II-1 BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Energi Energi

 BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Energi
Energi merupakan konsep yang sangat abstrak, energi tidak memiliki
massa, tidak dapat diamati, dan tidak dapat diukur secara langsung, akan tetapi
dirasakan perubahannya. Konsep bentuk energi tidak terlepas dari
dapat
perubahan
energi, karena yang berubah adalah energi.
Hukum Kekekalan Energi Thermodinamika 1, “Bahwa energi tidak dapat
diciptakan atau dimusnahkan tetapi bisa dirubah dari suatu jenis energi ke bentuk
energi lain”. Energi dapat berada dalam berbagai bentuk, seperti energi panas,
energi cahaya, energi listrik, energi kinetik, energi kimia, energi potensial, energi
nuklir dan lain sebagainya. Ada dua bentuk energi yang kaitannya dengan
mekanika, yaitu energi kinetik dan energi potensial, dapat dilihat pada Gambar
2.1 dibawah ini.
h1
h2
Gambar 2.1 Bentuk energi
Sumber : Sunarti, Titin. Usaha, Energi, dan Usaha. Direktorat Pendidikan Menengah
Kejuruan. Departemen Pendidikan Nasional. 2004
II-1
II-2
1. Energi Kinetik
Setiap benda yang bergerak memiliki energi. Sejumlah kendaraan
yang bergerak dengan laju tertentu di jalan raya juga memiliki energi
kinetik. Benda yang bergerak memiliki kemampuan untuk melakukan
usaha, karenanya dapat dikatakan memiliki energi. Energi pada benda yang
bergerak disebut energi kinetik.
Kata kinetik berasal dari bahasa yunani, kinetokos, yang artinya
“gerak”. Ketika benda bergerak, benda memiliki kecepatan. Dengan
demikian, kita dapat menyimpulkan bahwa energi kinetik merupakan energi
yang dimiliki benda karena gerakannya atau kecepatan.
W = Ek = 1/2 mv2
.......................................(1)
2. Energi Potensial
Istilah potensial memiliki kata dasar “potensi”, yang dapat
diartikan sebagai kemampuan yang tersimpan. Secara umum, energi
potensial diartikan sebagai energi yang tesimpan dalam sebuah benda atau
dalam suatu keadaan tertentu. Energi potensial, karena masih tersimpan,
sehingga baru dimanfaatkan ketika sebuah benda berubah menjadi energi
lain.
Dalam pengertian yang lebih sempit, yakni dalam kajian mekanika,
energi potensial adalah energi yang dimiliki benda karena kedudukan atau
keadaan benda tersebut. Dua contoh energi yang mengacu pada pengertian
ini yakni energi potensial gravitasi dan energi potensial pegas.
a. Energi potensial Garvitasi
Energi potensial gravitasi adalah energi yang dimiliki suatu benda
karena kedudukannya (ketinggiannya) terhadap suatu bidang acuan.
Semakin tinggi diatas permukaan tanah, makin besar energi potensial
yang dimiliki benda tersebut. Dengan demikian, energi potensial (Ep)
gravitasi suatu benda merupakan hasil kali gaya berat benda (mg) dan
ketinggiannya (h). →
h2-h1
II-3
Ep = mgh ............................................. (2)
b. Energi potensial Pegas
Energi potensial pegas berhubungan dengan benda-benda elastis,
misalnya pegas. Apabila kita melepaskan tekanan pada pegas, maka
pegas tersebut melakukan usaha pada tangan kita.
Persamaan Energi Potensial elastis (Ep pegas)
Epelastis = ½ kx2 .......................................... (3)
Gambar 2.2 Energi potensial pegas
Sumber : Sunarti, Titin. Usaha, Energi, dan Usaha. Direktorat Pendidikan Menengah
Kejuruan. Departemen Pendidikan Nasional. 2004
2.2 Energy Harvesting
Energy harvesting (juga disebut sebagai power harvesting atau energy
scavenging) adalah sebuah proses dimana energi diambil dari sumber eksternal
(seperti energi panas matahari, energi dari angin, dan lain sebagainya), diubah,
dan kemudian disimpan. (Sumber : www.wikipedia.com).
Pada dasarnya alat harvesting energy untuk getaran telah terbukti melalui
tiga prinsip yaitu dari Piezoelectric (Sodano et al 2004), electrostatic (Meninger
II-4
et al 2001), and elektromagnetik (Williams et al 1996) yang ditransmisi ke dalam
Micro Elektromekanikal System (MEMS). Dari berbagai cara hanya piezoelectric
mempunyai kelebihan berupa tingginya Power Output, dan mudahnya pembuatan.
Hal diatas merupakan kategori menghasilkan energi secara makro.
Sedangkan untuk menghasilkan energi secara mikro, dalam beberapa tahun ini
juga telah banyak dilakukan riset mengenai energy harvesting dengan mengambil
yang ada dilingkungan (ambient energy) antara lain dari cahaya, getaran,
energi
panas,
maupun elektromagnetik.
Dengan Pertimbangan tersebut penggunaan harvesting energy dipilih
menggunakan speed bump dengan menggunakan piezoelectric. Di Eropa dan
China misalnya, telah dikembangkan model speed bump yang terbuat dari bahan
plastik atau karet dan tidak bersifat permanen menempel pada jalan raya sehingga
polisi tidur ini portable dan mudah untuk dibawa atau dipindahkan sesuai dengan
kebutuhan, (verma et al 2010).
2.3 Polisi Tidur
Istilah polisi tidur ini berasal dari bahasa Inggris Britania sleeping
policeman. Polisi tidur sudah dicatat Abdul Chaer dalam Kamus Idiom Bahasa
Indonesia (1984) dan diberi makna "rintangan (berupa permukaan jalan yang
ditinggikan) untuk menghambat kecepatan kendaraan". Jadi, ungkapan polisi tidur
pasti sudah ada sebelum tahun 1984.
Kamus Besar Bahasa Indonesia Edisi Pertama (1988) dan Edisi Kedua
(1991), polisi tidur belum terdaftar. Polisi tidur mulai diakui dalam KBBI Edisi
Ketiga (2001) dan diberi makna „bagian permukaan jalan yang ditinggikan secara
melintang untuk menghambat laju kendaraan'.
John M. Echols dan Hassan Shadily mencantumkannya dalam Kamus
Indonesia-Inggris Edisi Ketiga (1989) dan memadankannya dengan traffic bump.
II-5
Alan M. Stevens dan A. Ed Schmidgall-Tellings pun mencatat polisi tidur
dalam Kamus Lengkap Indonesia-Inggris (2005) dan menginggriskannya menjadi
speed trap, traffic bump, speed bump.
Polisi tidur atau disebut juga sebagai alat pembatas kecepatan adalah
bagian jalan yang ditinggikan berupa tambahan aspal atau semen yang dipasang
melintang di jalan untuk pertanda memperlambat laju / kecepatan kendaraan.
Untuk
meningkatkan keselamatan dan
kesehatan bagi pengguna jalan
ketinggiannya
diatur dan apabila melalui jalan yang akan dilengkapi dengan
rambu-rambu pemberitahuan terlebih dahulu mengenai adanya polisi tidur,
khususnya pada malam hari, maka polisi tidur dilengkapi dengan marka jalan
dengan garis serong berwarna putih atau kuning yang kontras sebagai pertanda.
Akan tetapi polisi tidur yang umumnya ada di Indonesia lebih banyak
yang bertentangan dengan desain polisi tidur yang diatur berdasarkan Keputusan
Menteri Perhubungan No 3 Tahun 1994 dan hal yang demikian ini bahkan dapat
membahayakan keamanan dan kesehatan para pemakai jalan tersebut.
2.3.1 Peraturan DLLAJ Tentang Polisi Tidur
Dalam pembuatan Perangkat lalu lintas
atau polisi tidur ini tidak
seenaknya dibuat, ada berbagai aturan yang harus dilaksanakan, aturan ini ada
pada “KEPUTUSAN MENTERI PERHUBUNGAN NOMOR : KM. 3 TAHUN
1994, tentang ALAT PENGENDALI DAN PENGAMAN PEMAKAI JALAN”
1) BAB II ( JENIS ALAT PENGENDALI DAN PENGAMANAN PEMAKAI
JALAN)
Pasal 2
1. Alat pengendal pemakai jalan yang digunakan untuk pengendalian atau
pembatasan tehadap kecepatan, ukuran muatan kendaraan pada ruas-ruas
jalan terdiri dari :
II-6
a.
Alat pembatas kecepatan
b. Alat pembatas tinggi dan lebar
2) BAB III (ALAT PENGENDALI PEMAKAI JALAN, Bagian Pertama, Alat
Pembatas kecepatan)
Pasal 3
1. Alat pembatas kecepatan adalah kelengkapan tambahan pada jalan yang
berfungsi untuk membuat pengemudi kendaraan bermotor mengurangi
kecepatan kendaraannya
2. Kelengkapan tambahan sebagaimana dimaksud ayat (1), dapat berupa
peninggian sebagian badan jalan melintang terhadap sumbu jalan dengan
lebar, tinggi, dan kelandaian tertentu.
Pasal 4
1. Alat pembatas kecepatan ditempatkan pada :
a. Jalan dilingkungan pemukiman
b. Jalan yang mempunyai kelas jalan II C
c. Pada jalan-jalan yang sedang dilakukan pekerjaan konstruksi
2. Penempatan sebagaimana dimaksud dalam ayat (1) dilakukan pada posisi
melintang tegak lurus dengan jalur lalu lintas.
3. Lokasi dan pengulangan penempatan alat pembatasan kecepatan
sebagaimana dimaksud dalam ayat (2), disesuaikan dengan hasil
manajemen dan rekayasa lalu lintas.
Pasal 5
2. Penempatan alat pembatas kecepatan pada jalur lalu lintas harus diberi
tanda berupa garis serong dari cat berwarna putih, atau kuning.
Pasal 6
1.
Bentuk penampang melintang alat pembatas kecepatan menyerupai
trapesium dan bagian menonjol di atas badan jalan maksimum 12 cm.
2. Penampang sebagaimana dimaksud dalam ayat (1), kedua sisi miringnya
mempunyai kelandaian yang sama maksimum 15%.
II-7
3. Lebar mendatar bagian atas sebagaimana dimaksud dalam ayat (1),
proporsional dengan bagian menonjol diatas badan jalan dan maksimum
15 cm.
Pasal 7
1.
Alat pembatas kecepatan dapat dibuat dengan mengguanakan bahan yang
sesuai dengan bahan dari badan jalan, karet, atau bahan lainnya yang
mempunyai pengaruh serupa.
2.
Pemilihan
memperhatikan keselamatan pemakai jalan.
bahan
sebagaimana
dimaksud
dalam
(1)
harus
(lampiran keputusan Menteri Perhubungan, nomor : KM 3 tahun 1994, tanggal 17 Januari
1994)
Gambar 2.3 Contoh pembatas kecepatan
ayat
II-8
2.4 Piezoelectric
2.4.1
Pengertian Piezoelectric
Piezolectric sendiri ditemukan oleh Curie bersaudara yang terdiri dari
Pierre Curie dan Jacques Curie pada tahun 1880. Mereka menggabungkan
pengetahuan mereka tentang pyroelectric, suatu kejadian dimana material
menghasilkan sebuah potensial listrik dikarenakan perubahan suhu, dengan
pemahaman mereka terhadap struktur Kristal mendasar yang memunculkan efek
pyroelectric tersebut. Namun Curie bersaudara tidak terlalu membahas efek
piezoelectric secara mendalam, ilmu tentang efek piezoelectric ini dibahas lebih
lanjut oleh Gabriel Lipmann pada tahun 1881 dengan menggunakan prinsipprinsip dasar termodinamika.
Piezoelektrisitas adalah sebuah fenomena saat sebuah gaya yang
diterapkan pada suatu segment bahan menimbulkan muatan listrik pada
permukaan segmen bahan tersebut yang disebabkan oleh adanya distribusi muatan
listrik pada sel-sel kristal. Nilai koefisien muatan piezoelectric berada pada
rentang 1 – 100 pico coloumb/Newton. Sehingga besarnya daya yang dihasilkan
tergantung dengan luas dan jenis dari material
2.4.2 Prinsip Kerja Piezoelectric
Efek piezoelektric terjadi jika medan listrik terbentuk ketika material
dikenai tekanan mekanik. Pada saat medan listrik melewati material, molekul
yang terpolarisasi akan menyesuaikan dengan medan listrik, dihasilkan dipole
yang terinduksi dengan molekul atau struktur kristal materi. Fenomena tersebut
dikenal dengan electrostriction.
Lantai piezoelectric ini bekerja dengan prinsip tekanan, saat terjadi
perubahan tekanan alat ini akan menghasilkan listrik dalam jumlah yang kecil,
II-9
namun jika digunakan banyak alat ini dalam satu wilayah yang luas maka akan
mampu menghasilkan listrik yang cukup besar.
Sumber : Wikipedia
Gambar
2.4 Piezoelectric
Untuk penggunaan pada kehidupan sehari-hari sebenarnya alat ini sangat
berguna untuk menghasilkan energi, namun pemasanganya harus pada tempattempat tertentu yang potensial dan juga mengalami perubahan tekanan seperti
zebracross ataupun pilisi tidur di jalan raya, sehingga alat ini efektif dalam
menghasilkan listriknya. Dan akan menghemat listrik, yang saat ini masih disuplai
dari PLN, sehingga penggunaan BBM pun dapat dikurangi.
Gambar 2.5 Prinsip kerja piezoelektrik
Sumber : Wikipedia
Pada kristal tertentu, tekanan mekanis →potensial listrik→sebaliknya
potensial listrik → perubahan fisik bahannya. (Bila kristal ini diberi tegangan
II-10
listrik, maka lempengan kristal akan mengalami vibrasi sehingga timbullah
ultrasonik. Sebaliknya, vibrasi pada kristal akan menghasilkan listrik).
q = k.f ....................................................... (4)
q= muatan
k= konstanta piezoelectric
f = gaya
k, quartz = 2,3 pC/N, barium titanate = 140 pC/N.
2.4.3
Spesifikasi Piezoelectric
Piezo Sensor memiliki 2 macam jenis bahan yaitu PVDF dan
Copolymer(Keramik) berikut adalah perbedaan antara kedua bahan tersebut .
Tabel 2.1 Spesifikasi Piezoelectric
Sumber : Christianto, Paulus. Laporan Proyek Piezo Vibration Sensor. Fakultas Teknik.
Jurusan Teknik Elektro Universitas Kristen Maranatha. Bandung. 2011
II-11
.Berikut adalah rumus besar nilai kapasitansinya
..........................................(5)
Besar kapasitansi bergantung pada permisitivitas bahan , Luas film PVDF
dan ketebalan PVDF .
Tabel 2.2 Voltase yang dibangkitkan
Sumber : Studi Karakteristik Energi Yang Dihasilkan Vibration Energy Harvesting
dengan Memanfaatkan Metode Piezoelectric untuk Pembebanan Frontal dan Lateral .
Fakultas Teknik Industri Jurusan Teknik Mesin. ITS. Surabaya.2011
II-12
Bahan Piezoelectric adalah material yang memproduksi medan listrik
ketika dikenai regangan atau tekanan mekanis. Sebaliknya, jika medan listrik
diterapkan, maka material tersebut akan mengalami regangan atau tekanan
mekanis.
Bahan piezoelektrik alami diantaranya: Kuarsa (Quartz, SiO2), berlinite,
turmalin dan garam rossel. Bahan Piezoelectric buatan diantaranya: Barium
titanate (BaTiO3), Lead zirconium titanate (PZT), Lead titanate (PbTiO3) dsb.
Material Piezoelectric adalah keramik yang terpolarisasi, seperti material
quartz (SiO2) atau barium titanate (BaTiO3) yang akan menghasilkan medan
listrik
material berubah dimensinya akibat gaya mekanik. Keramik yang
terpolarisasi disini yaitu beberapa bagian molekul bermuatan positif dan sebagian
yang lain bermuatan negative dengan elektroda-elektroda yang menempel pada
dua sisi yang berlawanan. Pada saat medan listrik melewati material, molekul
yang terpolarisasi akan menyesuaikan dengan medan listrik, dihasilkan dipole
yang terinduksi dengan molekul atau struktur kristal materi.
Tabel 2.3 Property piezoelectric
Sumber : Wikipedia : piezoelectric tranduser
Penyesuaian molekul akan mengakibatkan material berubah dimensi
sekitar 0.1% dari volume bendanya itu sendiri. Fenomena tersebut dikenal dengan
electrostriction (efek Piezoelectric) Barium titanate dan zirconate titanate
merupakan material Piezoelectric buatan manusia. Dialam ada banyak material
II-13
alami yang dapat memberikan efek Piezoelectric, seperti berlinite, kuarsa,
turmalin, dan garam rossel. Material jenis ini antara lain yaitu lapisan tipis
rhombohedral lead zirconium titanate (PZT) sebagai actuator untuk MEMS,
lapisan
tipis aluminium nitride (AIN) sebagai filterfr atau resonantor (orde GHZ)
berbasis efek surface acoustic wave (SAW), komposit piezoelektrik seperti serbuk
keramik PTCa yang didispersikan dalam epoxy digunakan sebagai actuator
pembalik (listrik menjadi energi mekanik).
Tabel
2.4 Properties of Some Piezolectric Materials
material
Density
Dielectric
(Mg/m3)
constant
Curie
temerature
(°C)
Quartz
2.65
4.6
Li2SO4
2.06
10/3
BaTiO3
5.7
1900
130
PbTiO3
7.12
43
494
PZT-4
7.6
1300
PZT-5
7.7
LiNbO3
4.64
Rochelle salt
Saturation
Coupling
polarization coefficient,
(C/m2)
K
575
0.26
0.38
320
0.5
0.56
1700
365
0.5
0.66
29
1210
0.74
0.035
5000
24
# lead zirconate titanate Sumber : Sources: Hanbook of Tables for Applied Engineering Science,
2nd ed., CRC Press, Boca Raton, FL (1973), and A.I. Moulson and J.M.Herbert, Electroceramics,
Champman and Hall, london (1990)
II-14
2.4.4 Kelebihan Piezoelectric
Elemen
Piezoelectric
mempunyai
beberapa
kelebihan
penting
dibandingkan mekanisme sensor yang lain. Pertama dan yang utama adalah fakta
bahwa piranti tersebut membangkitkan sendiri tegangannya. Karena itu elemen ini
tidak memerlukan daya dari luar untuk operasionalnya. Untuk suatu aplikasi di
mana konsumsi daya sangat terbatas, piranti Piezoelectric sangat berguna.
2.4.5 Kelemahan dan Kekurangan Material Piezoelcktric
Piezoelectric bukanlah suatu dielektrik yang bagus. Ada sedikit kebocoran
muatan pada material piezoelektrik. Karena fenomena ini, ada suatu konstanta
waktu penyimpanan tegangan pada Piezoelectric setelah diberikan suatu gaya.
Konstanta waktu ini tergantung pada kapasitansi elemennya dan pada resistansi
kebocorannya. Konstanta waktunya berada pada orde 1 detik. Karena efek ini,
Piezoelectric kurang bermanfaat untuk mendeteksi besaran static seperti berat
suatu benda.
Kekurangan utama sensing Piezoelectric ini adalah sensitifitasnya hanya
bagus untuk sinyal yang berubah‐ubah terhadap waktu. Piezoelectric tidak dapat
beroperasi untuk aplikasi‐aplikasi yang membutuhkan sensitifitas terhadap
besaran statik. Meskipun demikian, jika ada sinyal yang berubah terhadap waktu,
perlu adanya pemikiran yang serius pada penggunaan elemen sensing
Piezoelectric
2.5 Dasar Teori Listrik
2.5.1 Kelistrikan.
Kita ketahui bahwa suatu materi terdiri dari atom-atom, yang memiliki
sejumlah partikel dasar, yaitu proton yang bermuatan listrik positif, dan netron
yang tak bermuatan yang berada dalam inti atom serta elektron yang bermuatan
listrik negatif yang bergerak pada orbit disekitar inti atom. Secara normal, suatu
atom bermuatan listrik netral karena muatan listrik negatif dari elektron setimbang
dengan muatan listrik proton. Atom-atom ini akan bermuatan listrik positif bila
II-15
kehilangan elektron dan menjadi bermuatan listrik negatif bila mendapatkan
elektron dari atom-atom lain.
Pada teori rangkaian, arus umumnya dipandang sebagai gerakan muatan
listrik positif, hal ini sesuai dengan konvensi dari Benjamin Franklin (1706 –
1790), yang menyatakan bahwa listrik bergerak dari positif menuju negatif. Kita
ketahui bahwa arus pada penghantar logam adalah gerakan elektron bebas dari
atom-atom
logam, yang kita ketahui bermuatan listrik negatif. Dengan demikian
arah arus listrik berlawanan dengan arah gerakan elektron.
Terdapat beberapa jenis arus yang umum digunakan, yaitu arus listrik
searah (DC) seperti yang dihasilkan oleh catu daya untuk peralatan elektronika,
Batere dan sumber listrik arus searah lainnya dan arus listrik bolak-balik atau AC
yang umumnya merupakan fungsi sinusoid yang digunakan pada peralatan rumah
tangga atau mesin-mesin industri.
Alat ukur Arus listrik disebut Ampere meter. Alat ini harus dihubungkan
seri dengan beban yang akan diukur, seperti ditunjukkan pada Gambar di bawah.
Agar ampere meter ini tidak mempengaruhi besarnya arus yang diukur, maka
tahanan dalam ampere meter harus nol.
A
V
I
R
Gambar 2.6 Contoh pengukuran arus listrik
Sumber : Wikipedia, Jurnal teori dasar listrik
Muatan dalam suatu konduktor yang berupa elektron-elektron bebas dapat
bergerak secara acak. Jika kita menghendaki agar gerakannya menyatu (tidak
acak), maka kita harus memberikan gaya gerak listrik (Electromotive ForceEMF). Dengan demikian suatu kerja telah dilakukan pada suatu muatan. Kita
II-16
mendefinisikan Tegangan pada suatu elemen adalah kerja yang dilakukan untuk
menggerakkan satu muatan (1 C) dari satu terminal ke terminal lain. Satuan dari
tegangan atau beda potensial disebut dengan V disingkat dengan V. Satuan ini
diambil
dari nama ahli fisika berkebangsaan Italia, yaitu Alessandro Giuseppe
Antonio Anastasio Va (1745 – 1827), yang menemukan batere Va.
Selanjutnya kita menyatakan tegangan dengan huruf V dan menggunakan
+, - untuk menyatakan polaritasnya seperti ditunjukkan pada Gambar di
tanda
bawah.
Nampak bahwa terminal A lebih positif “volt” V dibanding terminal B.
Cara yang lain untuk menyatakan tegangan ini adalah dengan menyatakan beda
potensialnya, yaitu terminal A memiliki potensial lebih tinggi sebesar “volt” V
dibanding terminal B.
A
+
v
-
B
Gambar 2.7 Polaritas Tegangan.
Sumber : Wikipedia, Jurnal teori dasar listrik
Beberapa orang menyatakan tegangan pada suatu elemen sebagai tegangan
jatuh atau tegangan naik. Dengan mengacu pada Gambar di atas, tegangan jatuh
terjadi jika arus listrik mengalir dari A ke B, dan tegangan naik jika arus mengalir
dari B ke A.
Kita juga dapat menyatakan potensial pada suatu titik terhadap titik yang
lain dengan subskrip ganda, seperti VAB = - VAB. Alat ukur Tegangan listrik
disebut V meter. Alat ini harus dihubungkan paralel dengan beban yang akan
diukur, seperti ditunjukkan pada Gambar di bawah. Agar V meter ini tidak
mempengaruhi besarnya tegangan yang diukur, maka tahanan dalam ampere
meter harus tak hingga.
II-17
V
R
V
Gambar 2.8 Cara pengukuran tegangan
Sumber : Wikipedia, Jurnal teori dasar listrik
Dibawah ini juga akan diuraikan beberapa teori dasar listrik beserta rumus
dan satuannya dan hukum – hukum kelistrikan yang berhubungan dengan tugas
akhir ini.
Arus listrik adalah muatan-muatan negatif (elektron-elektron) yang
mengalir dari potensial rendah ke potensial tinggi. Mengenai arus listrik ini
diselidiki oleh Andre Marie Ampere, yang mengatakan : (Kuat) Arus listrik
adalah banyaknya muatan listrik yang mengalir dalam suatu penghantar setiap
sekon (detik). Pernyataan tersebut dapat ditulis dengan rumus :
I =
𝑄
𝑡
............................................................. (6)
dimana :
I = Arus listrik dalam satuan Ampere ( A )
Q = Muatan listrik dalam satuan Coulomb ( C )
t = Waktu dalam satuan sekon ( dt )
1 Ampere yaitu apabila dalam suatu penghantar mengalir muatan sebesar satu
coulomb selama satu sekon ( detik ).
1 Ampere =
1 𝐶𝑜𝑢𝑙𝑜𝑚𝑏
1 𝑆𝑒𝑘𝑜𝑛
(1 Coulomb = 6,3 x 1018 elektron)
II-18
Ketiga rumus ini dapat diingat dengan menggunakan segitiga seperti berikut ini :
Q
1. I =
𝑄
𝑡
2. Q = I x t
I
t
3.
t =
𝑄
𝐼
Tegangan Listrik dinyatakan dengan notasi V ( volt ) atau voltage dan juga
dinyatakan dengan huruf E dari EMF yaitu singkatan Electro Motive Force
( gaya gerak listrik ) dan satuan tegangan Listrik adalah V.
Tegangan listrik atau Potensial listrik yaitu energi atau tenaga yang
menyebabkan muatan-muatan negatif (elektron-elektron) mengalir dalam suatu
penghantar.
Pernyataan tersebut dapat ditulis dengan rumus :
V =
𝑊
𝑄
...............................................................(7)
dimana :
V = Tegangan listrik dalam satuan volt (V)
W = Energi /tenaga/ kerja listrik dalam satuan Joule (J)
Q = Muatan listrik dalam satuan Coulomb (C)
George Simon Ohm telah melakukan percobaan - percobaan dan
membuktikan bahwa terdapat hubungan yang erat antara arus listrik (I), tegangan
listrik (V) dan hambatan listrik/Resistor (R). Hubungan tersebut dikenal dengan
Hukum Ohm, yang berbunyi :
Dalam suatu rangkaian tertutup (Closed Circuit) Kuat arus listrik (I)
sebanding atau berbanding lurus dengan tegangan listriknya (V), dan berbanding
terbalik dengan hambatan listriknya (R).
II-19
Gambar 2.9 Rangkaian arus
Sumber : Wikipedia, Jurnal teori dasar listrik
Daya Listrik adalah usaha listrik dalam suatu penghantar setiap detik.
Pernyataan ini dapat ditulis dengan rumus :
P =
𝑊
𝑡
atau
Keterangan :
P =
( 𝑉.𝐼.𝑡)
𝑡
maka
P = V x I ...................... (8)
P = Daya listrik dalam satuan W
V = Tegangan listrik dalam satuan V
I = Arus listrik dalam satuan A
W = Usaha listrik dalam satuan J
W= VxIxt
t = Waktu dalam satuan sekon (dt)
Jika kita hubungkan antara Hukum Ohm dengan Daya Listrik maka diperoleh :
a) P = V x I
jika
I =
𝑉
𝑅
maka
𝑉
𝑉2
b) P = V x 𝑅 = 𝑅
c) P = I x I x R = I2 x R
Jadi untuk menentukan besarnya Daya Listrik dapat kita selesaikan dengan
menggunakan tiga buah rumus seperti di atas.
II-20
2.5.2 Batere atau Accumulator
Batere atau akumulator adalah sebuah sel listrik dimana didalamnya
berlangsung proses elektrokimia yang reversibel ( dapat berbalikan ) dengan
efisiensinya yang tinggi. Yang dimaksud dengan proses elektrokimia reversibel,
adalah didalam batere dapat berlangsung proses pengubahan kimia menjadi tenaga
listrik ( proses pengosongan ), dan sebaliknya dari tenaga listrik menjadi tenaga
( pengisian kembali dengan cara regenerasi dari elektroda-elektroda yang
kimia
dipakai,
yaitu dengan melewatkan arus listrik dalam arah ( polaritas ) yang
berlawanan didalam sel.
Tiap sel batere ini terdiri dari dua macam elektroda yang berlainan, yaitu
elektroda positif dan elektroda negatif yang dicelupkan dalam suatu larutan kimia.
2.5.3 Dioda
Dioda adalah merupakan jenis komponen pasif. Dioda memiliki dua
kaki/kutub yaitu kaki anoda dan kaki katoda . Dioda terbuat dari bahan semi
konduktor tipe P dan semi konduktor tipe N yang di sambungkan.
Semi konduktor tipe P berfungsi sebagai Anoda dan semi konduktor tipe
N berfungsi sebagai katoda. Pada daerah sambungan 2 jenis semi konduktor yang
berlawanan ini akan muncul daerah deplesi yang akan membentuk gaya barier
.Gaya barier ini dapat ditembus dengan tegangan + sebesar 0.7 V yang dinamakan
sebagai break down Vage, yaitu tegangan minimum dimana dioda akan bersifat
sebagai konduktor/penghantar arus listrik.
Dioda bersifat menghantarkan arus listrik hanya pada satu arah saja, yaitu
jika kutub anoda kita hubungkan pada tegangan + dan kutub katoda kita
hubungkan dengan tegangan – (kita beri bias maju dengan tegangan yang lebih
besar dari 0.7 V) maka akan mengalir arus listrik dari anoda ke katoda (bersifat
konduktor). Jika polaritasnya kita balik (kita beri bias mundur) maka arus yang
mengalir hampir nol atau dioda akan bersifat sebagai isulator.
II-21
Karena sifat dioda yang bekerja sebagai konduktor jika kita beri bias maju
dan bekerja sebagai isulator pada bias mundur, maka dioda sering digunakan
sebagai penyearah (rectifier) arus bolak-balik. Contoh penggunaannya adalah
pada rangkaian adaptor, DC power supply (Catu Daya DC) dsb.
Menurut bahan semi konduktor yang digunakan dalam pembuatannya,
dioda ada 2 jenis yaitu :
1. Dioda silikon: Dibuat dari bahan silikon.
2. Dioda germanium: Dibuat dari bahan germanium.
Jenis-jenis dioda dan penggunaannya :
Gambar 2.10 Dioda
Sumber : Wikipedia, Berkas: Dioda
Dioda Schottky (diambil dari nama seorang ahli fisika Jerman Walter H.
Schottky;
juga
dikenal
sebagai
diode
pembawa
panas)
adalah
diode
semikonduktor dengan tegangan rendah.
Dioda Schottky adalah tipe khusus dari diode dengan tegangan yang
rendah. Ketika arus mengalir melalui diode akan ditahan oleh hambatan internal,
yang menyebabkan tegangannya menjadi kecil di terminal diode. Dioda normal
antara 0.7-1.7 V, sementara diode Schottky tegangan kira-kira antara 0.15-0.45 V.
Dioda Schottky menggunakan simpangan logam-semikonduktor sebagai
Sawar Schottky (dari sebuah simpangan semikonduktor-semikonduktor seperti
dalam diode konvensional). Sawar Schottky ini dihasilkan dengan waktu kontak
yang sangat cepat dan tegangan yang rendah.
II-22
Perbedaan yang paling penting antara p-n dan diode Schottky adalah dari
membalikkannya
waktu
pemulihan,
ketika
beralih
dari
keadaan
tidak
menghantarkan ke keadaan menghantarkan dan sebaliknya. Dimana dalam diode
p-n waktu pemulihan balik dapat dalam orde ratusan nano-detik dan kurang dari
100 nano-detik untuk diode cepat.
Aplikasi termasuk perlindungan muatan pada sel surya yang dihubungkan
dengan
batere timbal-asam dan dalam mode saklar-sumber listrik; dalam kedua
kasus
rendahnya tegangan akan meningkatkan efisiensi. Dioda silicon standar
tegangan kira-kira sekitar 0.7 V dan diode germanium 0.3 V.
Gambar 2.11 Schottky diode schematic symbol
Sumber : Wikipedia, Berkas: Dioda
2.5.4 Lampu LED
Kata LED merupakan singkatan dari light-Emitting Diode (dioda cahaya)
ialah suatu semikonduktor yang memancarkan cahaya monokromatik yang tidak
koheren
ketika
diberi
tegangan
maju.
Gejala
ini
termasuk
bentuk
elektroluminesensi. Warna yang dihasilkan bergantung pada bahan semikonduktor
yang dipakai, dan bisa juga ultraviolet dekat atau inframerah dekat.
Sumber : Wikipedia, berkas: LED
Gambar 2.12 LED
II-23
Lampu LED memiliki beberapa keunggulan dari lampu konvensional yang
sebelumnya kita gunakan (neon,bohlam dan lainnya) sehingga lampu LED layak
disebut sebagai lampu masa depan dan mulai digunakan dari sekarang.
Beberapa Keuntungan yang didapat apabila menggunakan lampu Led
ketimbang lampu neon / pijar :

Dengan menggunakan lampu LED kita bisa menghemat tagihan listrik
,lampu pijar hanya bisa mengubah sekitar 8 % dari konsumsi listrik yang
digunakan menjadi cahaya, dibandingkan dengan lampu LED yang bisa
mengubah dua kali lipat yaitu sekitar 15-25% .

LED menghasilkan panas lebih sedikit. Dengan begitu selain hemat
konsumsi listrik dari lampu juga hemat untuk konsumsi lsitrik pendingin.

Lampu LED bebas dari bahaya merkuri jadi sangat aman digunakan
dimana saja.

Lampu LED jauh lebih tahan lama, 60 kali dari lampu pijar dan 10 kali
dari lampu nion.

Lampu LED memiliki desain yang elegan,bahkan bisa memperindah
interior di ruangan.
Lampu LED memiliki efisiensi yang lebih banyak dibandingkan dengan
lampu pijar/ tungsten, maupun lampu fluorescent. Lampu LED tidak
menghasilkan panas seperti lampu pijar, tidak merusak kesehatan seperti lampu
fluorescent,dan lebih tahan lama. 1 W lampu LED menghasilkan 100 lumen.