Elemen LIstrik

ELEMEN LISTRIK
1.
PENDAHULUAN
Rangkaian
listrik
adalah
hubungan
beberapa
elemen
listrik yang membentuk paling sedikit sebuah Loop tertutup
yang dapat dialiri arus listrik.
Elemen listrik yang di maksud terbagi atas dua jenis
yaitu :
a.
Elemen pasif, yang berupa beban listrik.
b.
Elemen
aktif,
yang
berupa
sumber
tegangan
listrik
/
sumber energi listrik.
Ditinjau dari jenis sumber energi (sumber tegangan) yang
di gunakannya maka rangkaian listrik dapat dibagi atas :
a.
Rangkaian listrik arus searah.
b.
Rangkaian listrik arus bolak – balik.
2.
ELEMEN PASIF
Yang di maksud
dengan elemen pasif dalam rangkaian
listrik adalah beban listrik yang terhubung pada elemen aktif
(sumber tegangan atau sumber arus). Beban listrik tersebut
dapat berupa lampu, pemanas air, seterika, motor listrik dan
lain – lain.
Semua bentuk beban listrik dapat direpresentasikan dalam
bentuk komponen sederhana yaitu :
 Resistor / hambatan / tahanan
 Induktor / kumparan
 Kapasitor / kondensator
Berikut
ini
akan
diuraikan
ketiga
sifat
dan
karakteristik beban-beban tersebut.
Halaman 1 dari 13
2.1. Resistor / hambatan
Resistor atau biasa juga disebut pelawan / hambatan /
tahanan
berfungsi
untuk
menghambat
atau
memperkecil
arus
listrik yang mengalir dalam suatu rangkaian atau jaringan.
Simbol resistor diperlihatkan pada gambar 1 di bawah :
atau
Gbr. 1. Simbol resistor/hambatan
Resistor memiliki nilai resistansi dengan satuan ohm
atau
disingkat dengan
diberikan atas
huruf
yunani
omega

.
Nama
Ohm
dasar penghargaan kepeda yang menemukannya
yaitu seorang bangsa jerman yang bernama George Simon Ohm
(1787 – 1854 ).
Besarnya hambatan dalam suatu bahan ditentukan oleh :
-
Hambatan jenis bahan ( Ohm meter ) dengan simbol 
-
Panjang bahan ( meter ) dengan simbol 
-
Luas penampang bahan ( m2 ) dengan simbol A.
Dalam bentuk persamaan :
R
Adakalanya
l
parameter
(ohm)
A
suatu
bahan
besaran konduktivitas ( G ), dimana :
1
G 
dan  
R
Sehingga :
G   .
dinyatakan
dengan
1

A

Dimana :
G = Konduktivitas (siemen atau mho)
 = Konduktivitas jenis ( siemen/meter )
Halaman 2 dari 13
Besarnya nilai hambatan juga dipengaruhi oleh perubahan
suhu :
Rt = Ro {1 + 0 ( t – to )}
Dimana :
Rt
=
Resistansi pada suhu t
Ro
=
Resistansi pada suhu mula – mula (ohm)
t
=
Suhu akhir (
to
=
Suhu mula – mula ( 0c )
O =
0c
0c
(ohm ).
)
Koefisien suhu tahanan jenis pada suhu to (1/oC).
Hambatan
jenis
suatu
bahan
()
adalah
hambatan
dari
bahan tersebut sepanjang 1 meter dengan luas penampang 1 m2 ,
Pada temperatur 20
0c.
Hambatan jenis biasa juga disebut
hambatan spesifik.
Koefisien
suhu
tahanan
atau
koefisien
suhu
hambatan
adalah perubahan hambatan untuk setiap ohm hambatan dalam
setiap derajat celcius.
Pada
kebanyakan
bahan,
hambatan
akan
naik
apabila
temperatur naik, dan hanya pada beberapa macam bahan saja
yang
hambatannya
belakangan
ini
menurun.
,
yang
Bahan
–
dikatakan
bahan
yang
mempunyai
di
sebut
koefisien
temperatur negatif.
Tabel berikut menyajikan beberapa bahan dengan hambatan
jenisnya dan koefisien suhu tahanannya.
Halaman 3 dari 13
Tahanan Jenis, ρ
Koefisien Suhu, αo
pada 20 0C (µΩ.m)
(1/oC)
Aluminium
0,028
0,0046
Tembaga
0,0175
0,0038
Air raksa
0,95
0,0009
Timbal
0,21
0,0037
Nikel
0,11
0,0045
Platina
0,098
0,0039
Timbal
0,11
0,0045
Besi
0,12
0,0047
Perak
0,016
0,0037
Seng
0,063
0,0039
Constantaan
0,5
-0,00003
Kanthal
1,5
0,00005
Manganin
0,43
0,00001
Nikrom
1
0,0002
Nikelin
0,42
0,00025
Wolfram
0,055
0,0048
Arang
100
-0,0005
Bahan
Keramik
10 10 - 10 12
Kain plastik
10 9 - 10 13
Contoh soal :
1. Sebuah kawat tembaga dengan penampang 1 mm 2 dan panjang 20
m. Berapa besarkah hambatan kawat tersebut ?
Diketahui
:
A
=
1 mm 2 = 10 6 m 2
l
=
20 m
 =
Ditanyakan
:
R
0.0175 µΩ.m = 0,0175 . 10 6
=
Ω m
….. ?
Halaman 4 dari 13
Penyelesaian
l
0,0175. 20.10 6
R

A
10 6
:
0,35 
R =
2. Suatu hambatan yang terbuat dari kawat perak, pada suhu
20
0
C mempunyai nilai tahanan 30  . Temperatur hambatan
tersebut
meningkat
40 0 C.
sampai
Berapa
besarkah
peningkatan hambatannya ?
Diketahui
Ro
=
30 
To
=
20
0
C
t
=
40
0
C
:
0 =
Ditanyakan
: Rt
Penyelesaian
:
Rt
Rt
=
0,0037 /oC
….. ?
{1 +  0 ( t – to ) }
=
Ro
=
30 ( 1 + 0,0037 . 20 )
=
32,22 
Dalam suatu rangkaian listrik dua buah atau lebih tananan
dapat dihubungkan seri atau paralel atau gabungan keduanya.
Gambar 2 dibawah memperlihatkan tiga buah tahanan yang
dihubungkan secara seri.
R1
R2
R3
B
A
Gbr. 2. Tiga buah hambatan dihubung seri
Nilai
tahanan
total
atau
tahanan
pada
titik
A
–
adalah :
Rt =
R AB =
R1 +
R2 +
R3
Halaman 5 dari 13
B
Untuk tahanan – tahanan yang dihubungkan secara pararel
diperlihatkan pada gambar 3 dibawah ini :
R3
R2
R1
A
B
Gbr. 3. Tiga buah hambatan dihubung
paralel
Nilai
tahanan
total
atau
tahanan
pada
titik
A
–
B
adalah :
1
1
1
1



R1 R1 R2 R3
Kombinasi hubungan yang mungkin untuk tiga buah hambatan
adalah hubungan seri – paralel, diperlihatkan pada gambar 3,
di bawah :
R2
A
R1
B
Rt  R1 
R3
R1
Rt 
( R1  R2 ) R3
( R1  R2 )  R3
R2 . R3
R2  R3
R2
B
A
R3
Gbr. 4. Kombinasi hubungan yang mungkin terjadi untuk 3 buah hambatan
Halaman 6 dari 13
Contoh soal :
Empat
buah
hambatan
dengan
nilai
masing
tersebut
dihubung
seperti
masing
adalah
dan R4  6  . Keempat
sebagai berikut : R1  24  . R2  48  . R3  12 
hambatan
–
pada
gambar
dibawah.
Hitung hambatan pengganti atau hambatan total dari hubungan
tersebut.
R1
R3
A
B
R2
R4
Penyelesaian :
R1 dan R2 dihubung paralel, diperoleh : RP1 = 16 ohm
R3 dan R4 dihubung paralel, diperoleh : RP2 = 4 ohm
RP1 dan RP2 terhubung terhubung seri, maka Rtotal = 20 ohm
2.2. Induktor
Induktor atau induktansi adalah suatu elemen pasif dari
rangkaian listrik yang berupa kawat dari suatu kumparan yang
dapat menyimpan energi listrik selama beberapa periode dan
melepaskannya selama periode lainnya, sehingga daya rata –
ratanya menjadi nol.
Besarnya induktansi dinyatakan sebagai :
L 
 N
i
Dimana :
L =
induktansi ( henry )
Φ =
fluks magnet (weber )
N =
jumlah lilitan
i =
arus pada induktor ( ampere ).
Halaman 7 dari 13
Sama
dihubung
halnya
seri,
dengan
paralel
resistor,
maupun
induktor
seri
–
dapat
paralel.
juga
Besarnya
induktansi total dalam suatu rangkaian dapat dihitung dengan
metode yang sama dengan menghitung besarnya tahanan total.
Simbol
induktor
diperlihatkatkan
pada
gambar
5
di bawah :
atau
Gbr. 5. Simbol induktor
2.1.2.
KAPASITOR
Kapasitor merupakan suatu elemen pasif dari rangkaian
listrik yang terdiri dari dua lempengan penghantar dan suatu
bahan isolasi. Bahan isolasi antara lempengan - lempengan itu
kita namakan dielektrikum.
Kapasitor
juga
mempunyai
kemampuan
untuk
menyerap
(menyimpan) muatan listrik yang tergantung besarnya kapasitas
kapasitor
(kapasitansi)
tersebut.
Kapasitor
sering
juga
disebut sebagai kondensator.
Besarnya
kapasitansi
suatu
kapasitor
dinyatakan
sebagai :
C 
Q
V
Dimana :
C
=
kapasitansi (farad)
Q
=
muatan listrik
V
=
beda potensial (volt)
(coulomb)
Halaman 8 dari 13
Seperti halnya
pada resistor dan induktor, kapasitor
dapat juga dihubungkan secara seri, paralel maupun gabungan
keduanya (seri-paralel).
Gambar 6 di bawah adalah simbol simbol kapasitor :
+
(b)
(a)
Gbr. 6. Simbol kapasitor
a. Kapasitor bipolar
b. Kapasitor non polar
Besar kapasitansi total (CT atau CAB) untuk rangkaian
seri kapasitor adalah :
A
C1
C2
C3
B
1
CT

1
C1

1
C2

1
C3
Gbr. 7. Hubungan seri
3 buah kapasitor
Untuk
3
buah
kapasitor
yang
dihubungkan
paralel,
besarnya kapasitansi total (CT atau CAB) adalah :
A
C1
C2
C3
CT  C1  C2 
C3
B
Gbr. 8. Hubungan paralel
3 buah kapasitor
Halaman 9 dari 13
3. ELEMEN AKTIF
Elemen aktif adalah sumber energi listrik yang dapat
berupa sumber tegangan / arus searah ataupun bolak – balik.
Misalnya
:
generator,
accu
(accumulator),
battery
dan
lain-lain.
Gambar
9
di
bawah
ini
memperlihatkan
simbol
sumber
tegangan dan sumber arus .
+
+
-
-
(a)
(b)
(c)
(d)
Gbr. 9. Simbol sumber arus dan sumber tegangan
(a) dan (b) : sumber tegangan
(c) dan (d) : sumber arus
Gambar 9(a) dan 9(c) menunjukkan simbol sumber tegangan
dan
sumber
arus
yang
bebas,
artinya
sumber
tegangan
dan
sumber arus tersebut terpengaruh oleh perubahan – perubahan
beban yang terhubung padanya . beban yang di maksud adalah
beban listrik yang dapat berupa resistor, induktor ataupun
kapasitor.
Sedangkan gambar 9(b) dan 9(d) menunjukkan simbol sumber
tegangan
dan
sumber
arus
yang
tidak
bebas
atau
sumber
tegangan ideal atau sumber arus ideal. Sumber tegangan ideal
atau sumber arus ideal tidak terpengaruh oleh perubahan –
perubahan beban yang terhubung padanya.
Halaman 10 dari 13
Sumber arus ideal mempunyai tahanan dalam yang besarnya
tak terhingga , Rd = tak terhingga (~), sedangkan sumber
tagangan ideal mempunyai tahanan dalam yang besarnya sama
dengan nol, Rd = 0.
Gbr 10 dibawah ini memperlihatkan sumber arus dan sumber
tegangan dengan tahanan dalamnya masing – masing .
Rd
Gbr. 10(a). Sumber tegangan bebas atau sumber tegangan riil dengan
tahanan dalam Rd yang terpasang seri. R d  0.
+
Es
-
(a)
Gbr.
10(b).
Sumber
arus
bebas
atau
sumber arus riil dengan tahanan dalam Rd
yang
terpasang
paralel.
Rd
≠
Is
Rd
tak
terhingga (~).
(b)
Gbr. 10. Sumber tegangan bebas dan sumber arus bebas dengan tahanan
dalamnya masing-masing.
Halaman 11 dari 13
TRADE TRAINING PROGRAM
ATS – PT. INCO
Handout :
Elemen LIstrik
Disusun Oleh :
M. Hamzah
Akademi Teknik Soroako
Jl. Sumantri Brojonegoro No. 1, Sorowako,
92984
Sulawesi Selatan
Telp. (021) 5249100 Ext. 3801 –3804
Fax. (021) 5249598
Halaman 12 dari 13
Halaman 13 dari 13