< Previous 17 Satuan dari muatan listrik : 1 coulomb ( IC ) atau 1 amper sekon ( 1 As ) C = 1 As 1 As 18 elektron. 2.1.2.3. PENGHANTAR ARUS DALAM LOGAM Atom-atom di dalam logam tersusun menurut suatu ikatan geometris yang sempurna ( kisi logam ) Kisi logam Kejadian elektron bebas di dalam logam Gambar 2.3 Pergerakan Elektron Bebas dalam Logam Elektron bebas dan muatan positif suatu penghantar Muatan ( ion ) positif yang tidak bergerak Gambar 2.4 Elektron Bebas dan Muatan Positif dalam Suatu Penghantar Pada penghantar yang baik, perak atau tembaga, jumlah elektron bebas sama dengan jumlah atom. Contoh : Kawat tembaga : panjang = 1 m, luas penampang = 1 mm2 berisi kira-kira 85 . 1021 atom. mempunyai elektron bebas. Benda lain seperti kayu, porselen dsb, memiliki elektron bebas sedikit.Bahan ini bukan penghantar listrik, melainkan penyekat listrik. Logam mempunyai elektron-elektron bebas, mereka di dalam penghantar bergerak bebas. Elektron bebas ini berlaku sebagai penghantar listrik. 18 2.1.2.4. PENGHANTAR ARUS DALAM ZAT CAIR Pada zat cair tiap-tiap atom atau molekul dapat bergerak Percobaan : Gambar 2.5 Percobaan Penghantar Arus dalam Zat Cair Ketentuan : Air destilasi ( air suling ) adalah bukan penghantar, Dia tidak mengalirkan arus. Dengan menambahkan garam dapur, air destilasi menjadi penghantar dan mengalirkan arus. 2.1.2.5. PERISTIWA ATOM: Molekul garam akan terurai dari air “Elektron - bersama” suatu molekul Na ϕ tinggal pada atom ϕ ;Oleh karena itu terjadi :1 Atom NA dengan kekurangan 1 elektron ( Ion Na positif ) 1 Atom CL dengan kelebihan 1 elektron ( ion Χ negatif ) Sifat kelistrikan atom yang tidak sama dinamakan ION ( berpindah )Dia didalam zat cair bertindak sebagai penghantar listrik. Garam dapur : Natrium + Chlor Natriumchlorida Garam 19 Na −+1111 C1 −+1717 Gambar 2.6 NaCI ( molekul garam dapur ) Ikatan kimia melalui kerjasama elektron ( elektron valensi ) Na −+1011 C1 −+1817 Gambar 2.7 Ikatan kimia elektron ( elektron valensi ) NaCl Penghantaran arus dalam zat cair dinamakan elektrolit 20 Tabel 2.7 Elektrolit Bukan Elektrolit -Larutan asam -larutan alkali ( Basa ) -larutan garam toh : -Asam belerang -Natron basa -Air sumur − air murni( destilasi ) − Hidrokarbon − alkohol Contoh --Minyak isolasi --Aseton Elektrolit adalah bahan, dalambentuk larutan penghantarkan arus listrik, tetapi dalam bentuk padatbukan penghantar (ini berbedadengan logam, yang mana jugasebagai penghantar padat ) Elektrolit didalam air ter belahmenjadi ion positif dan negatif (diisolasi ) Bukan elektrolit adalah bahan, larutan encernya tidak menghantarkan arus listrik. Bukan elektrolit didalam air atau media yang lain sebagai molekul tersendiri, bermuatan netral. 2.1.2.6. PEMBENTUKAN ION DALAM LARUTAN ENCER Pada asam ion hidrogen positif ion sisa asam negatif Contoh : HCI H2SO4 H+ 2H+ + + CI − SO4 − − Pada basa : Contoh : NaOH Ca ( OH ) 2 ion sisa basa positifI Na+ Ca++ + + ion hidroksida negatif OH − 2OH − Pada garam : Contoh : Na ϕ Cu So4 ion sisa basa positif Na + Cu ++ + + ion sisa basa negatif Cl −So4 − − 2.1.2.7. PENGHANTAR ARUS DALAM GAS Gas pada suhu normal dan kuat medan listrik kecil adalah bukan penghantar, oleh karena gas bermuatan netral. 21 Untuk mendapatkan sifat hantar listrik, atom gas harus dionisirbersamaan dengan itu ( terutama )terbentuk ion positif. Ionisasi gasdinamakan plasma. 2.1.2.8. IONISASI Ionisasi memerlukan TENAGA dalam bentuk : Sinar kosmik yang terang, radioaktif) Medan listrik Tenaga tumbuk Pada gas sebagai penghantar listrik adalah ion dan elektron. Peristiwa terjadinya penghantaran arus dalam gas dinyatakan sebagai pelepasan gas. 2.1.2.9. PELEPASAN GAS Macam-macam pelepasan gas : Pelepasan korona ( Terjadi pada medan listrik tinggi ) Contoh : Saat terjadi petir timbul pelepasan muatan diikuti pancaran sinar pada benda logam yang runcing ( Penangkap petir ) Pelepasan tidak dengan sendirinya ( Gas hanya akan enghantarkan, selama diberi tenaga ) Contoh : Tanda kebakaran otomatis, Pelepasan dengan sendirinya (Gastetap menghambat tanpa penam bahan tenaga lebih lanjut dari luar ) Contoh : Lampu pelepasan gas Pelepasan busur ( Busur cahaya ) Contoh : Tungku busur, las busur, lampu busur. Cahaya Gelombang Pendek Ion Elektron 22 2.1.3. SUMBER LISTRIK 2.1.3.1. TEGANGAN LISTRIK Penyebab gerakan pada elektron bebas dan ion Untuk menimbulkan tenaga listrik, muatan positif dan negatif pada semua bahan dipisahkan satu sama lain. Muatan yang terpisah ini berusaha menyeimbangkan diri.Kecenderungan untuk seimbang antara muatan yang berbeda dinamakan tegangan listrik. Gambar 2.8 Tegangan Listrik Dari Sumber Listrik Baterai Tegangan listrik yang berhubungan dengan tekanan elekton bebas merupakan penyebab bergeraknya elektron tersebut. Tegangan listrik itu terjadi : a.Antara bagian yang kelebihan dan kekurangan elektron. b.Antara bagian yang kelebihan elektron banyak dan sedikit. c.Antara bagian yang kekurangan elektron banyak dan sedikit. Tabel 2.8 Pembangkitan tegangan Keterangan Gambar (percobaan ) Contoh Induksi -Generator dalam kerja tenaga -Mesin penerangan mobil -Dinamo sepeda Pembangkitan - tegangan secara kimia Baterai ( elemen galvanis, akumulator ). Korosi elektronika Pembangkitan titik sambungan dua logam yang berbeda Elemen panas ( Thermo elemen ) 23 Sinar yang mengenai foto elemen Foto cell Sinar filem Pengaruh ( Muatan elektro statis ) Pemisahan atau gesekan bahan isolasi Muatan statik pada bahan plastik Tekanan pada kristal Mengukur tekanan, Piringan hitam kristal Mikrofon kristal Otot dan saraf Gerakan otot karena tegangan listrik, pembang kitan tegangan listrik. Elektro kardiogram Pemanggil ikan ( getaran ) 2.1.3.2. ARUS LISTRIK Listrik sebagai energi dapat dibangkitkan dari energi yang lain . Energi mekanik, energi kimia dan energi panas dapat membangkitkan energi listrik dapat mengalir melalui bahan penghantar, tetapi tidak semua bahan dapat mengalirkan listrik . Bahan yang memiliki elektron-elektron bebas didalamnya, seperti logam, dapat mengalirkan listrik tetapi kayu yang tidak memiliki elektron-elektron bebas tidak dapat mengalirkan .Karena listrik merupakan bentuk energi yang amat luas penggunaannya, maka perlu sekali dipahami sifat-sifatnya . Penghantar yang menghubungkan kutub-kutub sebuah sumber listrik terletak didalam medan listrik . Karena medan listrik inilah elektron-elektron bebas di dalam penghantar bergerak dan terjadilah aliran listrik . Aliran listrik yang berasal dari elemen mempunyai arah yang tetap, yaitu dari kutub berpotensial tinggi ke kutub berpotensial rendah, sedang yang berasal dari dinamo arahnya dapat tetap atau tidak . Aliran listrik yang arahnya tetap disebut aliran listrik searah ( DC = direct current ) dan yang tetap sering disebut aliran listrik bolak-balik ( AC = alternatif current ). Ada dua macam jenis arus a. Arus searah b. Arus bolak-balik Yang dimaksud dengan arus searah bilamana elektron yang bergerak maju secara teratur. Arus bolak balik ini suatu masa elektron yang bergerak maju secara tidak teratur dimana saling terjadi penggantian arah aliran maju atau mundur, selama elektron bergerak maju tegangan akan nauik X Volt dan akan berada dalam posisi positif, dalam keadaan 24 diam, tegangan akan menunjukkan 0 Volt dan apabila elektron bergerak mundur tegangan akan turun dan akan berada dalam posisi negatif lihat gambar grafik tegangan. Biasanya penggunaan arus searah untuk peralatan elektronika . Contohnya : Radio , TV , Komputer , mesin hitung dsb. Lain halnya dengan arus bolak balik terutama digunakan dirumah rumah, pabrik pabrik, untuk menjalankan alat - alat rumah tangga dan lain sebagainya. 10v5 v0 v2 . B . 6 v Gerakkan air secara teratur Gambar 2.9 Grafik tegangan 2.1.3.3. KESEIMBANGAN MUATAN LISTRIK Keseimbangan muatan listrik dinamakan Arus Listrik ( misalnya di dalam logam : Aliran Elektron ) A)SAS(tQI== Satuan : 1 Ampere ( 1A ) : sAsA11= Perbandingan aliran elektron dengan bola peluru : SB = Lintasan sebuah bola Gambar 2.10 Lintasan Sebuah Bola V Impuls = besartSR= V Bola = keciltSR= Impuls benturan elketron bebas ≈ 300.000 km/s 25 Kecepatan sesungguhnya elektron bebas ≈ 0,4 mm/s Rapat Arus S S = ]mmA[AI2 Contoh : A Kawat = 1,5 mm2 SK = mm2A0,21,5mm20,3A= Hampir tidak menimbulkan pemanasan pada penghantar Sf = 22mmA5000,0006mm0,3A= Muatan yang tertentu pada kawat tembaga yang diisolasi menurut PUIL Tabel 2.9 Muat Arus, Luas Penampang dan Kerapatan Arus I ( A) 6 10 15 20 25 40 A (mm2 ) 1 1,5 2,5 4 6 10 S ( A / mm2 ) 6 6,67 6 5 4,17 4 I ( A ) 60 80 100 125 150 200 A ( mm2 ) 16 25 35 50 70 95 S ( A / mm2 ) 3,75 3,2 2,86 2,5 2,14 2,11 Kerapatan arus yang diijinkan pada penghantar disesuaikan menurut bahan penghantar dan menurut kemungkinann pendinginannya. 26 2.1.4. PEMBANGKIT TEGANGAN 2.1.4.1. PEMBANGKIT TEGANGAN DENGAN INDUKSI Apabila lilitan kawat digerakan didalam medan magnit ( medan magnit ialah ruang yang berada di antara kutub utara dan kutub selatan magnit ), atau batang magnit digerakan di dalam lilitan kawat, maka timbul tegangan listrik induksi atau imbas; berikut dibawah ini. Gambar 2.11 Pembangkit Tegangan dengan Induksi Magnit batang digerakkan bolak-balik di dalam kumparan (lilitan kawat). Di dalam kumparan itu diinduksikan tegangan ( ggl ) bolak-balik. Cara ini digunakan di dalam generator untuk membangkitkan tegangan (membangkitkan ggl). 2.1.4.2. PEMBANGKIT TEGANGAN DENGAN TENAGA KIMIA Dua logam yang berlainan, misalnya tembaga dan seng, kita rendam di dalam suatu larutan asam belerang di dalam air. Kedua logam itu yang satu bersifat positif dan yang lain bersifat negatif, jadi antara keduanya terdapat beda potensial. Dapat disebut juga, bahwa di dalam alat ini, yang disebut sel volta, terdapat ggl. Lihat gambar Gambar 2.12 Pembangkit Tegangan dengan Tenaga Kimia Batang tembaga dan batang seng direndam di dalam larutan asam belerang. Antara kedua logam itu terjadi beda tegangan listrik. Next >