDR(Light Dependent Resistor) Adalah resistor yang nilai hambatannya bergantung pada cahaya. Apabila LDR terkena cahaya terang, nilai hambatannya makin kecil. A. Besaran-besaran dasar listrik &pengukurannya
  6. 6. 8 a. Kuat arus listrik Muatan listrik ada 2, yaitu muatan positif dan muatan negative,yang dapat dirumuskan : q=npp+nee Keterangan : np=jumlah muatan positif ne= jumlah muatan negatif p =muatan positif(1,6x10-19 C) e =muatan negative(-1,6x10-19 C) Arus listrik adalah laju perubahan muatan yang menembus penampang penghantar. Persamaanya : ๐ผ = ๐‘„ ๐‘ก Keterangan : I=kuat arus listrik(A) Q=muatan listrik(C) t =waktu(s) Rapat arus listrik adalah kuat arus yang menembus luas penampang penghantar tiapa satuan luasnya. Persamaannya : ๐ฝ = ๐ผ ๐ด Keterangan :
  7. 7. 9 J=rapat arus listrik(A/m2 ) I= kuat arus lisrik(A) A=luas penampang arus listrik(m2 ) b. Tegangan Listrik Adalah beda potensial antara kutub sumber tegangan atau hasil bagi usaha listrik dengan muatan listrik,persamannya : ๐‘‰ = ๐‘Š ๐‘„ Keterangan : V=tegangan(volt) W=usaha listrik(J) Q=muatan listrik(C) c. Hambatan (Resistor/Resistans) adalah besaran listrik yang menentukan kemudahan mengalirnya arus listrik. Secara matematis persamaannya sebagai berikut : ๐‘… = ๐‘‰ ๐ผ Keterangan : R=hambatan (ฮฉ/ohm) V=tegangan(V) I=arus lisrik(A) Faktor-faktor yang mempengaruhi hambatan listrik
  8. 8. 10 1. Jenis bahan 2. Panjang(l) 3. Luas penampang(A) 4. Suhu (T) Rumusan : ๐‘… = ๐œŒ ๐‘™ ๐ด Keterangan : R=hambatan(ฮฉ) ฯ=hambatan jenis(ฮฉm) l = Panjang penampang(m) A=luas penampang(m2 ) Hubungan hambatan dengan suhu adalah : ๐œŒ = ๐œŒ๐‘œ(1 + ๐›ผ๐›ฅ๐‘‡) Keterangan : ฯ = hambatan jenis pada suhu T(ฮฉm) ฯo=hambatan jenis pada suhu To(ฮฉm) ฮฑ =koefisien suhu hambatan jenis. ฮ”T= perubahan suhu Karena R berbanding lurus dengan ฯ,mka persamaannya menjadi : ๐‘… = ๐‘…๐‘œ(1 + ๐›ผ๐›ฅ๐‘‡) Keterangan : R= hambatan pada suhu T(ฮฉ)
  9. 9. 11 Ro=hambatan pada suhu To(ฮฉ) Susunan Paralel,Seri,dan Campuran pada Rangkaian listrik a. Susunan seri 1. Sumber tegangan Rumus persamaan : Es=โˆ‘ ๐ธ๐‘˜ = ๐ธ1 โˆ’ ๐ธ2 + ๐ธ3๐‘ ๐‘˜=1 Resistans dalam sumber tegangan : rs=r1+r2+r3 Jika sumber tegangan ada N buah, maka berlaku : Es=NE Resistans dalam rangkaian seri ada N buah, maka berlaku : rs=Nr 2. Resistor Jika resistor dirangkai seri,maka persamaannya menjadi : Rek=Rs=โˆ‘ ๐‘…๐‘˜๐‘ ๐‘˜=1 b. Susunan Paralel 1. Sumber tegangan Ep=E Resistans pada sumber tegangan : 1 ๐‘Ÿ๐‘ = 1 ๐‘Ÿ1 + 1 ๐‘Ÿ2 + 1 ๐‘Ÿ3 rp = ๐‘Ÿ 3
  10. 10. 12 Jika N buah tegangan dirangkai paralel, maka persamannya akan tetap sama : Ep=E Jika N buah resistans disusun parallel, maka berlaku : rp= ๐‘Ÿ ๐‘ 2. Resistor 1 rek = 1 Rp = โˆ‘ 1 Rk N k=1 Untuk 2 susunan resistor paralel, maka berlaku : Rp = R1R2 R1 + R2 Contoh Soal : 1. Jika ada N buah resistor yang masing-masing memiliki resistans R disusun seri diukur resistans ekuivalen. Kemudian resistor ekuivalen susunan parallel diukur pula resistans ekuivalennya. Berapa perbandingan resistans ekuivalen susunan seri dan parallel? Penyelesaian : Rs : Rp=NR: ๐‘… ๐‘ =N2 :1 Hukum Kirchhoff Hukum Kirchhoff I
  11. 11. 13 Menyatakan bahwa jumlah semua arus yang menuju titik percabangan dan yang meninggalkan titik percabangan adalah 0 Atau Menyatakan bahwa jumlah semua arus yang menuju titik percabangan sama dengan semua arus yang meninggalkan titik percabangan. Secara matematis dituliskan : โˆ‘ ๐‘–๐‘˜ = 0 ๐‘ ๐พ=0 Misalkan : I1+I2-I3-I4+I5 I1+I2+I5=I3+I4 Hukum Kirchhoff 2 Menyatakan bahwa jumlah aljabar penurunan tegangan pada suatu jalur tertutup adalah 0. Atau Menyatakan bahwa jumlah aljabar penurunan tegangan pada elemen dikurangi jumlah aljabar penurunan tegangan pada sumber untuk suatu jalur tertutup adalah 0. โˆ‘ ๐‘‰๐‘˜ = ๐‘– โˆ’ โˆ‘ ๐ธ๐‘˜ = 0 ๐‘ ๐‘˜=1 ๐‘ ๐‘˜=1 ๐‘Ž๐‘ก๐‘Ž๐‘ข I(R1+โ€ฆ..+RN)=E1+โ€ฆ.+EN
  12. 12. 14 Hukum Kirchhoff pada loop tunggal Pada rangkaian listrik yang membentuk jalur tertutup dinamakan loop atau mesh. Pada loop tunggal, analisis menentukan arus sangat mudah dengan menggunakan KVL. Hukum Kirchhoff pada loop majemuk Rangkaian 2 loop a. Pada loop I, menurut KCL dan KVL berlaku : I1R1+(i1-i2)R3+E3+E1=0 (R1+R3)i1-R3i2=E1-E3 b. Pada loop II, menurut KCL dan KVL berlaku : I2R2+(i2-i1)R3-E3+E2=0 -R3i1+(R2+R3)i2=E3-E2 Gaya gerak listrik dan tegangan jepit Gaya gerak listrik(GGL) adalah teganagan saat sakelar dalam keadaan terbuka. Tegangan jepit adalah tegangan saat sakelar dalam keadaan tertutup. Hubungan antara GGL & tegangan jepit adalah : VAB=ฯต-Ir Mengingat bahwa VAB=I.R, maka berlaku : VAB= ๐œ– 1+ ๐‘Ÿ ๐‘… Dengan r adalah hambatan dalam Energi Listrik
  13. 13. 15 Energi listrik adalah energy yang dihasilkan oleh electron-elektron yang mengalir dalam kabel penghantar. Perhitungan energy listrik : W=V I t Atau W= I2 R t W= ๐‘‰2 ๐‘… t Keterangan : W=energy listrik(J) I=kuat arus listrik(A) t= waktu (s) R=resistor(ฮฉ) Penggunaan Energi Listrik Energi listrik biasanya digunakan untuk menyalakan peralatan elektronik, yang nantinya akan terjadi konversi energy. Contohnya : 1. Elemen pemanas Elemen pemanas adalah sebuah lempengan atau kumparan yang terbuat dari bahan logam,yang apabila diberi arus listrik dapat menimbulkan panas atau kalor. Prinsip kerja elemen pemanas adalah mengubah energy listrik menjadi energy pemanas. 2. Lampu pijar Lampu pijar dapat mengubah energy listrik menjadi energy panas dan cahay. Jumlah energy panas yang dihasilkan oleh lapu adalah 90% dan energy
  14. 14. 16 cahaya hanya 10%. Oleh karena itu ruangan yang menggunakan lampu pijar akan terasa lebih panas. 3. Lampu TL/Tabung Lampu TL adalah jenis lampu yang terbuat dari tabung kaca yang didalamnya berisi gas tertentu(biasanya uap raksa) dan kedua Ujungnya terdapat dua electrode, yaitu electrode negatif dan electrode positif. Daya listrik Daya adalah besarnya usaha yang dilakukan setiap satuan waktu, atau kecepatan perubahan energy. Persamaan matematisnya : ๐‘ƒ = ๐‘Š ๐‘ก ๐‘ƒ = ๐‘‰ ๐ผ ๐‘ƒ = ๐ผ2 ๐‘… ๐‘ƒ = ๐‘‰2 ๐‘… Keterangan : P= daya listrik( Watt) V=tegangan listrik( Volt) I= kuat arus listrik( A) R= resistor(ฮฉ) t= waktu (sekon) Biaya penggunaan Listrik Dalam perhitungan penggunaan energy listrik diukur dalam Kwh(kilowatthour) atau satuan listrik. Komponen tagihan listrik :
  15. 15. 17 1. Biaya beban( abonemen), merupakan biaya yang besarnya didasarkan pada golongan tariff. Besar biaya ini tetap untuk 1 periode selama tidak ada perubahan tariff dasar listrik(TDL). Contohnya, Golongan tariff R1 450 VA( rumah tangga) biaya beban Rp11.000,-, golongan tariff R1 1300 VA(rumah tangga) biaya beban Rp30.100,- 2. Biaya pemakaian(kwh),merupakan biaya pemakaian energy listrik yang dihitung berdasarkan biaya pemakaian selama periode tertentu yang dicatata melalui Kwhmeter. Besar biaya pemakaian ini bervariasi untuk setiap golongan tariff. 3. Biaya kelebihan pemakaian KVArh(biasanya dikonsumsi oleh non rumah tangga). Contohnya Golongan tariff S-3 (sosial) Rp529,-/KVArh ,dan golongan B-3(bisnis) Rp616,-/KVArh 4. Biaya pemakaian trafo(biasanya dikonsumsi oleh non rumah tangga), merupakan biaya yang dikenakan kepada para pelanggan yang mendapat pasokan listrik dengan menggunkan tarfo milik PLN. 5. Pajak Penerangan Jalan Umum(PPJU), merupakan biaya penerangan jalan umum. Biaya ini dipungut pemerintah daerah melalui PLN. 6. Biaya materai ,merupakan biaya untuk kelengkapan administrasi yang besarnya sesuai peraturan yang berlaku yaitu Rp3000,-. 7. Pajak Pertambahan Nilai(PPN) , merupakan biaya sebesar 10% dari jumlah tagihan yang dikenakan kepada konsumen dengan golongan tariff R-3. Distribusi Energi Listrik Listrik yang kita gunakan dirumah bersal dari pembangkit listrik. Listrik ini ditransmisikan(disalurkan) dari pembangkit listrik melalui system rangkaian kabel bertegangan tinggi. Tegangan pada system rangkaian kabel biasanya 132 kV, lebih tinggi dibandingkan dengan tegangan pembangkit listrik yang biasanya 25 kV.
  16. 16. 18 Transformator step-up digunakan untuk menaikkan tegangan 25 kV dari output sebuah pembangkit listrik ketegangan 400 kV,150kV,132kV,66kV, atau 11 kV dan disalurkan melalui kabel aluminium ke kawasan pengguna seperti kawasan industry,perusahaan, rumah sakit, dan rumah-rumah penduduk. Kemudian transformator step-down pada gardu listrik digunakan untuk menurunkan tegangan dan menyalurkan kepada pengguna dikawasan tertentu. Alasan mengapa tegangan dinaikkan antara pembankit listrik dengan system jaringan kabel adalah agar arus listrik yang digunakan untuk mentransfer sejang melalui jaringan, jumlah daya melalui jaringan menjadi berkurang pabila tegangan dinaikkan. Makin kecil arus makin kecil daya yang terbuang akibat panas yang ditimbulkan oleh kabel. Tegangan yang digunakan dalam transmisi listrik adalah sumber tegangan AC(bolak-balik). Hal ini dikarenakan tegangan AC dapat dinaikkan dan diturunkan dengan menggunkan trafo, sehingga memungkinkan terjadinya efisensi transfer daya melalui jaringan.

ร—