LANDASAN TEORI LANDASAN TEORI PENDAHULUAN

LANDASAN TEORI
LANDASAN TEORI
PENDAHULUAN
A. Pengertian Listrik
Kelistrikan adalah sifat benda yang muncul dari
adanya muatan listrik. Listrik dapat juga diartikan
sebagai berikut:

Listrik adalah kondisi dari partikel subatomik
tertentu, seperti elektron dan proton, yang
menyebabkan penarikan dan penolakan gaya di
antaranya.

Listrik adalah sumber energi yang disalurkan melalui kabel. Arus listrik
timbul karena muatan listrik mengalir dari saluran positif ke saluran negatif.
Bersama dengan magnetisme, listrik membentuk interaksi fundamental yang
dikenal sebagai elektromagnetisme. Listrik memungkinkan terjadinya banyak
fenomena fisika yang dikenal luas, seperti petir, medan listrik, dan arus listrik.
Listrik digunakan dengan luas di dalam aplikasi-aplikasi industri seperti elektronik
dan tenaga listrik.
B. Sifat-sifat Listrik
Listrik memberi kenaikan terhadap 4 gaya dasar alami, dan sifatnya yang tetap
dalam benda yang dapat diukur. Dalam kasus ini, frasa "jumlah listrik" digunakan
juga dengan frasa "muatan listrik" dan juga "jumlah muatan". Ada 2 jenis muatan
listrik, yaitu positif dan negatif. Melalui eksperimen, muatan-sejenis saling menolak
dan muatan-lawan jenis saling menarik satu sama lain. Besarnya gaya menarik dan
menolak ini ditetapkan oleh hukum Coulomb. Beberapa efek dari listrik didiskusikan
dalam fenomena listrik dan elektromagnetik.
129
LANDASAN TEORI
Satuan unit SI dari muatan listrik adalah coulomb, yang memiliki singkatan "c".
Simbol Q digunakan dalam persamaan untuk mewakili kuantitas listrik atau muatan.
Contohnya, "Q=0,5 C" berarti "kuantitas muatan listrik adalah 0,5 coulomb".
Jika listrik mengalir melalui bahan khusus, misalnya dari wolfram dan tungsten,
cahaya pijar akan dipancarkan oleh logam itu. Bahan-bahan seperti itu dipakai dalam
bola lampu (bulblamp atau bohlam).
Setiap kali listrik mengalir melalui bahan yang mempunyai hambatan, maka akan
dilepaskan panas. Semakin besar arus listrik, maka panas yang timbul akan berlipat.
Sifat ini dipakai pada elemen setrika dan kompor listrik..
C. Berkawan dengan Listrik
Aliran listrik mengalir dari saluran positif ke saluran negatif. Dengan listrik arus
searah jika kita memegang hanya kabel positif (tapi tidak memegang kabel negatif),
listrik tidak akan mengalir ke tubuh kita (kita tidak terkena setrum). Demikian pula
jika kita hanya memegang saluran negatif.
Dengan listrik arus bolak-balik, Listrik bisa juga mengalir ke bumi (atau lantai
rumah). Hal ini disebabkan oleh sistem perlistrikan yang menggunakan bumi sebagai
acuan tegangan netral (ground). Acuan ini, yang biasanya di pasang di dua tempat
(satu di ground di tiang listrik dan satu lagi di ground di rumah). Karena itu jika kita
memegang sumber listrik dan kaki kita menginjak bumi atau tangan kita menyentuh
dinding, perbedaan tegangan antara kabel listrik di tangan dengan tegangan di kaki
(ground), membuat listrik mengalir dari tangan ke kaki sehingga kita akan
mengalami kejutan listrik (terkena setrum).
Daya listrik dapat disimpan, misalnya pada sebuah aki atau batere. Listrik yang
kecil, misalnya yang tersimpan dalam batere, tidak akan memberi efek setrum pada
tubuh. Pada aki mobil yang besar, biasanya ada sedikit efek setrum, meskipun tidak
130
LANDASAN TEORI
terlalu besar dan berbahaya. Listrik mengalir dari kutub positif batere/aki ke kutub
negatif.
Sistem listrik yang masuk ke rumah kita, jika menggunakan sistem listrik 1
fase, biasanya terdiri atas 3 kabel:
1. Pertama adalah kabel fase (berwarna merah/hitam/kuning) yang merupakan
sumber listrik bolak-balik (fase positif dan fase negatif berbolak-balik terus
menerus). Kabel ini adalah kabel yang membawa tegangan dari pembangkit
tenaga listrik (PLN misalnya); kabel ini biasanya dinamakan kabel panas (hot),
dapat dibandingkan seperti kutub positif pada sistem listrik arus searah
(walaupun secara fisika adalah tidak tepat).
2. Kedua adalah kabel netral (berwarna biru). Kabel ini pada dasarnya adalah kabel
acuan tegangan nol, yang disambungkan ke tanah di pembangkit tenaga listrik,
pada titik-titik tertentu (pada tiang listrik) jaringan listrik dipasang kabel netral
ini untuk disambungkan ke ground terutama pada trafo penurun tegangan dari
saluran tegangan tinggi tiga jalur menjadi tiga jalur fase ditambah jalur ground
(empat jalur) yang akan disalurkan kerumah-rumah atau kelainnya.
Untuk mengatasi kebocoran (induksi) listrik dari peralatan tiap rumah
dipasang kabel tanah atau ground (berwarna hijau-kuning) dihubungkan dengan
logam (elektroda) yang ditancapkan ke tanah untuk disatukan dengan saluran
kabel netral dari jala listrik dipasang pada jarak terdekat dengan alat meteran
listrik atau dekat dengan sikring.
Dalam kejadian-kejadian badai listrik luar angkasa (space electrical storm)
yang besar, ada kemungkinan arus akan mengalir dari acuan tanah yang satu ke
acuan tanah lain yang jauh letaknya. Fenomena alami ini bisa memicu kejadian
mati lampu berskala besar.
131
LANDASAN TEORI
3. Ketiga adalah kabel tanah atau Ground (berwarna hijau-kuning). Kabel ini
adalah acuan nol di lokasi pemakai, yang disambungkan ke tanah (ground) di
rumah pemakai, kabel ini benar-benar berasal dari logam yang ditanam di tanah
di rumah kita, kabel ini merupakan kabel pengamanan yang disambungkan ke
badan (chassis) alat-alat listrik di rumah untuk memastikan bahwa pemakai alat
tersebut tidak akan mengalami kejutan listrik.
Kabel ketiga ini jarang dipasang di rumah-rumah penduduk, pastikan teknisi
(instalatir) listrik anda memasang kabel tanah (ground) pada sistem listrik di
rumah. Pemasang ini penting, karena merupakan syarat mutlak bagi keselamatan
anda dari bahaya kejutan listrik yang bisa berakibat fatal dan juga beberapa alatalat listrik yang sensitif tidak akan bekerja dengan baik jika ada induksi listrik
yang muncul di chassisnya (misalnya karena efek arus Eddy).
D. Unit-unit Listrik SI
Unit-unit Elektromagnetisme SI
Simbol Namakuantitas
Unit turunan
Lambang Unit dasar
I
Arus
ampere
A
A
Q
Muatanlistrik,
coulomb
C
A·s
volt
V
J/C
Jumlahlistrik
V
Perbedaanpotensial
=
kg·m2·s−3·A−1
R, Z
Tahanan,
Impedansi, ohm
Ω
V/A
=
kg·m2·s−3·A−2
Reaktansi
ρ
Ketahanan
ohmmeter
P
Daya, Listrik
watt
Ω·m
W
kg·m3·s−3·A−2
V·A
=
kg·m2·s−3
C
Kapasitansi
farad
F
C/V
=
kg−1·m−2·A2·s4
132
LANDASAN TEORI
Elastisitas
reciprocalfarad
F−1
V/C
=
kg·m2·A−2·s−4
kg−1·m−3·A2·s4
ε
Permitivitas
farad per meter
F/m
χe
Susceptibilitaslistrik
(dimensionless)
-
-
S
Ω−1
Konduktansi, Admitansi, siemens
kg−1·m−2·s3·A2
Susceptansi
σ
=
Konduktivitas
siemens
per
S/m
kg−1·m−3·s3·A2
per
A/m
A·m−1
Wb
V·s
meter
H
Φm
Medan
magnet, ampere
Kekuatanmedan magnet
meter
Flux magnet
weber
=
kg·m2·s−2·A−1
B
Kepadatanmedan
tesla
T
Wb/m2
=
kg·s−2·A−1
magnet, Induksi magnet,
Kekuatanmedan magnet
Reluktansi
ampere-turns
A/Wb
kg−1·m−2·s2·A2
per weber
L
Induktansi
henry
H
Wb/A = V·s/A
= kg·m2·s−2·A−2
μ
Permeabilitas
henry per meter
H/m
χm
Susceptibilitas magnet
(dimensionless)
-
kg·m·s−2·A−2
-
E. Muatan Listrik
Muatan listrik adalah muatan dasar yang dimiliki suatu benda, yang
membuatnya mengalami gaya pada benda lain yang berdekatan dan juga memiliki
muatan listrik. Simbol Q sering digunakan untuk menggambarkan muatan. Sistem
Satuan Internasional dari satuan Q adalah coulomb, yang merupakan 6.24 x 1018
muatan dasar. Q adalah sifat dasar yang dimiliki oleh materi baik itu berupa proton
(muatan positif) maupun elektron (muatan negatif). Muatan listrik total suatu atom
133
LANDASAN TEORI
atau materi ini bisa positif, jika atomnya kekurangan elektron. Sementara atom yang
kelebihan elektron akan bermuatan negatif. Besarnya muatan tergantung dari
kelebihan atau kekurangan elektron ini, oleh karena itu muatan materi/atom
merupakan kelipatan dari satuan Q dasar. Dalam atom yang netral, jumlah proton
akan sama dengan jumlah elektron yang mengelilinginya (membentuk muatan total
yang netral atau tak bermuatan).
F. Tenaga Listrik
Tenaga listrik, atau listrik, melibatkan produksi dan pengantaran tenaga listrik
dalam jumlah yang cukup untuk menjalankan peralatan rumah tangga, peralatan
perkantoran, mesin industri, dan menyediakan tenaga untuk lampu umum, alat
pemanasan, memasak, dan lain-lain.
134
LANDASAN TEORI
HUKUM OHM
Landasan Teori
A. Pengertian Hukum Ohm
Hukum Ohm adalah suatu pernyataan bahwa besar arus
listrik yang mengalir melalui sebuah penghantar selalu
berbanding lurus dengan beda potensial yang diterapkan
kepadanya. Sebuah benda penghantar dikatakan mematuhi
hukum Ohm apabila nilai resistansinya tidak bergantung terhadap besar dan polaritas
beda potensial yang dikenakan kepadanya. Walaupun pernyataan ini tidak selalu
berlaku untuk semua jenis penghantar, namun istilah "hukum" tetap digunakan
dengan alasan sejarah.
Secara matematis hukum Ohm diekspresikan dengan persamaan:
Dimana :

I adalah arus listrik yang mengalir pada suatu penghantar dalam satuan
Ampere.

V adalah tegangan listrik yang terdapat pada kedua ujung penghantar dalam
satuan volt.

R adalah nilai hambatan listrik (resistansi) yang terdapat pada suatu
penghantar dalam satuan ohm.
Hukum ini dicetuskan oleh George Simon Ohm, seorang fisikawan dari Jerman pada
tahun 1825 dan dipublikasikan pada sebuah paper yang berjudul The Galvanic
Circuit Investigated Mathematically pada tahun 1827.
135
LANDASAN TEORI
B. Arus Listrik
Arus listrik adalah banyaknya muatan listrik yang disebabkan dari pergerakan
elektron-elektron, mengalir melalui suatu titik dalam sirkuit listrik tiap satuan waktu.
Arus listrik dapat diukur dalam satuan coulomb/detik atau Ampere. Contoh arus
listrik dalam kehidupan sehari-hari berkisar dari yang sangat lemah dalam satuan
mikroAmpere (µA) seperti di dalam jaringan tubuh hingga arus yang sangat kuat 1200 kiloAmpere (kA) seperti yang terjadi pada petir. Dalam kebanyakan sirkuit arus
searah dapat diasumsikan resistansi terhadap arus listrik adalah konstan sehingga
besar arus yang mengalir dalam sirkuit bergantung pada voltase dan resistansi sesuai
dengan hukum Ohm.
Arus listrik merupakan satu dari tujuh satuan pokok dalam satuan internasional.
Satuan internasional untuk arus listrik adalah Ampere (A). Secara formal satuan
ampere didefinisikan sebagai arus konstan yang, bila dipertahankan, akan
menghasilkan gaya sebesar 2x10-7 Newton/meter di antara dua penghantar lurus
sejajar, dengan luas penampang yang dapat diabaikan, berjarak 1 meter satu sama
lain dalam ruang hampa udara.
C. Penghantar Listrik
Penghantar dalam teknik elektronika adalah zat yang dapat menghantarkan arus
listrik, baik berupa zat padat, cair atau gas. Karena sifatnya yang konduktif maka
disebut konduktor. Konduktor yang baik adalah yang memiliki tahanan jenis yang
kecil. Pada umumnya logam bersifat konduktif. Emas, perak, tembaga, alumunium,
zink, besi berturut-turut memiliki tahanan jenis semakin besar. Jadi sebagai
penghantar emas adalah sangat baik, tetapi karena sangat mahal harganya, maka
secara ekonomis tembaga dan alumunium paling banyak digunakan.
136
LANDASAN TEORI
D. Tegangan Listrik
Tegangan listrik (kadang disebut sebagai
Voltase) adalah perbedaan potensial listrik
antara dua titik dalam rangkaian listrik, dan
dinyatakan dalam satuan volt. Besaran ini
mengukur energi potensial dari sebuah medan
listrik yang mengakibatkan adanya aliran listrik
dalam sebuah konduktor listrik. Tergantung
pada perbedaan potensial listriknya, suatu
tegangan listrik dapat dikatakan sebagai ekstra rendah, rendah, tinggi atau ekstra
tinggi. Secara definisi tegangan listrik menyebabkan obyek bermuatan listrik negatif
tertarik dari tempat bertegangan rendah menuju tempat bertegangan lebih tinggi.
Sehingga arah arus listrik konvensional di dalam suatu konduktor mengalir dari
tegangan tinggi menuju tegangan rendah.
E. Hambatan Listrik
Hambatan listrik adalah perbandingan antara tegangan listrik dari suatu
komponen elektronik (misalnya resistor) dengan arus listrik yang melewatinya.
Hambatan listrik yang mempunyai satuan Ohm dapat dirumuskan sebagai berikut:
atau
di mana V adalah tegangan dan I adalah arus listrik.
137
LANDASAN TEORI
RANGKAIAN RESISTOR SERI 1 DAN 2
Landasan Teori
A. Pengertian Rangkaian Seri
Rangkaian Seri adalah salah satu rangkaian listrik
yang disusun secara sejajar (seri). Baterai dalam senter
umumnya disusun dalam rangkaian seri.
B. Sirkuit Listrik
Sirkuit listrik atau rangkaian listrik (electrical circuit) adalah sambungan dari
bermacam-macam elemen listrik pasif seperti resistor, kapasitor, induktor,
transformator, sumber tegangan, sumber arus, dan saklar (switch). Istilah sirkuit
listrik sedikit dibedakan dari jaringan listrik (electrical network atau electrical
distribution network), dimana jaringan listrik membahas penggunaan sirkuit listrik
dalam skop yang lebih luas seperti dalam jaringan distribusi pembangkit listrik dari
generator pembangkit sampai pada pelanggan listrik di masing-masing rumah.
Sebetulnya kedua macam rangkaian ini menggunakan prinsip dasar yang sama,
hanya dalam jaringan listrik dibahas mengenai jalur transmisi yaitu mengenai sifat
kabel pada frekuensi tinggi.
Sirkuit listrik ini sering dibahas dan dianalisis dalam tiga macam respons (tanggap
waktu): respons-nya terhadap arus atau tegangan DC (Direct Current, atau arus batrei
misalnya), respons-nya terhadap arus atau tegangan AC (Alternating Current, seperti
arus PLN misalnya), dan respons-nya terhadap waktu transien. Listrik arus DC
sering dikenal juga sebagai listrik arus searah, dan listrik arus AC diartikan juga
sebagai listrik arus bolak-balik.
138
LANDASAN TEORI
C. Resistor
Resistor adalah komponen elektronik dua kutub yang didesain untuk menahan
arus listrik dengan memproduksi tegangan listrik di antara kedua kutubnya, nilai
tegangan terhadap resistansi berbanding dengan arus yang mengalir, berdasarkan
hukum Ohm:
Resistor digunakan sebagai bagian dari jejaring elektronik dan sirkuit elektronik,
dan merupakan salah satu komponen yang paling sering digunakan. Resistor dapat
dibuat dari bermacam-macam kompon dan film, bahkan kawat resistansi (kawat
yang dibuat dari paduan resistivitas tinggi seperti nikel-kromium).
Karakteristik utama dari resistor adalah resistansinya dan daya listrik yang dapat
dihantarkan. Karakteristik lain termasuk koefisien suhu, derau listrik (noise), dan
induktansi.
Resistor dapat diintegrasikan kedalam sirkuit hibrida dan papan sirkuit cetak,
bahkan sirkuit terpadu. Ukuran dan letak kaki bergantung pada desain sirkuit,
kebutuhan daya resistor harus cukup dan disesuaikan dengan kebutuhan arus
rangkaian agar tidak terbakar.
D. Induktor
Sebuah induktor atau reaktor adalah sebuah komponen elektronika pasif
(kebanyakan berbentuk torus) yang dapat menyimpan energi pada medan magnet
yang ditimbulkan oleh arus listrik yang melintasinya. Kemampuan induktor untuk
menyimpan energi magnet ditentukan oleh induktansinya, dalam satuan Henry.
Biasanya sebuah induktor adalah sebuah kawat penghantar yang dibentuk menjadi
kumparan, lilitan membantu membuat medan magnet yang kuat di dalam kumparan
dikarenakan hukum induksi Faraday. Induktor adalah salah satu komponen
elektronik dasar yang digunakan dalam rangkaian yang arus dan tegangannya
berubah-ubah dikarenakan kemampuan induktor untuk memproses arus bolak-balik.
139
LANDASAN TEORI
Sebuah induktor ideal memiliki induktansi, tetapi tanpa resistansi atau
kapasitansi, dan tidak memboroskan daya. Sebuah induktor pada kenyataanya
merupakan gabungan dari induktansi, beberapa resistansi karena resistivitas kawat,
dan beberapa kapasitansi. Pada suatu frekuensi, induktor dapat menjadi sirkuit
resonansi karena kapasitas parasitnya. Selain memboroskan daya pada resistansi
kawat, induktor berinti magnet juga memboroskan daya di dalam inti karena efek
histeresis, dan pada arus tinggi mungkin mengalami nonlinearitas karena
penjenuhan.
E. Transformator
Transformator atau transformer atau trafo adalah komponen elektromagnet
yang dapat mengubah taraf suatu tegangan AC ke taraf yang lain.
F. Sakelar
Sakelar adalah sebuah perangkat yang
digunakan
untuk
memutuskan
jaringan
listrik, atau untuk menghubungkannya. Jadi
saklar pada dasarnya adalah alat penyambung
atau pemutus aliran listrik. Selain untuk
jaringan listrik arus kuat, saklar berbentuk
kecil juga dipakai untuk alat komponen
elektronikaarus lemah.
Secara sederhana, saklar terdiri dari dua bilah logam yang menempel pada suatu
rangkaian, dan bisa terhubung atau terpisah sesuai dengan keadaan sambung (on)
atau putus (off) dalam rangkaian itu. Material kontak sambungan umumnya dipilih
agar supaya tahan terhadap korosi. Kalau logam yang dipakai terbuat dari bahan
oksida biasa, maka saklar akan sering tidak bekerja. Untuk mengurangi efek korosi
ini, paling tidak logam kontaknya harus disepuh dengan logam anti korosi dan anti
140
LANDASAN TEORI
karat. Pada dasarnya saklar tombol bisa diaplikasikan untuk sensormekanik, karena
alat ini bisa dipakai pada mikrokontroller untuk pengaturan rangkaian pengontrolan.
G. Pembangkit Listrik
Pembangkit listrik adalah bagian dari alat industri yang dipakai untuk
memproduksi dan membangkitkan tenaga listrik dari berbagai sumber tenaga, seperti
PLTU, PLTN, PLTA, PLTS, PLTSa, dan lain-lain.
Bagian utama dari pembangkit listrik ini adalah generator, yakni mesin berputar
yang mengubah energi mekanis menjadi energi listrik dengan menggunakan prinsip
medan magnet dan penghantar listrik. Mesin generator ini diaktifkan dengan
menggunakan berbagai sumber energi yang sangat bemanfaat dalam suatu
pembangkit listrik.
141
LANDASAN TEORI
RANGKAIAN RESISTOR PARAREL
Landasan Teori
A. Pengertian Rangkaian Pararel
Rangkaian Paralel adalah salah satu rangkaian
listrik yang disusun secara berderet (paralel).
Lampu
yang
dipasang
dirumah.
Umumnya
merupakan rangkaian paralel. Rangakain listrik
parallel adalah suatu rangkaian listrik, dimana
semua input komponen berasal dari sumber yang
sama. Semua komponen satu sama lain tersusun paralel. Hal inilah yang
menyebabkan susunan parallel dalam rangkaian listrik menghabiskan biaya yang
lebih banyak (kabel penghubung yang diperlukan lebih banyak). Selain kelemahan
ersebut, susunan parallel memiliki kelebihan tertentu dibandingkan susunan seri.
Adapun kelebihannya adalah jika salah satu komponen dicabut atau rusak, maka
komponen yang lain tetap berfungsi sebagaimana mestinya.
Gabungan antara rangkaian seri dan rangkaian parallel disebut rangkaian seriparalel (kadang disebut sebagai rangkaian campuran atau rangkaian kombinasi).
B. Arus Bolak-Balik
Arus bolak-balik (AC/alternating
current) adalah arus listrik dimana
besarnya dan arahnya arus berubah-ubah
secara bolak-balik. Berbeda dengan arus
searah dimana arah arus yang mengalir
tidak berubah-ubah dengan waktu. Bentuk gelombang dari listrik arus bolakbalik biasanya berbentuk gelombang sinusoida, karena ini yang memungkinkan
pengaliran energi yang paling efisien. Namun dalam aplikasi-aplikasi spesifik yang
142
LANDASAN TEORI
lain, bentuk gelombang lain pun dapat digunakan, misalnya bentuk gelombang
segitiga (triangular wave) atau bentuk gelombang segiempat (square wave).
Secara umum, listrik bolak-balik berarti penyaluran listrik dari sumbernya
(misalnya PLN) ke kantor-kantor atau rumah-rumah penduduk. Namun ada pula
contoh lain seperti sinyal-sinyal radio atau audio yang disalurkan melalui kabel, yang
juga merupakan listrik arus bolak-balik. Di dalam aplikasi-aplikasi ini, tujuan utama
yang paling penting adalah pengambilan informasi yang termodulasi atau terkode di
dalam sinyal arus bolak-balik tersebut.
C. Arus Searah
Arus searah (direct current atau DC) adalah
aliran elektron dari suatu titik yang energi
potensialnya tinggi ke titik lain yang energi
potensialnya lebih rendah. Sumber arus listrik
searah biasanya adalah baterai (termasuk aki dan
Elemen Volta) dan panel surya. Arus searah
biasanya mengalir pada sebuah konduktor, walaupun mungkin saja arus searah
mengalir pada semi-konduktor, isolator, dan ruang hampa udara.
Arus searah dulu dianggap sebagai arus positif yang mengalir dari ujung positif
sumber arus listrik ke ujung negatifnya. Pengamatan-pengamatan yang lebih baru
menemukan bahwa sebenarnya arus searah merupakan arus negatif (elektron) yang
mengalir dari kutub negatif ke kutub positif. Aliran elektron ini menyebabkan
terjadinya lubang-lubang bermuatan positif, yang "tampak" mengalir dari kutub
positif ke kutub negatif.
Penyaluran tenaga listrik komersil yang pertama (yang dibuat oleh Thomas
Edison di akhir abad ke 19) menggunakan listrik arus searah. Karena listrik arus
bolak-balik lebih mudah digunakan dibandingkan dengan listrik arus searah untuk
143
LANDASAN TEORI
transmisi (penyaluran) dan pembagian tenaga listrik, di zaman sekarang hampir
semua transmisi tenaga listrik menggunakan listrik arus bolak-balik.
D. Hukum Sirkuit Kirchhoff
Hukum-hukum Sirkuit Kirchhoff adalah dua persamaan yang membahas
kekekalan muatan dan energi dalam sirkuit listrik, dan pertama dijabarkan pada
tahun 1845 oleh Gustav Kirchhoff. Hukum-hukum ini juga sering disebut sebagai
Hukum Kirchhoff (lihat juga hukum Kirchhoff untuk arti lain) dan seringkali
digunakan dalam teknik elektro.
Kedua hukum sirkuit ini dapat diturunkan dari persamaan Maxwell, tapi
Kirchhoff ada sebelum Maxwell dan menggunakan pekerjaan dari George Ohm
untuk menghasilkan hukumnya.
E. Teorema Norton
Teorema Norton adalah salah
satu teorema yang berguna untuk
analisis
Norton
sirkuit
listrik.
Teorema
menunjukkan
bahwa
keseluruhan jaringan listrik tertentu,
kecuali beban, dapat diganti dengan sirkuit ekuivalen yang hanya mengandung
sumber arus listrik independen dengan sebuah resistor yang terhubung secara paralel,
sedemikian hingga hubungan antara arus listrik dan tegangan pada beban tidak
berubah. Sirkuit baru hasil dari aplikasi teorema Norton disebut dengan sirkuit
ekuivalen Norton. Teorema ini dinamakan sesuai dengan penemunya, seorang
insinyur yang pernah bekerja pada Bell Telephone Laboratories, yang bernama E. L.
Norton.
Ditentukan sebuah jaringan listrik seperti pada gambar dan bagian dalam kotak
hitam yang akan dicari sirkuit ekuivalennya. Nilai sumber arus Ino sirkuit ekuivalen
144
LANDASAN TEORI
Norton didapatkan dengan membuat hubungan-singkat antara terminal A dan B lalu
dihitung besar arus yang mengalir melalui terminal tersebut. Sedangkan nilai resistor
pengganti Rno dapat dihitung dengan mematikan semua sumber tegangan dan arus
lalu dihitung nilai ekuivalen resistansi di antara terminal A dan B.
Penggunaan utama dari teorema Norton adalah menyederhanakan sebagian besar
dari sirkuit dengan sirkuit ekuivalen yang sederhana.
F. Teorema Thevenin
Teorema Thevenin adalah salah satu
teorema yang berguna untuk analisis sirkuit
listrik.Teorema
Thevenin
menunjukkan
bahwa keseluruhan jaringan listrik tertentu,
kecuali beban, dapat diganti dengan sirkuit
ekuivalen yang hanya mengandung sumber tegangan listrik independen dengan
sebuah resistor yang terhubung secara seri, sedemikian hingga hubungan antara arus
listrik dan tegangan pada beban tidak berubah. Sirkuit baru hasil dari aplikasi
teorema Thevenin disebut dengan sirkuit ekuivalen Thevenin. Teorema ini
dinamakan sesuai dengan penemunya, seorang insinyur berkebangsaan Perancis, M.
L. Thévenin.
Ditentukan sebuah jaringan listrik seperti pada gambar dan bagian dalam kotak
hitam yang akan dicari sirkuit ekuivalennya; nilai sumber tegangan Vth pada sirkuit
ekuivalen Thevenin didapatkan dengan melepaskan resistor beban di antara terminal
A dan B lalu dihitung besar tegangan sirkuit terbuka di antara kedua terminal
tersebut. Sedangkan nilai resistor pengganti Rth dapat dihitung dengan mematikan
semua sumber tegangan dan arus lalu dihitung nilai ekuivalen resistansi di antara
terminal A dan B.
145
LANDASAN TEORI
DAYA LISTRIK
Landasan Teori
A. Pengertian Daya Listrik
Daya listrik didefinisikan sebagai laju
hantaran energi listrik dalam sirkuit listrik.
Satuan SI daya listrik adalah watt yang
menyatakan banyaknya tenaga listrik yang
mengalir per satuan waktu (joule/detik).
Arus listrik yang mengalir dalam rangkaian dengan hambatan listrik
menimbulkan kerja. Peranti mengkonversi kerja ini ke dalam berbagai bentuk yang
berguna, seperti panas (seperti pada pemanas listrik), cahaya (seperti pada bola
lampu), energi kinetik (motor listrik), dan suara (loudspeaker). Listrik dapat
diperoleh dari pembangkit listrik atau penyimpan energi seperti baterai.
B. Perumusan matematis daya listrik
1. Dalam rangkaian listrik
Daya listrik, seperti daya mekanik, dilambangkan oleh huruf P dalam
persamaan listrik. Pada rangkaian arus DC, daya listrik sesaat dihitung
menggunakan Hukum Joule, sesuai nama fisikawan Britania James Joule,
yang pertama kali menunjukkan bahwa energi listrik dapat berubah menjadi
energi mekanik, dan sebaliknya.
146
LANDASAN TEORI
Dimana :
P adalah daya (watt atau W)
I adalah arus (ampere atau A)
V adalah perbedaan potensial (volt atau V)
Sebagai contoh, lampu dengan daya 8 watt yang dipasang pada voltase (beda
potensial) 220 V akan memerlukan arus listrik sebesar 0,0363636 A atau 36,3636
mA :
.
Hukum Joule dapat digabungkan dengan hukum Ohm untuk menghasilkan
dua persamaan tambahan
dimana :
R adalah hambatan listrik (Ohm atau Ω).
sebagai contoh:
dan
147
LANDASAN TEORI
2. Dalam ruang
Daya listrik mengalir di manapun medan listrik dan magnet berada di
tempat yang sama. Contoh paling sederhana adalah rangkaian listrik, yang
sudah dibahas sebelumnya. Dalam kasus umum persamaan
harus
diganti dengan perhitungan yang lebih rumit, yaitu integral hasil kali vektor
medan listrik dan medan magnet dalam ruang tertentu:
Hasilnya adalah skalar, karena ini adalah integral permukaan dari vektor
Poynting.
C. Energi listrik
Energi listrik adalah energi utama yang dibutuhkan bagi peralatan listrik/energi
yang tersimpan dalam arus listrik dengan satuan ampere (A) dan tegangan listrik
dengan satuan volt (V) dengan ketentuan kebutuhan konsumsi daya listrik dengan
satuan Watt (W) untuk menggerakkan motor, lampu penerangan, memanaskan,
mendinginkan ataupun untuk menggerakkan kembali suatu peralatan mekanik untuk
menghasilkan bentuk energi yang lain.
Energi yang dihasilkan dapat berasal dari berbagai sumber, seperti air, minyak,
batu bara, angin, panas bumi, nuklir, matahari, dan lainnya. Energi ini besarnya dari
beberapa Joule sampai ribuan hingga jutaan Joule.
D. Watt
Watt (W) adalah satuan turunan SI untuk daya. 1 Watt didefinisikan sebagai 1
joule dibagi 1 detik (1 J/d), atau dalam satuan listrik , satu voltampere (1 V·A).
148
LANDASAN TEORI
Dia merupakan rating (rate) dari joule perdetik dimana energi diubah, digunakan
atau habis.
Persamaan :
Namun, rating V-A hanya sama dengan watt bila dia digunakan untuk alat yang
menyerap seluruh energi, seperti "coil" pemanas listrik atau lampu "incandescent".
Dengan penyedia tenaga komputer, rating watt nyata hanya 60% sampai 70% rating
V-A.
Satuan watt ini dinamakan untuk mengenang James Watt untuk sumbangannya
bagi pengembangan mesin uap, dan diadopsi oleh "Second Congress" "British
Association for the Advancement of Science" pada 1889 dan oleh Conférence
Générale des Poids et Mesures ke-11 pada 1960.
E. Energi kinetis
Energi kinetis atau energi gerak (juga disebut energi kinetik) adalah energi
yang dimiliki oleh sebuah benda karena gerakannya.
Energi kinetis sebuah benda didefinisikan sebagai usaha yang dibutuhkan untuk
menggerakkan sebuah benda dengan massa tertentu dari keadaan diam hingga
mencapai kecepatan tertentu.
Energi kinetis sebuah benda sama dengan jumlah usaha yang diperlukan untuk
menyatakan kecepatan dan rotasinya, dimulai dari keadaan diam.
149
LANDASAN TEORI
F. Baterai
Baterai adalah alat listrik kimiawi yang menyimpan energi dan mengeluarkan
tenaganya dalam bentuk listrik. Sebuah baterai biasanya terdiri dari tiga komponen
penting, yaitu:/
1. batang karbon sebagai anode (kutub positif baterai)
2. seng (Zn) sebagai katode (kutub negatif baterai)
3. pasta sebagai elektrolit (penghantar)
Baterai yang biasa dijual (disposable/sekali pakai) mempunyai tegangan listrik
1,5 volt. Baterai ada yang berbentuk tabung atau kotak. Ada juga yang dinamakan
rechargeable battery, yaitu baterai yang dapat diisi ulang, seperti yang biasa terdapat
pada telepon genggam. Baterai sekali pakai disebut juga dengan baterai primer,
sedangkan baterai isi ulang disebut dengan baterai sekunder.
Baik baterai primer maupun baterai sekunder, kedua-duanya bersifat mengubah
energi kimia menjadi energi listrik. Baterai primer hanya bisa dipakai sekali, karena
menggunakan reaksi kimia yang bersifat tidak bisa dibalik (irreversible reaction).
Sedangkan baterai sekunder dapat diisi ulang karena reaksi kimianya bersifat bisa
dibalik (reversible reaction).
150