< Previous Teknik Kelistrikan dan Elektronika Instrumentasi 20 Berdasarkan percobaan di atas, dapat diketahui bahwa ketika sumber tegangan ditambah (baterai ditambah), maka jumlah muatan yang dihantarkan makin besar sehingga arusnya meningkat. Hal ini membuat nyala lampu menjadi lebih terang. 2.5. 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 . Tegangan listrik U adalah merupakan perbedaan penempatan elektron-elektron antara dua buah titik. Gambar 1.17 Sumber tegangan Kutub positip (kekurangan elektron)Kutub negatip (kelebihan elektron)Tegangan----------------- Satuan SI yang ditetapkan untuk tegangan adalah Volt Simbol formula untuk tegangan adalah U Simbol satuan untuk Volt adalah V Pembagian dan kelipatan satuan : 1 MV = 1 Megavolt = 1000000 V = 106 V Teknik Kelistrikan dan Elektronika Instrumentasi 21 1 kV = 1 Kilovolt = 1000 V = 103 V 1 mV = 1 Millivolt = 1/1000 V = 10-3 V 1 V = 1 Mikrovolt = 1/1000000 V = 10-6 V Ketetapan satuan SI untuk 1V didefinisikan dengan bantuan daya listrik. Pada rangkaian listrik dibedakan beberapa macam tegangan, yaitu tegangan sumber dan tegangan jatuh (lihat gambar 1.16). Gambar 1.18 Tegangan sumber dan tegangan jatuh pada suatu rangkaian +123Arus ITahanan 1Tahanan 2U1U2-Us Tegangan sumber (simbol Us) adalah tegangan yang dibangkitkan didalam sumber tegangan. Dan dengan demikian maka tegangan sumber merupakan penyebab atas terjadinya aliran arus. Tegangan sumber didistribusikan ke seluruh rangkaian listrik dan digunakan pada masing-masing beban. Serta disebut juga sebagai : "Tegangan jatuh pada beban." Dari gambar 1.18, 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 Teknik Kelistrikan dan Elektronika Instrumentasi 22 tegangan yang digunakan pada beban. Arah tegangan Tegangan selalu mempunyai arah reaksi tertentu, yang dapat digambarkan melalui suatu anak panah tegangan. Normalisasi anak panah 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 positif dan potensial rendahnya adalah negatif. Contoh : Pada gambar 1.19 diberikan bermacam-macam potensial. Bagaimana arah masing-masing tegangan ? Gambar 1.19 Anak panah tegangan pada potensial yang diberikan U + 1 VU + 1 V+ 5 VU - 5 V- 1 VU + 5 V- 5 V+ 5 V 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. Teknik Kelistrikan dan Elektronika Instrumentasi 23 Anak panah tegangan untuk tegangan jatuh adalah searah dengan arah arus secara teknik, disini arus selalu mengalir dari potensial tinggi menuju ke potensial rendah . 2.6. Daya Listrik Energi listrik berguna untuk kita karena dapat diubah menjadi bentuk energi lain. Pada alat-alat listrik seperti pemanas listrik, kompor listrik, dan pengering rambut, energi listrik diubah menjadi energi panas pada hambatan kawat yang dikenal dengan nama “elemen pemanas”. Kemudian, pada banyak lampu (Gambar 7.4), filamen kawat yang kecil menjadi sedemikian panas sehingga bersinar. Hanya beberapa persen energi listrik yang diubah menjadi cahaya tampak, dan sisanya lebih dari 90% menjadi energi panas. Sumber: Jendela Iptek. PT. Balai Pustaka, 2000 Gambar 1.20 Filamen kawat mengubah energi listrik menjadi cahaya Energi listrik dapat diubah menjadi energi panas atau cahaya pada alat-alat listrik tersebut, karena arus biasanya agak besar, dan terjadi banyak tumbukan antara elektron dan atom pada kawat. Pada setiap tumbukan, terjadi transfer energi dari elektron ke atom yang ditumbuknya, sehingga energi kinetik atom bertambah dan menyebabkan suhu elemen kawat semakin tinggi. Bila anda perhatikan sebuah setrika listrik yang dihubungkan dengan sumber tegangan listrik, maka tidak berapa lama akan menjadi panas. Hal ini terjadi karena adanya usaha untuk memindahkan muatan listrik setiap saat pada rangkaian listrik yang besarnya sama dengan energi listrik yang Teknik Kelistrikan dan Elektronika Instrumentasi 24 diubah menjadi energi kalor. Besarnya energi setiap satuan waktu disebut daya listrik. Daya yang diubah oleh peralatan listrik merupakan energi yang diubah bila muatan Q bergerak melintasi beda potensial sebesar V. Daya listrik merupakan kecepatan perubahan energi tiap satuan waktu, dirumuskan: P = daya = = Muatan yang mengalir tiap satuan waktu Q/t merupakan arus listrik, I, sehingga didapatkan: Persamaan di atas menunjukkan bahwa daya yang dihasilkan dapat diubah oleh suatu perangkat untuk nilai arus I yang melewatinya dan beda potensial V di antara ujung-ujung penghantar. Satuan daya listrik dalam SI adalah watt (1 W = 1 J/s). Daya atau laju perubahan energi pada hambatan R dapat dituliskan berdasarkan Hukum Ohm sebagai berikut: Menurut Hukum Ohm persamaan daya dapat ditulis : Keterangan: P : daya listrik (W) W : energi listrik (J) V : tegangan listrik (V) I : kuat arus listrik (A) R : hambatan listrik (Ω) 2.7. Rangkaian Listrik P = I2 × R atau P = P = V × I Teknik Kelistrikan dan Elektronika Instrumentasi 25 Peralatan listrik secara umum disebut sebagai beban/pemakai, terhubung dengan sumber tegangan melalui suatu penghantar, yang terdiri atas dua buah penghantar, yaitu penghantar masuk dan penghantar keluar (gambar 1.9). Penanggung jawab adanya arus yaitu elektron-elektron bebas, bergerak dari pembangkit tegangan kembali ke tempatnya semula melalui jalan yang tertutup, yang biasa disebut sebagai rangkaian arus. 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. Teknik Kelistrikan dan Elektronika Instrumentasi 26 Gambar 1.21 Skema rangkaian arus sederhana Baterai(Pembangkit tegangan)Lampu pijar(Beban)PenghantarSakelar a. 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 mercury dipicu/diprakarsai Teknik Kelistrikan dan Elektronika Instrumentasi 27 oleh arus listrik sehingga menjadi bersinar. Reaksi cahaya secara langsung ini ditemukan pada penggunaan tabung cahaya, lampu mercury, lampu neon dan lampu indikator (negative glow lamp). Reaksi kemagnitan magnit jarumUUSSSimpanganArus I Gambar 1.22 Reaksi kemagnitan arus listrik Perhatikan : Jarum magnit diatas ! Arus listrik selalu membangkitkan medan magnit. Medan magnit melaksanakan suatu tenaga tarik terhadap besi. Medan magnit saling berpengaruh satu sama lain dan saling tolak-menolak atau tarik-menarik. Penggunaan reaksi kemagnitan seperti ini misalnya pada motor listrik, speaker, alat ukur, pengangkat/kerekan magnit, bel, relay dan kontaktor. Percobaan : Suatu magnit jarum diletakkan dekat dengan penghantar yang berarus. Teknik Kelistrikan dan Elektronika Instrumentasi 28 Reaksi kimia arus listrik Gambar 1.23 Reaksi kimia arus listrik Air asamOksigenHidrogenArus IArus I+- Pada kedua kawat terbentuk gas-gas yang naik keatas. Hal tersebut berhubungan dengan hidrogen dan oksigen. Hidrogen dan oksigen 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 Percobaan : Dua buah kawat dihubungkan ke sumber tegangan arus searah (misalnya akkumulator) dan ujung-ujung yang bersih dimasukkan kedalam bejana berisi air, yang sedikit mengandung asam (misalnya ditambah asam belerang) Teknik Kelistrikan dan Elektronika Instrumentasi 29 tubuh manusia. Arus listrik tersebut membangkitkan atau bahkan menimbulkan “sentakan/sengatan listrik” Pada penyembuhan secara listrik, arus digunakan untuk memberikan kejutan listrik (electro shock). 3. Bahan Penghantar Listrik Coba kamu perhatikan peralatan listrik yang ada di rumah ! perhatikan TV, Kulkas, setrika, lampu, kumputer dan lain-lain. Lampu dapat menyala, setrika menjadi panas. Melalui apa listrik mengalir sampai ke perabotan di rumahmu ? semua peralatan iitu dihubungkan oleh kabel ke bagian sumber arus atau tegangan. Mengapa kabel dapat menghantarkan arus listrik ? apakah semua bagian kabel dapat menghantarkan listrik ? Pelajari dengan seksama uraian berikut ! Listrik dapat mengalir melalui sebuah konduktor. Sedangkan bahan yang tidak dapat menghantarkan atau bahkan menghambat arus listrik disebut isolator. 3.1 Penghantar Listrik (Konduktor) Penghantar - Mekanisme penghantar Bahan yang memiliki banyak pembawa muatan yang bebas bergerak dinamakan penghantar. Kita bedakan antara : Penghantar elektron Diskusikan dengan kelompokmu apa yang telah kamu amati. Komunikasikan dengan orang lain ! kemudian ambil kesimpulan hasil pembahasannya. Next >