< Previous Teknik Kelistrikan dan Elektronika Instrumentasi 50 Rp = 30 + 0,0039 1/K . 60 K . 30 = 30 + 7,02 = 37,02 2. Lilitan alumunium suatu trafo satu phasa pada suhu 20 oC mempunyai tahanan sebesar 5 Temperaturnya meningkat berapa Kelvin, jika setelah beberapa jam beroperasi diukur tahanannya sebesar 6,3 ? Diketahui: Rd = 5 ; 1 = 20 oC; Rp = 6,3 ; = 0,0037 1/K Hitunglah: Jawaban: ddpR . αR RΔ K 70,3 = Ω 5 . K1 0,0037Ω 1,3 Ω 5 . K1 0,0037Ω 5 Ω 6,3Δ Tabel : Tahanan jenis ( = 1/) Hantar jenis ( = 1/) Koefisien temperatur (temperatur 20 OC) Bahan Simbol .mm2/m m/.mm2 1/K Perak Tembaga Alumunium Ag Cu Al 0,016 0,0178 0,0278 62,5 56 36 0,0038 0,0039 0,0037 Wolfram Seng Kuningan W Zn - 0,055 0,063 0,08 18 16 12,5 0,0041 0,0037 0,0015 Nikel Platina Tin (timah) Ni Pt Sn 0,1 0,1 0,11 10 10 9,1 0,005 0,0025 0,0042 Besi Timah hitam (timbel) Air raksa Fe Pb Hg 0,13 0,21 0,95 7,7 4,8 1,05 0,005 0,0042 0,00092 Perak (baru) Mangan Ag Mn 0,30 0,43 3,3 2,3 0,00025 0,00001 Teknik Kelistrikan dan Elektronika Instrumentasi 51 Bahan Simbol .mm2/m m/.mm2 1/K Konstantan Baja cromnikel - - 0,49 1,0 2,04 1,0 0,00003 0,00025 Arang (karbon) C 50 s.d. 100 0,02 s.d. 0,01 0,00003 Siliziumkarbid Gelas (kaca) Porselen - - - 1000 1 . 1016 5 . 1018 0,001 1 . 1016 5 . 1019 0,0005 1. Sebutkan tiga jenis muatan yang terdapat dalam sebuah atom ! 2. Jelaskan apa yang dimaksud dengan elektron dan proton ! 3. Jelaskan apa yang dimaksud dengan ion ! 4. Coba anda jelaskan kembali apa yang dimaksud dengan ion positif dan ion negatif ! 5. Jelaskan perbedaan arus elektron dan arus listrik ! 6. Muatan sebanyak 0,50 Coulomb bergerak dalam 2 detik. Hitung besarnya arus, dan jumlah elektron ? 7. Arus listrik 2 A, mengalir kawat penampang 1 mm2. Hitung a) kerapatan arusnya b) jika dilewatkan kawat diameter 0,02 mm hitungpenampang kawatnya dan kerapatan arusnya. 8. Jelaskan apa yang dimaksud dengan bahan konduktor, isolator dan semi konduktor ! 9. Jelaskan mengapa elektron dapat mengalair dalam suatu penghantar Teknik Kelistrikan dan Elektronika Instrumentasi 52 10. Penghantar tembaga (Cu) berpenampang 4 mm2, panjang 100 m, tahanan jenis tembaga 0,0178Ω mm2/m. Hitung tahanan penghantar tersebut. 11. Penghantar kuningan pada temperatur 200C memiliki tahanan 100Ω, penghantar tersebut dalam lingkungan yang panasnya mencapai 800C. Hitunglah tahanan penghantar pada temperatur 800C ? 12. Kawat penghantar memiliki resistansi R = 5 Ω, 10 Ω, 15 Ω. Hitung besarnya daya hantar (konduktivitasnya) ! BAB 2 Hukum Kelistrikan Pada kehidupan sehari-hari, kadang kita menemukan sebuah alat listrik yang bertuliskan 220 V/2 A. Tulisan tersebut dibuat bukan tanpa tujuan. Tulisan tersebut menginformasikan bahwa alat tersebut akan bekerja optimal dan tahan lama (awet) ketika dipasang pada tegangan 220 V dan kuat arus 2 A. Bagaimana kalau dipasang pada tegangan yang lebih tinggi atau lebih rendah? Misalnya, ada 2 lampu yang bertuliskan 220 V/2 A, masing-masing dipasang pada tegangan 440 V dan 55 V. Apa yang terjadi? Diskusikan dengan kelompokmu ! komunikasikan kepada orang lain. Tulisan 220 V/2 A menunjukkan bahwa lampu tersebut mempunyai hambatan sebesar (R) = = 110 Ω. Jadi, arus listrik yang Teknik Kelistrikan dan Elektronika Instrumentasi 53 diperbolehkan mengalir sebesar 2 A dan tegangannya sebesar 220 V. Jika dipasang pada tegangan 440 V, maka akan mengakibatkan kenaikan arus menjadi I = = = 4 A. Arus sebesar ini mengakibatkan lampu tersebut bersinar sangat terang tetapi tidak lama kemudian menjadi putus/rusak. Begitu juga apabila lampu tersebut dipasang pada tegangan 55 V, maka arus akan mengalami penurunan menjadi I = = = 0,5 A Arus yang kecil ini mengakibatkan lampu menjadi redup (tidak terang). Oleh karena itu, perhatikan selalu petunjuk penggunaan apabila menggunakan alat-alat listrik. 1. Hukum Ohm Pada rangkaian listrik tertutup, terjadi aliran arus listrik. Arus listrik mengalir karena adanya beda potensial antara dua titik pada suatu penghantar, seperti pada lampu senter, radio, dan televisi. Alat-alat tersebut dapat menyala (berfungsi) karena adanya aliran listrik dari sumber tegangan yang dihubungkan dengan peralatan tersebut sehingga menghasilkan beda potensial. Orang pertama yang menyelidiki hubungan antara kuat arus listrik dengan beda potensial pada suatu penghantar adalah Georg Simon Ohm, ahli fisika dari Jerman. Ohm berhasil menemukan hubungan secara matematis antara kuat arus listrik dan beda potensial, yang kemudian dikenal sebagai Hukum Ohm. Jika ada beda potensial antara dua titik dan dihubungkan melalui penghantar maka akan timbul arus listrik. Penghantar tersebut dapat diganti dengan resistor misalnya lampu. Berarti jika ujung-ujung lampu diberi beda potensial maka lampu itu dialiri arus. Perhatikan gambar berikut. Teknik Kelistrikan dan Elektronika Instrumentasi 54 Gambar 2.1 Rangkaian listrik Dalam eksperimennya, Ohm menemukan bahwa setiap beda potensial ujung-ujung resistor R dinaikkan maka arus yang mengalir juga akan naik. Bila beda potensial diperbesar 2x ternyata kuat arusnya juga menjadi 2x semula. Apakah hubungan yang terjadi? Dari sifatnya itu dapat ditentukan bahwa beda potensialnya sebanding dengan kuat arus yang lewat. Hubungan ini dapat dirumuskan: V ~ I Hubungan V dan I yang diperoleh Ohm ini sesuai dengan grafikV-I yang diperoleh dari eksperimen, polanya seperti pada Gambar 2.2. Agar kesebandingan di atas sama, Ohm menggunakan konstanta perbandingannya sebesar R ( resistivitas = hambatan ), sehingga di peroleh persamaan sebagai berikut. V = I R Untuk membuktikan hubungan Arus (I), Hambatan (R) dan Beda potensial (V) tersebut, lakukanlah Kegiatan berikut! 1. Rangkailah sebuah baterai, amperemeter, dan lampu seperti pada gambar di samping dengan menggunakan kabel! 2. Baca dan catat skala yang ditunjukkan oleh amperemeter ke dalam tabel seperti berikut! Teknik Kelistrikan dan Elektronika Instrumentasi 55 No Jumlah Baterai Beda Potensial (V) Kuata Arus (I) 1 1 baterai 1,5 V 2 2 baterai 3 V 3 3 baterai 4,5 V 4 4 baterai 6 V 3. Ulangi kegiatan di atas dengan menggunakan 2, 3, dan 4 baterai! 4. Catatlah data yang Anda peroleh! 5. Apa kesimpulan Anda? 6. Komunikasikan kepada orang lain dan diskusikan bersama kelompok ! Berdasarkan tabel pada Kegiatan di atas, Anda ketahui bahwa makin besar beda potensial yang ditimbulkan, maka kuat arus yang mengalir makin besar pula. Besarnya perbandingan antara beda potensial dan kuat arus listrik selalu sama (konstan). Jadi, beda potensial sebanding dengan kuat arus (V ~ I). Secara matematis dapat Anda tuliskan V = m × I, m adalah konstanta perbandingan antara beda potensial dengan kuat arus. Untuk lebih jelasnya perhatikan gambar grafik berikut! Gambar 2.2. Grafik hubungan antara kuat arus dengan beda potensial Berdasarkan grafik di atas, nilai m dapat Anda peroleh dengan persamaan m = . Nilai m yang tetap ini kemudian didefinisikan sebagai besaran hambatan listrik yang dilambangkan R, dan diberi satuan ohm (Ω), untuk menghargai Georg Simon Ohm. Jadi, persamaan tersebut dapat dituliskan sebagai berikut. Teknik Kelistrikan dan Elektronika Instrumentasi 56 R = atau V = I x R Keterangan: V : beda potensial atau tegangan (V) I : kuat arus (A) R : hambatan listrik (Ω) Persamaan di atas dikenal sebagai Hukum Ohm, yang berbunyi: “Kuat arus yang mengalir pada suatu penghantar sebanding dengan beda potensial antara ujung-ujung penghantar itu dengan syarat suhunya konstan/tetap.” Contoh soal : Diketahui kuat arus sebesar 0,5 ampere mengalir pada suatu penghantar yang memiliki beda potensial 6 volt. Tentukan hambatan listrik penghantar tersebut! Diketahui : V = 6 V I = 0,5 A Ditanyakan: R = ... ? Jawab : V = I × R → R = = R = = = 12 Ω Teknik Kelistrikan dan Elektronika Instrumentasi 57 Hukum Ohm dapat diterapkan pada suatu rangkaian listrik tertutup. Rangkaian listrik tertutup dikatakan sederhana jika memenuhi syarat minimal rangkaian dan memiliki sumber tegangan pada satu loop saja. Syarat minimal rangkaian tertutup adalah ada sumber tegangan, hambatan dan penghantar. Gambar 2.3 Rangka tertutup sederhana Pada rangkaian listrik sederhana akan memenuhi hukum Ohm seperti persamaan berikut . V = I x R Rangkaian sederhana dapat dikembangkan dengan beberapa sumber tegangan dan beberapa hambatan. Rangkaian beberapa hambatan dan sumber tegangan ini dapat dibagi beberapa jenis diantaranya seri, pararel dan campuran. Penjelasan sifat-sifat rangkaian itu dapat dipahami seperti penjelasan berikut. 1.1 Rangkaian Hambatan Seri Rangkaian seri berarti sambungan antara ujung komponen satu dengan pangkal komponen lain secara berurutan. Contoh rangkaian hambatan seri ini dapat kalian lihat pada Gambar berikut. Gambar 2.3 Rangkaian Seri Resistor Teknik Kelistrikan dan Elektronika Instrumentasi 58 Apakah kalian sudah tahu sifat-sifat yang dimiliki rangkaian R seri? Sifat dasar yang harus kalian pahami adalah tentang kuat arusnya, beda potensial dan hambatan penggantinya. Arus listrik adalah muatan listrik yang mengalir. Pada rangkaian hambatan seri, muatan-muatan itu akan mengalir melalui semua hambatannya secara bergantian. Berarti muatan yang melalui R1, R2 dan R3 akan sama dan kuat arusnya secara otomatis harus sama. Karena I sama maka sesuai hukum Ohm dapat diketahui bahwa beda potensial ujung-ujung hambatan akan sebanding dengan besarnya R. V ~ R Bagaimana dengan sifat beda potensial tiap-tiap hambatan? Pada tiap-tiap hambatan memiliki beda potensial V1, V2 dan V3. Karena sumbernya E maka jumlah V1 + V2 + V3 haruslah sama dengan E. Sifat inilah yang di kenal sebagai pembagi tegangan. Dari penjelasan di atas dapat dirumuskan dua sifat rangkaian R seri sebagai berikut. Beberapa hambatan yang diseri dapat diganti dengan satu hambatan. Besarnya hambatan itu dapat diturunkan dengan membagi persamaan beda potensial dengan kuat arus (I sama) V = V1 + V2 + V3 = + + Rs = R1 + R2 + R3 I1 = I2 = I3 Vtotal = V1 + V2 + V3 Teknik Kelistrikan dan Elektronika Instrumentasi 59 Contoh Soal : Tiga hambatan R1 = 20 Ω, R2 = 30 Ω dan R3 = 50 Ωdirangkai seri dan dihubungkan pada beda potensial 4,5 volt seperti pada gambar disamping. Tentukan(a) hambatan pengganti dan (b) beda potensial ujungujung hambatan R2! Penyelesaian a. Hambatan pengganti seri memenuhi: Rs = R1 + R2 + R3 = 20 + 30 + 50 = 100 Ω b. Beda potensial ujung-ujung R2 : V2 dapat ditentukan dengan menghitung kuat arus terlebih dahulu: I2 = = = 0,045 A Dari nilai I2 ini dapat dihitung beda potensial V2 sebesar: V2 = I2 . R2 = 0,045 . 30 = 1,35 volt. Metode Kesebandingan Pada rangkaian seri I sama berarti: V ~ R = berarti V2 = x 4,5 = 1,35 volt Latihan Soal ! Diketahui tiga resistor yang dirangkai seri dengan hambatan sebesar R1 = 100 Ω, R2 = 200 Ω dan R3 = 300 Ω. Ujung-ujung rangkaian itu dihubungkan pada sumber tegangannya 120 volt. Tentukan (a) beda potensial ujung-ujung R1dan (b) beda potensial ujung-ujung R2! Next >