Listrik Dinamis
advertisement
LISTRIK DINAMIS Bukan hal yanga sing lagi di zaman sekarang ini, bahwa kemajuan zaman didukung oleh penggunaan arus listrik. Semua alat-alat elektronika dapat bekerja memerlukan arus listrik. Arus listrik yang dipakai adalah arus listrik yang dihasilkan oleh sumber tegangan searah (DC). DC = Direct Current. A. Rangkaian Tertutup dan Rangkaian Terbuka. Perhatikan rangkaian di bawah ini : Lampu (hambatan) Lampu (hambatan) V Gambar a V Gambar b Perhatikan dua gambar di atas. Pada gambar a , apa yang terjadi dengan lampu ? mengapa ? Jawab : lampu pada gambar a tidak akan menyala, karena salah satu ujungnya tidak dihubungkan pada sumber tegangan. Rangkaian seperti gambar a disebut dengan “rangkaian terbuka” Pada gambar b , apa yang terjadi dengan lampu ? mengapa ? Jawab : lampu pada gambarb akan menyala, karena kedua ujungnya terhubung pada sumber tegangan. Rangkaian seperti gambarb disebut dengan “rangkaian tertutup” B. Pengertian Kuat Arus Listrik : Di dalam penghantar atau semua benda terdiri dari atom-atom yang didalamnya disusun oleh muatan positif (+) yang berada di dalam intinya yang disebut dengan proton dan muatan negative ( - ) yang berada di kulit atom, yang disebut dengan electron. (mengenai hal ini akan dipelajari lebih lanjut di bahan kajian yang lain) Arus listrik adalah aliran muatan listrik (electron) di dalam suatu penghantar. Berdasarkan perjanjian arah arus listrik dinyatakan : a. Dari kutub positif ke kutub negative sumber tegangan, b. Dari potensial tinggi ke potensial rendah c. Berlawanan dengan arah electron. Arus listrik yang demikian disebut dengan arus listrik konvensional. Kuat Arus listrik adalah besarnya muatan listrik yang mengalir melalui suatu penghantar tiap satuan waktu. Secara matematis dinyatakan : q = besarnya muatan listrik ( Coulomb) / (C) q t = selang waktu (s) I t I = Kuat arus listrik ( C/s) atau Ampere (A). Pada dasarnya yang mengalir dalam penghantar adalah elektron yang memiliki muatan elementer sebesar e ( e = - 1,6 x 10-19 Coulomb). Muatan total yang mengalir dalam selang waktu tertentu adalah : q = n.e sehingga persamaan di atas berubah menjadi : I n.e t q = besarnya muatan listrik ( Coulomb) / (C) n = jml elektron / muatan yang mengalir e = muatan elementer elektron (C) I = Kuat Arus listrik (C/s) atau (Ampere) (A) 1 C. Hambatan suatu penghantar Mengalirnya arus listrik di dalam suatu penghantar di identikkan dengan bergeraknya kendaraan di jalan. Sebaik apapun jalan akan memiliki kemampuan menghambat lajunya kendaraan demikian juga penghantar sekecil apapun tetap memiliki kemampuan menghambat bergeraknya/mengalirnya arus listrik. Jika di identikkan : 1. Hambatan kendaraan di jalan dipengaruhi oleh jenis jalannya, apakah jalan beraspal, jalan berbatu, atau jalan tanah. Demikian halnya pada penghantar, hambatan yang dimiliki tergantung dari jenis bahannya. 2. Hambatan kendaraan di jalan juga dipengaruhi oleh panjang jalannya. Semakin panjang jalan semakin besar hambatan yang dialami kendaraan. Demikian halnya pada penghantar, semakin panjang penghantar semakin besar nilai hambatannya. 3. Hambatan kendaraan juga dipengaruhi oleh lebar / luas jalannya. Semakin luas jalan, semakin mudah kendaraan bergerak (berarti hambatan yang dialami semakin kecil). Demikian halnya penghantar semakin besar penghantar (luas penampang semakin besar), maka hambatannya akan semakin kecil. Dari analogi di atas dapat di ambil kesimpulan, bahwa Hambatan suatu penghantar : 1. Sebanding dengan panjang penghantar (l), 2. Berbanding terbalik dengan luas penampang penghantar (A), 3. Tergantung dari jenis bahan penghantar (). Secara matematis dapat dituliskan : l l R . A A Dengan : l = panjang penghantar ( m ) A = luas penampang penghantar (m2) = hambatan jenis penghantar ( .m) R = Hambatan suatu penghantar () / (Ohm). Contoh soal : 1. Sebuah penghantar panjangnya 10 meter terbuat dari nikrom yang memiliki hambatan jenis 1 x 10-6 Ω.m. jika penghantar berbentuk tabung dengan diameter 2 cm, tentukan hambatan yang dimiliki oleh kawat tersebut ! 2. Dua jenis kawat a dan b memiliki hambatan jenis kawat a setengah kali hambatan jenis kawat b. jika kawat a panjangnya 4 kali kawat b, dengan diameter kawat a dan b sama, tentukan perbandingan hambatan antara kawat a dan b ! D. Hukum Ohm : Perhatikan rangkaian berikut, dan ujilah di laboratorium melalui experiment atau demonstrasi. Dengan mengubah / menggeser Reostat (hambatan + Voltmeter geser), angka yang ditunjukan oleh Amperemeter – dan Voltmeter akan berubah. bacalah angka yang ditunjukkan tersebut dna catatlah hasilnya seperti Resistor data berikut. + Amperemeter – Rheostat – + V Nilai Hambatan R = ….. Ohm, misal 1,5 ohm Bacaan Bacaan Voltmeter No Ampermeter (I) (V) dalam Volt dalam Ampere 1. 0,55 0,8 2. 0,42 0,6 3. 0,28 0,4 4. 0,22 0,3 5. 0,08 0,12 Nilai V I 1,45 1,43 1,43 1,36 1,5 2 Dari table di atas akan andadapatkan kesimpulan bahwa “Hasil bagi antara tegangan dengan kuat arus listrik selalu tetap/konstan” Konstanta ini disebut dengan “Hambatan” karena nilainya sama dengan hambatan yang digunakan dalam experimen. Pernyataan di atas dikenal dengan “Hukum Ohm” yang dinyatakan : “ Besarnya hambatan suatu penghantar sebanding dengan tegangannya dan berbanding terbalik dengan besarnya kuat arus listrik yang melaluinya” Secara matematis di rumuskan : V = Tegangan / Beda Potensial (Volt) V V I .R I = KuatArusListrik (A) R I atau R = Hambatan (Ohm) / (Ω) Contoh soal : 1. Sebuah hambatan 10 ohm dipasang pada sumber tegangan sebesar 1,5 volt. berapakah arus listrik yang mengalir melalui hambatan tersebut ? 2. Perhatikan grafik hasil experimen berikut ! Tentukan : V (volt) a. besarnya hambatan rangkaian yang dipasang ! 8 b. jika tegangannya di ubah menjadi 10 volt, berapakah arus listrik yang mengalir ? 4 2 I (mA) 4 E. HUKUM I AMPERE : Untuk memahami Hukum I Ampere perhatikan rangkain di bawah ini dan ujilah dalam laboratorium melalui experiment atau demonstrasi. I1 + – Ampermete r + – Ampermeter + – Ampermeter R1 I2 R2 I3 I + – R3 Ampermeter – + V Dengan menggunakan rangkaian di atas, dan menggeser-geser Rheostat, bacalah angka yang ditunjukkan oleh ke empat Ampermeter, dan masukkan datanya pada Tabel di bawah ini. No I I1 I2 I3 I1 + I2 + I3 1. 2. 3. 4. 5. Dari data di atas, jika experiment dilakukan dengan benar dapat di ambil kesimpulan, bahwa : Besarnya Kuat Arus Listrik yang menuju ke titik percabangan dalam rangkaian sama dengan Kuat Arus Listrik yang keluar dari titik percabangan. Secara matematis dirumuskan : I masuk I keluar Untuk rangkaian di atas persamaan di atas dapat dijabarkan : I I1 I 2 I 3 3 Contoh : 1. Perhatikan rangkaian bebas di bawah ini : Dari gambar di samping berlaku : I1 I2 I1 + I3 = I2 + I4 + I5 I3 I4 I5 A. RANGKAIAN SERI DAN PARALEL HAMBATAN LISTRIK 1. Rangkaian Seri Hambatan : Rangkaianseri hambatan berfungsi untuk mendapatkan hambatan yang lebih besar dan membagi tegangan menjadi lebih kecil. Bentuk rangkaian seri hambatan dicontohkan : R2 R1 R3 Pada rangkaian Seri berlaku : a. a. Itotal = I1 = I2 = I3 = … V1 I V2 + _ V3 V b. b. V = V1 + V2 + V3 + ….. menurut hukum Ohm V = I.R, maka I.Rs = I1.R1 + I2.R2 + I3.R3 + ... Dengan : Itotal = I1 = I2 = I3= … Maka hambatan pengganti rangkaian adalah : Rs = R1 + R2 + R3 + ….. Rs = Hambatan pengganti secara seri ( Ohm) / () 2. Rangkaian Paralel Hambatan : Rangkaian paralel berfungsi untuk mendapatkan hambatan yang lebih kecil dan tegangan total sama dengan tegangan pada masing masing hambatan Pada rangkaian parallel berlaku : a. a. Vtot = V1 = V2 = V3 = …. I1 R1 b. b. Itot =I1 + I2 + I3 + …. V Menurut hokum Ohm I , maka : I2 R2 R Vtot V1 V2 V3 .... R3 R R R R I 3 p 1 2 3 I Dengan Vtot = V1 = V2 = V3 = …. , maka Besar hambatan pengganti rangkaian parallel adalah : V 1 1 1 1 ... R p R1 R 2 R 3 Rp = Hambatan pengganti secara parallel () Soal soal Latihan : 1. Tiga buah hambatan nilainya sama sebesar 10 Ohm. Tentukan kemungkinan hambatan penggantinya jika disusun ! Kemungkinan 1 : Kemungikinan 2 : 10 Ω 10 Ω 10 Ω 10 Ω 10 Ω 10 Ω 4 Kemungkinan 3 : Kemungkinan 4 : 10 Ω 10 Ω 10 Ω 10 Ω 10 Ω 10 Ω 10 Ω 2. Perhatikan gambar berikut ! 6Ω Dari gambar di samping, tentukan : a. Hambatan pengganti total ! b. Kuat ArusTotal ! c. Tegangan pada tiap tiap resistor ! d. Kua tarus pada masing-masing cabang ! 8Ω 12 Ω 12 Ω 24 Volt 3. Perhatikan gambar berikut ! 5Ω B A 20 Ω 10 Ω C 8Ω D 12 Ω Dari gambar di samping, tentukan : a. Hambatan pengganti total ! b. Kuat ArusTotal ! c. Tegangan antara titik BD ! d. Kuat arus yang melalui hambatan 20 Ω ! 32 Volt Alat Ukur Listrik Besaran listrik dapat diukur dengan menggunakan alat yang bekerja berdasarkan prinsip gaya Lorentz (gaya yang terjadi jika penghantar berarus listrik berada di dalam medan magnet). Agar jarum pada alat ukur ini dapat berhenti pada angka tertentu yang menyatakan nilai dari hasil pengukuran tersebut, maka pada alat tersebut dipasang pegas (gaya pegas) yang mengimbangi gaya Lorentz yang dihasilkan oleh arus listrik dari rangkaian. Inti dari pengukuran besaran istrik disini adalah mengukur besarnya arus listrik yang megalir melalui rangkaian. Alat yang digunakan untuk mengukur arus listrik ini dinamai Galvanometer. Galvanometer mengukur arus listrik yang sangat kecil (dalam mikro ampere). Sesuai dengan tujuan pengukuran alat ukur ini dibedakan : 1. Amperemeter (mengukur besarnya arus listrik). 2. Voltmeter (mengukur tegangan listrik rangkaian). 3. Ohm meter (mengukur hambatan rangkaian). 1. Amperemeter Agar galvanometer yang hanya dapat mengukur arus yang kecil dapat meningkat daya ukurnya, perlu dipasang hambatan secara paralel (yang dikenal dengan Hambatan Shunt). Alat ini secara keseluruhan kemudian berubah nama menjadi “Amperemeter”. Meningkatkan daya ukur dari Ampermeter. Tujuan dari pemasangan Resistor (Shunt) secara paralel adalah : - Agar arus yang besar yang berasal dari sumber tegangan, sebagian besar melalui hambatan Shunt, dan arus yang melalui Galvanometer tetap besarnya sesuai dengan batas ukur alat tersebut. Menentukan besarnya hambatan Shunt : Perhatikan gambar berikut : ISh RSh I I Ig Rg Menurut hukum I Khirchoff, pada rangkaian paralel berlaku : I = Ish + Ig Diharapkan galvanometer dapat mengukur arus listrik menjadi lebih besar senilai n kali arus mula-mula, sehingga berlaku I = n.Ig , maka : n.Ig = Ish + Ig (n – 1). Ig = Ish ............................... ( 1 ) 5 Pada rangkaian paralel, tegangan setiap cabang adalah sama, sehingga berlaku : Vsh = Vg jadi menurut hukum Ohm, diperoleh : Ish.Rsh = Ig.Rg ............................... ( 2 ) Substitusikan pers (1) ke pers (2), akan diperoleh : Ish.Rsh = Ig.Rg Ish = kuatarus yang melalui hambatan Shunt (A) (n – 1).Ig.Rsh = Ig.Rg Ig = Kuatarus yang melalui galvanometer (A) (n – 1).Rsh = Rg Rsh = hambatan shunt (Ohm) Hasil akhir : Rg = hambatan galvanometer (Ohm) Vsh = tegangan pada shunt (volt) Rg R sh Vg = tegangan pada galvanometer (volt) n 1 Cara membaca hasil pengukuran kuat arus listrik : Hasil angka yang ditunjukkan jarum x angka pada shunt skala max imum 2. Voltmeter Galvanometer dapat digunakan untuk mengukur tegangan listrik yang besar jika dipasang hambatan seri (hambatan Multiplier), yang berfungsi untuk membagi tegangan yang berasal dari sumber tegangan yang akan diukur nilainya, yang kemudian secara keseluruhan alat ini dinamakan “Volt meter”. Meningkatkan daya ukur Voltmeter Pada dasarnya tegangan pada galvanometer adalah tetap (misal Vg), sehingga dengan pemasangan Multiplier, tidak menyebabkan kerusakan pada galvanometer. Perhatikan gambar berikut : Im I Rm Ig Vm Rg Vg V Pada rangkaian seri berlaku : I = Im = Ig Juga berlaku : V = Vm + Vg Pemasangan Multiplier diharapkan akan meningkatkan tegangan yang terukur dari Vg menjadi n kalinya sehingga berlaku : V = n.Vg, akhirnya persamaan di atas akan menjadi : n.Vg = Vm + Vg (n – 1).Vg = Vm Menurut Hukum Ohm berlaku : (n – 1).Ig.Rg = Im.Rm dengan I = Im = Ig , sehingga : Rm = (n – 1).Rg Im = kuatarus yang melaluihambatan multiplier (A) Ig = Kuatarus yang melalui galvanometer (A) Rm = hambatan multiplier (Ohm) Rg = hambatan galvanometer (Ohm) Cara membaca hasil pengukuran tegangan adalah : angka yang ditunjukkan jarum Hasil x angka pada multiplier skala max imum 3. Ohm meter. Ohm meter digunakan mengukur hambatan suatu rangkaian. Pada dasarnya Ohm meter adalah Amperemeter, karena yang diukur adalah kuat arus yang melalui hambatan rangkaian tersebut, dimana pada rangkaian berlaku jika hambatan besar, maka arus listriknya akan kecil, sehingga hasil yang terbaca dikalibrasi ke skala Ohm meter dan angka nol terletak di sebelah kanan, bukan di sebelah kiri., artinya “ saat jarum di sebelah kanan, arus yang mengalir besar dan hambatan kecil, dan sebaliknya”. 6 GGL (Gaya Gerak Listrik ) dan Tegangan Jepit : GGL(E) adalah beda potensial antara ujung-ujung sumber tegangan pada saat tidak terpakai. Tegangan Jepit(V) adalah beda potensial antara ujung-ujung sumber tegangan pada saat terpakai (mengalirkan arus listrik). Besarnya GGL lebih besar dari Tegangan Jepit (E > V), hal ini disebabkan dalam sumber tegangan ada hambatan yang disebut “hambatan dalam” (r), yang akan memperkecil arus listrik yang keluar dari sumber tegangan. Jika dituliskan secara matematis, akan diperoleh hubungan : E = GGL (Volt) E = V + I.r V = tegangan jepit (volt) r = hambatan dalam (Ω) I = kuat arus listrik (A) Tegangan jepit tidak lain adalah nilai tegangan yang sesuai dengan Hukum Ohm sehingga : V = I. R R = hambatan luar rangkaian (Ω) Sehingga diperoleh hubungan : E = I.R + I.r E=I(R+r) sehingga : I E R r Rangkaian Seri dan Paralel Sumber Tegangan : Untuk keperluan tertentu sumber tegangan terkadang perlu disusun secara seri atau parallel. a. Sumber Tegangan terangkai Seri. Tujuan merangkai seri sumber tegangan adalah untuk mendapatkan tegangan yang lebih besar dengan arus yang tetap besarnya. Gambar ! GGL total berlaku : Etot= n.E En ,rn E,rE,rE,r Hambatan dalam total : rtot= n.r Hubungan antara GGL , tegangan jepit dan hambatan dalamnya menjadi : Etot = I.R + I.rtot n.E = I.R + I.n.r n.E = I ( R + n.r) Sehingga : n.E I n = jumlah sumber tegangan terangkai seri. R n.r b. Sumber tegangan terangkai paralel Tujuan merangkai parallel sumber tegangan adalah untuk memperbesar kuat arus listrik yang mengalir sesuai kebutuhan. Gambar ! E tot = E E,r GGL total rangkaian adalah : E,r Hambatan dalam total adalah : rtot r n E,r Hubungan antara GGL , tegangan jepit dan hambatan dalamnya menjadi : r r Etot = I.R + I.rtot E I R E I.R I. n n Sehingga : E I n = jumlah sumber tegangan terangkai parallel. r R n 7 Hukum II Khirchoff dan Rangkaian Majemuk : Dalam rangkaian yang sebenarnya terkadang kita menemui rangkaian yang terdiri dari banyak resistor dan sumber tegangan yang disusun secara acak (bebas), baik dalam rangkaian seri maupun parallel, sehingga membentuk sebuah Loop. Loop adalah cara kita melintasi suatu rangkaian dari suatu titik kembali ke titik itu lagi. Untuk menyelesaikan permasalahan ini kita gunakan Hukum II Khirchoff yang dinyatakan : “Jumlah Daya masuk sama dengan besarnya daya keluaran” Secara matematis dinyatakan : Pmasuk= P keluaran …………….. * Keterangan : Daya masuk berupa hasil kali kuat arus dengan GGL Pmasuk = I.E ……………. ** Daya keluaran berupa hasil kali kuadrat kuat arus dengan hambatan yang dilewatinya Pkeluaran = I2.R …………… *** Jika kedua bentuk persamaan pada (**) dan (***), dimasukkan pada persamaan (*), akan diperoleh : I.E = I2.R Hasilnya : E I .R Sehingga Hukum II Khirchoof juga dapat dinaytakan : “Besarnya tegangan total dalam rangkaian sama dengan penurunan tegangan yang melalui setiap hambatan dalam rangkaian”. Untuk menyelesaikan persamaan di atas langkah yang harus dilakukan adalah : 1. Tentukan arah arus listrik pada rangkaian atau setiap cabangnya. 2. Tentukan arah loop ( searah jarum jam atau berlawanan arah jarum jam) 3. Gunakan perjanjian tanda kapan arus listrik atau GGL bernilai positif (+) kapan bernilai negative ( - ). Salah satu pasangan perjanjian tanda adalah sebagai berikut : 1. Jika arah arus listrik pada rangkaian searah dengan arah loop maka I bernilai (+) dan sebaliknya bernilai (-). 2. Jika selama mengelilingi rangkaian sesuai arah loop GGL naik dari (-) ke (+)sumber tegangan, maka E bernilai (+), sebaliknya bernilai (-). Catatan : Jika setelah selesai dikerjakan diperoleh hasil arus listrik bernilai negatif, artinya arah arus listrik yang sebenarnya berlawanan dengan arah arus listrik yang ditentukan sebelumnya. Jika rangkaian terdiri lebih dari satu Loop, rangkaian ini disebut dengan “Rangkaian Majemuk”. Penyelesaian rangkaian majemuk tetap menggunakan langkah di atas tetapi ditambah dengan Hukum I Khirchoff sebagai alat bantu untuk menghubungkan antara loop yang satu dengan loop yang lainnya. Untuk menentukan tegangan antara dua titik (misal titik a dan b ) di dalam rangkaian digunakan persamaan : Vab E I.R Catatan : Tegangan dua titik dalam rangkaian harus menghasilkan nilai yang sama meskipun melalui jalan yang berbeda, dimana : 1. Untuk rangkaian tidak bercabang ada dua cara yang dapat ditempuh (lewat atas dan lewat bawah ) 2. Untuk rangkaian bercabang (misal 2 loop), ada tiga cara yang dapat ditempuh, yaitu lewat tengah, kiri dan kanan. 3. Arah loop sesuai dengan arah saat kita berjalan dari satu titik ke titik berikutnya, dengan perjanjian tanda arus dan tegangannya sama dengan perjanjian di atas. 8 Contoh : 1. Perhatikan rangkaian berikut : R1 R2 Jika R1 = 5 Ω, R2 = 4 Ω, R3 = 10 Ω, dan hambatan dalam sumber tegangan masing-masing r = 1 Ω, serta GGLnya E1 = 10 Volt dan E2 = 15 volt, tentukan besarnya kuat arus listrik yang mengalir pada rangkaian ! E2 , r E1 , r R3 2. Perhatikanrangkaianberikut : R2 R1 R4 E2 , r R3 E1 , r Dari gambar di samping jika R1 = 3 Ω, R2 = 4 Ω, R3 = 5 Ω, dan R4 = 2 Ω, serta hambatan dalam masing-masing r = 1 Ω, serta GGL masingmasing E1 = 12 volt, E2 = 15 volt. Tentukan nilai kuat arus listrik pada ! 3. Perhatikan gambar di bawah ini ! E1= 36 V E2= 16 V R1= 6 Ω B A r1= 2 Ω r2= 0,5 Ω Tentukan : a. KuatArus yang melewati rangkaian ! b. Tegangan antara titik B danD ! R2= 6 Ω R 5= 6 Ω R4= 6 Ω E4= 12 V R3= 5 Ω E3= 20 V r4= 0,7 Ω r3= 0,8 Ω D C 4. Dari gambar di bawah ini, tentukan hambatan total antara titik A dan B ! 6Ω 3Ω A 4Ω 8Ω 2Ω 3Ω 6Ω 6Ω B 5. Dari gambar di bawah ini, tentukan hambatan total antara titik X dan Y ! 2Ω 2Ω Y X 2Ω 2Ω 2Ω SUMBER ARUS SEARAH DARI PROSES KIMIAWI Petensial Kontak adalah Potensial yang dimiliki oleh sebuah logam yang dapat menghasilkan arus lstrik jika dihubungkan dengan logam lainnya. Potensial kontak ini disusun dari yang paling kecil ke paling besar menurut “Deret Volta” karena yang menemukan adalah Alexander Volta, yaitu : Li, Ka, Ba, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Cd, Ni, Sn, Pb, Cu, H, Si, Ag, Hg, Pt, Au Dengan Jembatan Keledai dapat dituliskan : Lihatlah Kerang Bakar Campur Nanas Magelang Ala Makanan Zaman Cemerlangnya Ferancis Cenderung Nikmat Senang Pembawa Cukup Hari hari Sibuk Agung Hangat Penting dan Autama. Jika dua logam yang berbeda kita pasangkan maka akan timbul beda potensial kontak yang cukup besar. Semakin jauh urutan dalam deret volta semakin besar beda potensial kontak yang dihasilkan. Penggabungan dua logam ini pertama kali dilakukan oleh Alexander Volta dengan menyusun logam berbeda ( yaitu Tembaga dan Seng ) (Cu dan Zn) disekat dengan bahan kain yang dibasahi larutan garam, sehinga disebut Elemen Volta. Dalam perkembangannya Elemen Volta ini disusun dengan bahan pemisah larutan asam (H2SO4) atau Asam Sulfat. Perhatikan gambar Elemen Volta di bawah ini : 9 Elemen dibedakan menjadi : 1. Elemen Primer Elemen yang setelah dipakai energi listriknya + tidak dapat diperbaharui Contohnya : Elemen Volta Basah, Elemen Volta + H2SO4 kering (Batteray), 2. Elemen Sekunder + Elemen yang setelah dipakai energi listriknya Cu Zn dapat diperbaharui dengan cara mengalirkan arus listrik dalam arah sebaliknya ( di Cas ). Elemen adalah susunan dua logam berbeda Contohnya : Accu, Batteray Lithium, Batheray jenis yang dapat membangkitkan GGL yang Charger, … mampu menghasilkan Arus Searah (DC) (Direct Current). Pada penggunaan Elemen, terjadi perubahan dari energi Kimia menjadi energi listrik, dan Pada pengisian (Cas) Elemen, terjadi perubahan energi listrik menjadi energi kimia. + - Accumulator Timbal atau Accu : + _ + - + H2SO4 + PbO2 Pb Bagian dari Accu : 1. Larutan elektrolit : H2SO4 (Asam Sulfat). 2. Elektroda Positif : PbO2 (Timbal Oksida) 3. Elektroda Negatif : Pb (Timbal) Reaksi Pemakaian Accu : Pb + PbO2 + 2.H2SO4 2.PbSO4 + 2.H2O Reaksi Pengisian Accu : 2.PbSO4 + 2.H2O Pb + PbO2 + 2.H2SO4 Energi dan Daya Listrik a. Energi Listrik Kita semua mengetahui bahwa untuk menghidupkan radio, tape, dan alat-alat elektronik lainnya diperlukan sumber tegangan. Sumber tegangan inilah yang akan memberikan energi kepada rangkaian sehingga dapat berfungsi untuk menghasilkan kalor, bunyi atau lainnya sesuai dengan fungsi dari alat-alat tersebut. Energi Listrik diartikan sebagai energi yang dihasilkan oleh aliran muatan listrik di dalam suatu rangkain yang tertutup. Besarnya energi listrik dipengaruhi oleh : 1. Besarnya beda potensial antara ujung-ujung alat, 2. Besarnya arus listrik yang mengalir, 3. Lamanya sumber arus listrik mengalir. Secara matematis dirumuskan : V = bedapotensialantaraujung-ujungalat( volt) I =besarnyakuataruslistrik yang mengalir (Ampere) W V .I .t t = lamanyaaruslistrikmengalir( sekon) W = EnergiListrik (Joulle) Dengan menggunakan Hukum Ohm ( V = I.R ), kita dapatkan persamaan baru : V2 W = I2.R.t W .t atau R R = Hambatan suatu alat listrik / rangkaian (Ohm) / (Ω) b. Daya Listrik Jika anda perhatikan pada setiap alat listrik selalu tertulis spesifikasi alat tersebut. Misalnya seterika listrik tertulis 350 Watt, 220 Volt. Angka 350 watt menunjukkan Daya yang dimiliki oleh seterika, dan 220 volt menunjukkan tegangan yang harus dipasang pada alat, agar bekerja secara normal. Daya Listrik diartikan sebagai Energi yang dihasilkan / diberikan pada alat listrik tiap satuan waktu. 10 W t Bentuk lain dari persamaan di atas adalah : W V.I.t P sehingga P = V.I t t Atau, dengan menggunakan hukum Ohm (V = I.R) diperoleh persamaan baru : V2 2 P atau P = I .R R rt P = Daya Listrik dengan satuan (J/s) atau Watt. Secara matematis dirumuskan : P Perhatikan : Setiap bulan di setiap rumah yang menggunakan listrik PLN / Listrik bolak balik, selalu membayar biaya pemakaian energi listrik tersebut sesuai dengan angka yang tertera pada alat ukur KWh-meter yang terpasang di setiap rumah. 1 angka pada alat ukur KWh-meter = 1 KWh KWh = Kilo Watt hour (Kilo Watt Jam) 1 KWh sama dengan berapa Joulle ?! Jawabnya : 1 KWh = 1x103x60x60 (J/s).s 1 KWh = 3,6 x 105 J Soal-soal : 1. Sebuah alat listrik memerlukan tegangan sebesar 220 volt agar bekerja dengan normal. Jika arus yang mengalir sebesar 2,5 Ampere, tentukan : a. Energi yang terpakai selama 4 jam ! b. Hambatan yang dimiliki alat listrik tersebut ! c. Daya yang dimiliki alat listrik tersebut ! 2. Sebuah seterika listrik tertulis spesifikasi 300 Watt, 200 volt. Seterika tersebut setiap minggu dipakai 3 kali. Setiap pemakaian lamanya 2 jam. Jika nilai rupiah yang harus dibayar setiap Kwh sebesar Rp. 500,- dan pemakaian terjadi selama 4 minggu dalam satu bulan. Tentukan : a. Banyaknya energi yang terpakai selama sebulan ! b. Biaya yang dikeluarkan selama sebulan ! 3. Sebuah lampu memiliki daya 100 watt dengan tegangan normal 200 volt. Jika lampu tersebut dipasang pada tegangan 100 volt, berapakah dayanya sekarang ? Penerapan Listrik DC dan AC Arus listrik yang kita pelajari di atas adalah arus listrik yang dihasilkan oleh sumber tegangan searah, sehingga disebut dengan arus listrik DC (Direct Current), dimana arus listrik ini mengalir hanya dari satu arah. Contoh sumber tegangan searah (DC) adalah : Accu (Accumulator) batu batterey (batterey jam, HP, calculator, dll). Pada dasarnya semua komponen elektronika hanya dapat berfungsi jika disuplai oleh sumber tegangan searah (DC), karena dalam rangkaian elektronika pasti ada komponen yang hanya bisa dialiri arus listrik dari satu arah agar dapat bekerja. Jika dialiri arus listrik dari arah yang sebaliknya komponen ini akan rusak / tidak dapat bekerja. Untuk membuat sumber tegangan yang menghasilkan arus searah (Sumber tegangan DC) memerlukan biaya dan konstruksi yang lebih rumit, sehingga sebagai penggantinya dibuatlah sumber tegangan AC (Alternating Current) yang menghasilkan arus listrik bolak balik. Untuk mengubah dari tegangan bolak balik menjadi tegangan searah diperlukan rangkaian penyearah (dibahas pada materi tersendiri). Perbedaan tegangan DC dengan tegangan AC dapat dilihat dengan menggunakan alat “Osiloskope”. Dari tampilan layar Osiloskope dapat dibedakan sebagai berikut : Tegangan DC Tegangan AC V V I I Dilambangkan : + – Keterangan : Dilambangkan : Jika kurva yang dihasilkan osiloskope selalu di atas atau di bawah terus, maka tegangannya adalah DC dan jika kurva yang dihasilkan kadang di atas kadang di bawah secara bergantian , maka tegangannya adalah AC. 11 Arus AC adalah arus listrik yang arahnya selalu berbalik secara periodic setiap setengah perioda. Sumber tegangan AC tidak memiliki kutub + dan kutub – , yang tetap tetapi kutub + dan kutub – nya berubah secara periodik. Perhatikan gambar : Saat polaritas di atas tinggi, maka bagian atas menjadi kutub + dan bagian bawah menjadi kutub – sehingga arus listrik mengalir dari atas ke bawah (garis tebal). –+ Setengah putaran berikutnya, saat polaritas bagian bawah tinggi, maka bagian R bawah menjadi kutub + dan bagian atas menjadi kutub – sehingga arus listrik +– mengalir dari bawah ke atas ( garis terputus). Penggunaan tegangan AC dalam kehidupan sehari-hari : Kulkas, TV, Tape, CD, Pemanas Air listrik, Ketel listrik. Microwave, Pendingin Ruangan, lampu-lampu penerangan, dll). Keuntungan tegangan AC dibandingkan tegangan DC 1. Tegangan AC lebih mudah untuk diperbesar atau diperkecil hanya dengan menggunakan trafo, sehingga transmisi / pemindahan energi pada jarak jauh menjadi lebih ekonomis. 2. Motor penggerak AC lebih mudah dan lebih murah dibandingkan motor DC. 3. Switcher (saklar-saklar) pada AC lebih sederhana dari pada pada system DC Spesifikasi alat alat listrik yang menggunakan tegangan AC selalu dinyatakan dengan nilai tegangan dan arus listriknya. Dalam merangkaikan dengan jaringan, alat-alat listrik yang menggunakan tegangan AC dirangkai secara Paralel. Jembatan Wheatstone (Wheatstone Bridge) Dalam suatu rangkaian terkadang kita temukan rangkaian yang tidak bisa diselesaikan dengan menggunakan Rumus Seri dan atau Paralel langsung. Untuk menyelesaikan ranmgkaian seperti ini digunakan Rumus “Jembatan Wheatstone” rumus ini ditemukan oleh Samuel Hunter Cristie, yang kemudian di populerkan oleh Sir Charles Wheatstone, sehingga disebut dengan “Jembatan Wheatstone”. Bentuk rangkaiannya adalah sebagai berikut : R2 R2 R1 R1 R2 X R1 R4 Y R5 R5 R5 R3 R4 R3 R3 R4 Tiga rangkaian di atas pada dasarnya adalah sama (coba perhatikan dengan seksama). Untuk menyelesaikan rangkaian di atas dapat dilakukan dengan dua cara : Cara 1 Jika Kuat arus listrik yang melewati hambatan R5 adalah nol (I5 = 0), maka akan berlaku persamaan : “Hasil kali silang hambatan hambatannya adalah sama” Dari gambar : R1 x R3 = R2 x R4 Cara 2 Jika kuat arus listrik yang melewati hambatan R5 adalah tidak sama dengan nol (I5 0), maka kita gunakan rumus pengganti hambatan pada segitiga berlaku persamaan : hasil kali R yang mengapit R1 R2 RPengganti Jumlah R Pada Segitiga Rb Maka berdasarkan gambar : Ra R5 R1 x R4 R1 x R5 Ra Rb Rc R1 R4 R5 R1 R4 R5 R4 R3 R4 x R5 Rc R1 R4 R5 Rangkaian akan berubah menjadi : Atau berubah menjadi : R2 Rb Rb R2 Rc R3 Ra Ra Rc R3 Selanjutnya dapat diselesaikan dengan rangakian Seri dan atau Paralel 12
