bahan ajar - Teknologi Pendidikan B1 / 14

BAHAN AJAR
TUGAS MATA KULIAH : PRODUKSI MEDIA
Dosen Pengasuh :
Prof. Dr. Muh. Badiran, M.Pd
O
L
E
H
Nama
:
Purnamawaty Sinuhaji
NIM
:
081188230091
Prog.studi
:
Teknologi Pendidikan
Kelas
:
TP / Sem III / BI
PROGRAM PASCA SARJANA
UNIMED
2009/2010
KATA PENGANTAR
Penulis panjatkan puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa yang telah
memberikan berkat dan anugerahNya kepada penulis, sehingga dapat menyusun
Bahan Ajar mata kuliah Pengantar Elektro untuk melengkapi tugas mata kuliah
Produksi Media dan Prof. Dr. Moh. Badiran, M.Pd sebagai pengasuh mata kuliah
Produksi Media. Buku ini disusun khusus sebagai mata kuliah Pengantar Elektro
Teknik (PET) yang diperlukan bagi mahasiswa yang telah mengambil mata kuliah
pada semester satu jurusan Pendidikan Teknik Elektro.
Isi buku ini disusun sesuai dengan materi yang dibutuhkan untuk
tercapainya kompetensi mahasiswa dalam mata kuliah Pengantar Elektro Teknik.
Bahan ajar ini dijadikan dapat dijadikan buku pegangan oleh dosen dan
mahasiswa yang mengikuti mata kuliah ini, baik secara teori maupun praktek.
Dengan mempelajari bahan ajar ini, mahasiswa akan dapat lebih mudah belajar
dan sesuai dengan latihan soal yang ditugaskan dalam buku ini, akan memotivasi
siswa untuk evaluasi.
Demikianlah buku bahan ajar ini disusun, kiranya dapat bermanfaat dalam
pembelajaran mata kuliah Pengantar Elektro Teknik.
Penulis
Purnamawaty Sinuhaji
NIM : 081188230091
BAB I
PENDAHULUAN
Deskripsi
Pada bab ini memberikan pengetahuan Teori Arus Tegangan Listrik dan Arus
Listrik Searah. Pembahasan dimulai dari sumber listrik serta penetapannya,
kemudian dilanjutkan dengan uraian tentang bagaimana tegangan listrik dan juga
memuat materi tentang arus listrik.
Standar Kompetensi
Setelah mempelajari materi ini, mahasiswa mampu mengetahui tentang hubungan
teori arus dan tegangan listrik.
Kompetensi Dasar
Setelah mempelajari materi ini mahasiswa :
1. Mampu menjelaskan terjadinya arus listrik.
2. Mampu mengidentifikasi faktor-faktor terjadinya arus listrik.
3. Mampu menghitung muatan dan arus listrik.
4. Mampu mengukur arus, tegangan dan tahanan listrik dengan AVO meter.
Uraian Materi
1.1 Sumber Listrik
Semua materi atau benda terdiri dari atom-atom kecil yang memiliki
muatan. Masing-masing atom dari molekul-molekul terdiri dari inti (nucleus)
dan elektron-elektron. Jelasnya atom terdiri dari proton yang bermuatan
positif dan neutron yang tidak bermuatan sebagai pusat serta beberapa
elektron yang bermuatan negative mengelilinginya pada suatu orbit yang
tetap.
Jika jumlah proton dan elektron sebanding, maka dapat dikatakan bahwa
atom tersebut berada dalam keadaan seimbang/stabil. Apabila atom
kehilangan elektron akibat pengaruh dari luar, maka materi menjadi
bermuatan positive. Sebaliknya jika mendapat penambahan elektron dari luar,
maka materi atau benda itu akan bermuatan negative. Elektron yang
mengorbit paling jauh mempunyai daya ikatan paling lemah sehingga terlepas
dari orbit dan meninggalkan intinya. Proses ini dinamakan dengan emisi.
Pengaruh luar yang mengakibatkan lepasnya elektron dari orbit (emisi)
antara lain :
-
Panas
Contoh : filamen pada tabung thermozuil (thermo element).
-
Gesekan
Contoh : gelas digosok dengan kain sutera timbul muatan (listrik) positif.
-
Kimia
Contoh : baterai (accu)
-
Cahaya
Contoh : photocell
-
Tekanan
Contoh : selisih potensial
-
Magnet
Contoh : pembangkit (generator) listrik
1.2 Arus Listrik
Benda bermuatan positive kekurangan elektron dan sebaliknya benda
bermuatan negative kelebihan elektron. Jika kedua benda tersebut
dihubungkan, maka elektron-elektron yang berlebih akan bergerak menuju
benda yang kekurangan elektron, sehingga akan terjadi keadaan seimbang.
Arus pergerakan elektron tersebut disebut dengan arus listrik.
Muatan listrik bisa mengalir melalui kabel atau penghantar listrik lainnya.
arus listrik terjadi karena adanya aliran elektron dimana setiap elektron
mempunyai muatan yang besarnya sama. Derajat termuatinya benda tersebut
diukur dengan jumlah kelebihan elektron yang ada. Muatan sebuah elektron,
sering dinyatakan dengan simbul q atau e, dinyatakan dengan satuan
coulomb, yaitu sebesar q=1,6x10-19 coulomb.
Arus Listrik (I) merupakan ukuran banyaknya elektron (muatan) yang
dialirkan per satuan waktu. Jadi dapat dituliskan bahwa Arus Listrik (I) yang
mengalir melalui suatu penghantar didefinisikan sebagai banyaknya muatan
listrik (Q) setiap satuan waktu (t).
Secara matematis dapat dituliskan :
I
Q
t
Keterangan :
I = Arus listrik (dalam satuan Ampere)
Q = Muatan listrik (dalam satuan Coulomb)
t = Waktu (dalam satuan detik)
Dalam konduktor logam, elektron bergerak ke segala arah. Pembawa
muatan listrik adalah ion-ion positive dan ion-ion negative dalam suatu
konduktor diberi muatan listrik, maka muatan positive akan bergerak searah
dengan arah medan dan muatan negative berlawanan dengan arah medan.
Perlu diketahui bahwa :
1 Coulomb = 6,24 x 1018 elektron
1 elektron = 1,602 x 10-19 Coulomb
Dapat didefinisikan jika ∆Q muatan positive yang melalui penghantar
dalam selang waktu ∆t maka Arus Listrik (I) :
I
Q
t
Keterangan :
I = Kuat arus (dalam satuan Ampere)
∆Q = Perubahan muatan listrik (dalam satuan Coulomb)
∆t = Perubahan waktu (dalam satuan detik)
Dapat juga diartikan bahwa arus listrik adalah mengalirnya elektron secara
terus menerus dan berkesinambungan pada konduktor akibat perbedaan
jumlah elektron pada beberapa lokasi yang jumlah elektronnya tidak sama.
satuan arus listrik adalah Ampere.
Arus listrik bergerak dari terminal positif (+) ke terminal negatif (-),
sedangkan aliran listrik dalam kawat logam terdiri dari aliran elektron yang
bergerak dari terminal negatif (-) ke terminal positif(+), arah arus listrik
dianggap berlawanan dengan arah gerakan elektron.
Gambar 1. Arah arus listrik dan arah gerakan elektron.
“1 ampere arus adalah mengalirnya elektron sebanyak 628×10^16 atau
sama dengan 1 Coulumb per detik melewati suatu penampang konduktor”
Formula arus listrik adalah:
I = Q/t (ampere)
dimana:
I = besarnya arus listrik yang mengalir, ampere
Q = Besarnya muatan listrik, coulomb
t = waktu, detik
1.3 Kuat Arus Listrik
Adalah arus yang tergantung pada banyak sedikitnya elektron bebas yang
pindah melewati suatu penampang kawat dalam satuan waktu.
Definisi : “Ampere adalah satuan kuat arus listrik yang dapat memisahkan
1,118 milligram perak dari nitrat perak murni dalam satu detik”.
Rumus – rumus untuk menghitung banyaknya muatan listrik, kuat arus dan
waktu:
Q=Ixt
I = Q/t
t = Q/I
dimana :
Q = Banyaknya muatan listrik dalam satuan coulomb
I = Kuat Arus dalam satuan Amper.
t = waktu dalam satuan detik.
“Kuat arus listrik biasa juga disebut dengan arus listrik”
“muatan listrik memiliki muatan positip dan muatan negatif. Muatan positip
dibawa oleh proton, dan muatan negatif dibawa oleh elektro. Satuan muatan
”coulomb (C)”, muatan proton +1,6 x 10-19C, sedangkan muatan elektron 1,6x 10-19C. Muatan yang bertanda sama saling tolak menolak, muatan
bertanda berbeda saling tarik menarik”
1.4 Rapat Arus
Difinisi :
“Rapat arus ialah besarnya arus listrik tiap-tiap mm² luas penampang kawat”.
Gambar 2. Kerapatan arus listrik.
Arus listrik mengalir dalam kawat penghantar secara merata menurut luas
penampangnya. Arus listrik 12 A mengalir dalam kawat berpenampang 4mm²,
maka kerapatan arusnya 3A/mm² (12A/4 mm2), ketika penampang penghantar
mengecil 1,5mm², maka kerapatan arusnya menjadi 8A/mm2 (12A/1,5 mm²).
Kerapatan arus berpengaruh pada kenaikan temperatur. Suhu penghantar
dipertahankan sekitar 300°C, dimana kemampuan hantar arus kabel sudah
ditetapkan dalam tabel Kemampuan Hantar Arus (KHA).
Tabel 1. Kemampuan Hantar Arus (KHA)
Berdasarkan tabel KHA kabel pada tabel diatas, kabel berpenampang 4
mm², 2 inti kabel memiliki KHA 30A, memiliki kerapatan arus 8,5A/mm².
Kerapatan arus berbanding terbalik dengan penampang penghantar, semakin
besar penampang penghantar kerapatan arusnya mengecil.
Rumus-rumus dibawah ini untuk menghitung besarnya rapat arus, kuat
arus dan penampang kawat:
J = I/A
I=JxA
A = I/J
dimana:
J = Rapat arus [ A/mm²]
I = Kuat arus [ Amp]
A = luas penampang kawat [ mm²]
1.5 Tahanan dan Daya Hantar Penghantar
Penghantar dari bahan metal mudah mengalirkan arus listrik, tembaga dan
aluminium memiliki daya hantar listrik yang tinggi. Bahan terdiri dari kumpulan
atom, setiap atom terdiri proton dan elektron. Aliran arus listrik merupakan aliran
elektron. Elektron bebas yang mengalir ini mendapat hambatan saat melewati
atom sebelahnya. Akibatnya terjadi gesekan elektron denganatom dan ini
menyebabkan penghantar panas. Tahanan penghantar memiliki sifat menghambat
yang terjadi pada setiap bahan.
Tahanan didefinisikan sebagai berikut :
“1 Ω (satu Ohm) adalah tahanan satu kolom air raksa yang panjangnya 1063 mm
dengan penampang 1 mm² pada temperatur 0° C”
Daya hantar didefinisikan sebagai berikut:
“Kemampuan penghantar arus atau daya hantar arus sedangkan penyekat atau
isolasi adalah suatu bahan yang mempunyai tahanan yang besar sekali sehingga
tidak mempunyai daya hantar atau daya hantarnya kecil yang berarti sangat sulit
dialiri arus listrik”.
Rumus untuk menghitung besarnya tahanan listrik terhadap daya hantar
arus :
R = 1/G
G = 1/R
dimana :
R = Tahanan/resistansi [ Ω/ohm]
G = Daya hantar arus /konduktivitas [Y/mho]
Gambar 3. Resistansi Konduktor
Tahanan
penghantar
besarnya
berbanding terbalik
terhadap
penampangnya dan juga besarnya tahanan konduktor sesuai hukum Ohm.
luas
“Bila suatu penghantar dengan panjang l , dan diameter penampang q serta
tahanan jenis ρ (rho), maka tahanan penghantar tersebut adalah” :
R = ρ x l/q
dimana :
R = tahanan kawat [ Ω/ohm]
l = panjang kawat [meter/m] l
ρ = tahanan jenis kawat [Ωmm²/meter]
q = penampang kawat [mm²]
Faktot-faktor yang mempengaruhi nilai resistant atau tahanan, karena tahanan
suatu jenis material sangat tergantung pada :
• panjang penghantar.
• luas penampang konduktor.
• jenis konduktor .
• temperatur.
“Tahanan penghantar dipengaruhi oleh temperatur, ketika temperatur meningkat
ikatan atom makin meningkat akibatnya aliran elektron terhambat. Dengan
demikian kenaikan temperatur menyebabkan kenaikan tahanan penghantar”.
1.6 Tegangan Listrik
Tegangan listrik (kadang disebut sebagai Voltase) adalah perbedaan potensi
listrik antara dua titik dalam rangkaian listrik, dinyatakan dalam satuan volt.
Besaran ini mengukur energi potensial sebuah medan listrik untuk menyebabkan
aliran listrik dalam sebuah konduktor listrik. Tergantung pada perbedaan potensi
listrik satu tegangan listrik dapat dikatakan sebagai ekstra rendah, rendah, tinggi
atau ekstra tinggi. Pada sebagian besar konduktor logam, hubungan arus yang
mengalir dengan potensial diatur oleh Hukum Ohm. Ohm menggunakan
rangkaian percobaan sederhana , dia menggunakan rangkaian sumber potensial
secara seri, mengukur besarnya arus yang mengalir dan menemukan hubungan
linier sederhana, dituliskan sebagai :
V= I .R
dimana
V = Tegangan listrik (volt)
I = Arus Listrik (Ampere)
R = Hambatan listrik (ohm) Satuan SI untuk Tegangan adalah volt(V)
R menjadi ukuran seberapa besar konduktor menahan laju aliran elektron.
berlakunya hukum ohm sangat terbatas pada kondisi-kondisi tertentu, bahkan
hukum ini tidak berlaku jika suhu konduktor tersebut berubah. Untuk
materialmaterialatau piranti elektronika tertentu seperti diode dan transistor,
hubungan I dan V tidak linear.
Pada rangkaian tertutup besarnya arus (I) berubah sebanding dengan
tegangan (V) dan berbanding terbalik dengan tahanan (R) atau dinyatakan dengan
rumus :
V
R
V = R. I
I
I=
R=
V
I
V
R
Rangkuman
Dari uraian tentang arus, tegangan listrik dan arus searah serta hubungannya
dalam rangkaian listrik dapat dirangkum beberapa konsep yang penting.
1. Kaitan antara muatan listrik, arus listrik dengan waktu dinyatakan dalam
persamaan I 
Q
, dimana berdasarkan persamaan tersebut disimpulkan
t
bahwa arus listrik yang mengalir melalui penghantar adalah jumlah
muatan listrik (Q) yang mengalir per satuan waktu.
2. Besarnya hambatan atau tahanan berbanding lurus dengan tahanan jenis
dan panjang penghantar, dan berbanding terbalik dengan luas penampang
penghantar R 
 .l
A
.
3. Hambatan listrik dapat dipengaruhi oleh beberapa faktor.
4. Penetapan Hukum Ohm yang berbunyi ”Kuat arus mengalir melalui
sebuah penghantar yang berbanding lurus dengan beda potensial (V) dan
berbanding terbalik dengan hambatan”.
5. Penetapan satuan-satuan listrik menurut SI (Satuan Internasional) bahwa :
Q = Jumlah muatan dalam Coulomb
t = Waktu dalam detik
I = Arus dalam satuan Ampere
V = Tegangan (beda potensial) dalam satuan Volt
R = Tahanan (hambatan) dalam satuan Ohm
Evaluasi
1. Jika arus listrik 3 Ampere mengalir pada rangkaian selama 120 millidetik.
Hitunglah jumlah muatan listrik yang dipindahkan!
2. Pada suatu penghantar mengalir muatan listrik sebanyak 60 Coulomb
selama 0,5 menit. Hitung besar arus listrik yang mengalir pada penghantar
tersebut!
3. Sebuah penghantar sepanjang 15,4m dengan diameter 14 mm, memiliki
hambatan sebesar 1,58 x 10-3 Ω. Hitunglah hambatan jenis penghantar itu!
4. Jika diberi tegangan listrik sebesar 20 KV, maka listrik akan mengalir
sebesar 50 x 1015 elektron selama 1 detik. Hitunglah :
a. Arus listrik
b. Tahanan listrik
DAFTAR PUSTAKA
Boylested R & Nashelshy L. Electrical. 1983. Electronic and Electromagnetic
Principles and Applications Second Edition. NewYork. Printice Hall.
Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi. 1983. Ilmu Listrik. Bandung. PEDC.
Edminister, Joseph A. 1988. Rangkaian Listrik. Jakarta. Erlangga.
Ichwan Hariadi. 1988. Dasar-Dasar Teknik Listrik Arus Searah. Jakarta.
Erlangga.
R. Soerasno Sosrodirjo. 1997. Teknik Listrik Jilid I. Yogyakarta. Menara
Pengetahuan.
S. Wasito. 1987. Teknik Listrik Arus Searah Jilid I. Jakarta. Karya Utama.
Silaban Pantur. 1993. Dasar-Dasar Elektro Teknik. Jakarta. Erlangga.
Theradja BL. 1979. A Text Book of Electrical Tecnology. New Delhi. S. Chand &
Company Ltd.
Tonnyloe’s Blog dalam :
http::/file://localhost/teoridasarlistrik«Tonnyloe’sBlog.mht