Teknologi Dan Rekayasa DKK-1 Pengetahuan Dasar Teknik Listrik Tujuan Pembelajaran : 1. Mendeskripsikan konsep rangkaian listrik 2. Menganalisis rangkaian listrik arus searah 3. Menganalisis rangkaian listrik arus bolakbalik 4. Menganalisis rangkaian kemagnetan Teknologi dan Rekayasa A.Konsep Dasar Elektrostatika dan Penerapannya Apabila ada kutub positip dan kutub negatip, maka antara kedua kutub itu akan terdapat beda tegangan dan dengan demikian akan timbul arus listrik yang mengalir dari kutub positip ke kutub negatip. Teknologi dan Rekayasa Sekarang air dipompa dari bejana B dan air itu dimasukkan ke dalam bejana A. Oleh karena itu air di dalam bejana A akan selalu lebih banyak dari pada dalam bejana B dan dengan demikian arus air yang konstan akan mengalir dalam pipa d. Dalam istilah teknik listrik dikatakan benda A memiliki potensial (tegangan) atau tekanan lebih tinggi dari pada B, sehingga antara A dan B terdapat beda potensial atau disebut juga beda tegangan. Teknologi dan Rekayasa Muatan listrik: Benda dikatakan bermuatan listrik: Netral: Jika jumlah muatan positipnya (proton) sama dengan jumlah muatan negatipnya (elektron). Bermuatan negatip: jika kelebihan elektron atau kekurangan proton. Bermuatan positip: jika kekurangan elektron atau kelebihan proton Satuan muatan: Coulomb (C) Teknologi dan Rekayasa Gaya yang diakibatkan muatan q2 akibat muatan q1 atau sebaliknya digambarkan oleh hukum Coulomb: N (Newton) Besarnya kuat (intensitas) medan listrik E di sekeliling q1 adalah: N/C Keterangan k= konstanta yang besarnya tergantung pada sistem yang dipakai dan medium yang digunakan.= 9 x 109 Nm2/C2. r = jarak antara kedua muatan, dalam satuan meter (m). Teknologi dan Rekayasa Medan Magnet Arah Gaya Ditentukan Dengan Kaidah Tangan Kanan Besar gaya (F) pada muatan yang bergerak dalam medan magnet bergantung pada hasil kali keempat faktor di bawah ini: q, besar muatan (Coulomb) v, besar kecepatan muatan (meter/detik). B, besar (atau kuat) medan magnet (Weber/meter2). sin θ, dengan θ adalah sudut antara garis-garis medan dan kecepatan v, maka: F =q.v.B. Sin θ (Newton) Teknologi dan Rekayasa a. Kawat lurus panjang Arus I o.I r adalah jarak antara titik B 2. .r P dan kawat r P b. P adalah titik pusat kumparan, N lilitan, a jari-jari: I P B μo.NI 2.a Teknologi dan Rekayasa c. Titik di dalam solenoida panjang, dengan n lilitan per meter B μo.NI d. P adalah titik di dalam toroida dengan N lilitan, μo.NI B 2. .r Teknologi dan Rekayasa Konsep dasar kemagnitan dan penerapannya Generator listrik Generator listrik adalah Generator abad 20 awal mesin yang dapat mengubah energi mekanis menjadi energi listrik. Proses ini dikenal sebagai pembangkit listrik. Generator portabel Teknologi dan Rekayasa Motor listrik Motor listrik adalah mesin yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanis. Contoh Motor Induksi atau Motor AC Teknologi dan Rekayasa Elektrokimia Ada 2 jenis sel elektro kimia, yaitu: Sel yang melakukan kerja dengan melepas kan energi dari reaksi spontan. Sel yang melakukan kerja dengan menyerap energi dari sumber listrik untuk menggerakkan reaksi non spontan. Reaksi Sel Volta dan Sel Elektrolisa Teknologi dan Rekayasa Reaksi Sel Volta Elektroda Elektroda dibagi menjadi dua jenis, yaitu anoda dan katoda. Setengah dari reaksi oksidasi terjadi pada anoda. Elektron diberikan oleh senyawa teroksidasi (zat pereduksi) dan meninggalkan sel melalui anoda. Setengah reaksi reduksi terjadi di katoda, elektron diambil oleh senyawa tereduksi (zat pengoksidasi) dan masuk sel melalui katoda. Teknologi dan Rekayasa Off I Saklar A r A + + Ba ter ai - On Re sis tor E V E V R V - B Arus B I Rangkaian Arus Searah Pada rangkaian arus searah (DC: Direct Current) terdiri dari arus dan tegangan searah, yaitu arus dan tegangan yang tidak berubah terhadap waktu. Elemen pada rangkaian DC terdiri dari: 1. Baterai 2. Hambatan dan 3. Kawat penghantar Teknologi dan Rekayasa in 0 R3=12kΩ I3 R2=6 kΩ Hukum Kirchoff -I1 I2 + + E2=10 V E1=12 V R1=10kΩ - - Arus total yang masuk pada suatu titik sambungan atau cabang adalah nol (Hukum I, disebut KCL–Kirchhoff Curent Law ). in 0 I1 I2 I3 0 Teknologi dan Rekayasa R3=12kΩ I3 Pada setiap rangkaian tertutup (loop), jumlah penurunan tegangan adalah nol (Hukum II, sering disebut sebagai KVL – Kirchoff Voltage Law): R2=6 kΩ -I1 I2 + + E2=10 V E1= 12 V Vn 0 R1=10kΩ - - E I.r I.R 0 Loop 1. V E - I.r Loop 2. Loop 3. Teknologi dan Rekayasa Resistor dalam rangkaian seri Jika arus yang mengalir sebesar I, maka: V I (R1 R2 R3) V/I R R1 R2 R3 Pada rangkaian seri, jumlah tahanan total sebesar R=R1+R2+…+Rn. VR1 = I.R1 Volt, VR2 = I.R2 Volt, VR3 = I.R3 Volt V = VR1 + VR2 + VR3 Teknologi dan Rekayasa I I1V I2 I3 I1 R1 Resistor Rangkaian Paralel Besar tegangan pada R1, R2, dan R3 masing-masing adalah: VR1 = I1.R1, VR2 = I2.R2, VR3 = I3.R3. VR1 = VR2 = VR3 = V Besar arus pada masing-masing tahanan atau resistor bergantung pada besarnya nilai tahanannya. I1=V/R1 I I1 I2 I3 1 RTotal ( 1 1 1 ) R1 R2 R3 G adalah konduktansi, besar nilai G = 1/R, dalam satuan siemen dan diberi simbul S atau mho atau Ω-1). Teknologi dan Rekayasa R3 Rangkaian seri paralel (campuran) Rangkaian seri paralel R2 R3 (campuran) adalah gabungan dari rangkaian seri yang diparalel atau R1 R4 beberapa rangkaian paralel yang diseri dan atau kombinasi dari keduanya. RT R1 Rp Teknologi dan Rekayasa Rangkaian pembagi tegangan + Rangkaian pembagi tegangan (potential I R1 Vs devider) banyak digunakan untuk + + V1 memperoleh tegangan yang diinginkan dari sebuah sumber tegangan. - R2 VO VO/VS R2/R1 - Teknologi dan Rekayasa Rangkaian pembagi tegangan berbeban VO/C adalah besar tegangan VO tanpa beban atau disebut tegangan keluaran (output). R1 + I V1 IO + R2 VO VO/C V1 x R2 R1 R2 Beban Rp VO akibat besarnya beban dihitung dengan: + IO VO/C + VO VO VO/C x RL RL Rp Beban RL Teknologi dan Rekayasa Rangkaian pembagi arus I1 IS IO R1 R2 V Rangkaian pembagi arus (current eevider) perlu dipahami khususnya pada saat akan menghubungkan alat ukur arus secara paralel. V V I1 R 1 R2 Io I1 G2 G1 G2 Arus output IO merupakan sebagian dari arus masukan. Teknologi dan Rekayasa Jika suatu kumpulan rangkaian sumber tegangan dan resistor dihubungkan dengan dua terminal keluaran, maka rangkaian tersebut dapat digantikan dengan sebuah rangkaian seri dari sebuah sumber tegangan rangkaian terbuka V0/C dan sebuah resistor RP. arus hubung singkat IS/C sebesar: Teorema Thevenin Resistance dan Sumber Tegangan RL a. Rangkaian berbeban Resistance dan Sumber Tegangan c.Menentukan IS/C Resistance dan Sumber Tegangan VO/C b. Menentukajn VO/C RP IS/C VO/C RL d. Rangkaian Equivalen Thevenin IS/C VO/C RP RP dihitung dengan melihat seolaholah tidak ada sumber tegangan. Skema Terbentuknya Rangkaian Thevenin Teknologi dan Rekayasa Teorema Norton Resistance dan Sumber Tegangan GL IS/C GN IN a. Rangkaian berbeban GN IN c. Inteprestasi VO/C Menentukan IS/C b. Inteprestasi IS/C VO/C GN VO/C IN d. Rangkaian equivalen Norton GL Jika suatu kumpulan rangkaian sumber tegangan dan resistor dihubungkan dengan dua terminal keluaran, maka rangkaian tersebut dapat digantikan dengan sebuah rangkaian paralel dari sebuah sumber arus rangkaian hubung singkat IN dan sebuah konduktansi GN. IN IS/C dan GN IN VO/C Skema Terbentuknya Rangkaian Norton Teknologi dan Rekayasa Rangkaian kondensator atau kapasitor C1 ,1nF C2, 2nF Rangkaian seri kondensator atau kapasitor Kondensator atau kapasitor jika dirangkai seri, nilai kapasitasnya totalnya berbanding terbalik dengan nilai masing-masing Cs C1 C 2 C1 C 2 Teknologi dan Rekayasa Rangkaian paralel Kapasitor yang dirangkai paralel, nilai kapasitas totalnya bertambah besar C1 dan merupakan jumlah dari nilai masing-masing kapasitor, tetapi tegangan kerjanya tidak berubah. C2 Cp = C1 + C2 + ... Cn Teknologi dan Rekayasa Rangkaian seri paralel kapasitor C3 1nF C2 A B 2nF C C4 C1 2nF Cs 2nF D E CTotal Untuk menyelesaikan, dihitung dahulu jumlah kapasitor yang dihungkan seri (A-B) , C1 C2 C1 C2 Selanjutnya dihitung jumlah kapasitor yang dihubungkan paralel (B-C), Cp = C1 + C2 Kemudian dicari besar nilai kapasitor pada titik A-C. Ca - c Cs * Cp Cs Cp Teknologi dan Rekayasa Pengisian dan pengosongan kapasitor Hubungan antara Q dan V merupakan garis lurus (linear), maka energi yang tersimpan dalam kapasitor merupakan luas daerah grafik sebelah bawah 10 8 6 Energi 4 2 W = Q . V dan Wc 2 4 6 8 10 Keterangan WC = energi pada kapasitor dalam atuan joule C = kapasitansi dalam farad V = tegangan kapasitor dalam volt Q = muatan kapasitor dalam coulomb WC WC QV 2 1 Q2 2 C Teknologi dan Rekayasa Pengisian kapasitor 1 2 V = 10 volt Pada saat posisi saklar S dihubungkan ke posisi 1, maka ada rangkaian tertutup antara tegangan V, saklar S, tahanan R, dan kapasitor C. Arus mengalir dari sumber tegangan, kapasitor melalui tahanan R. Hal ini menyebabkan naiknya perbedaan tegangan pada kapasitor. Arus turun sampai pada saat tegangan sumber sama dengan perbedaan tegangan pada kapasitor dan arus akan berhenti mengalir (I = 0). Proses tersebut dinamakan pengisian kapasitor bentuk arus. Teknologi dan Rekayasa Pengosongan kapasitor I V= 10 volt VC Proses yang terjadi sekarang adalah pengosongan kapasitor, arus yang mengalir berlawanan arah (negatif) terhadap arus pada saat pengisian, sehingga besarnya tegangan pada R (VR) juga negatif. Waktu pengisian dan waktu pengosongan kapasitor disebut konstanta waktu (time constant) yang rumusnya adalah: t = R.C Keterangan t adalah konstanta waktu dalam detik R adalah konstanta dalam Ohm (Ω) C adalah kapasitansi dalam farad Teknologi dan Rekayasa Identifikasi jenis-jenis induktor Contoh Fisik Induktor Induktor atau kumparan Fungsi pokok induktor adalah untuk menimbulkan medan magnet. Induktor berupa kawat yang digulung sehingga menjadi kumparan, dan kemampuan induktor untuk menimbulkan medan magnet disebut konduktansi. Satuan induktansi adalah henry (H) atau mili henry (mH). Untuk memperbesar induktansi, pada kumparan disisipkan bahan sebagai inti. Induktor yang berinti dari bahan besi disebut elektromagnet. Induktor memiliki sifat menahan arus AC dan konduktif terhadap arus DC. Teknologi dan Rekayasa Kegunaan induktor Rellay Buzzer Speaker Bleeper Teknologi dan Rekayasa Sifat induktor terhadap arus AC Jika arus bolak balik mengalir pada induktor, maka pada induktor akan timbul gaya gerak listrik (ggl) induksi yang besarnya: di e L dt jika e = Em sin ωt Maka: i = Im sin (ωt-90) Im Em E E L 2f X L Teknologi dan Rekayasa V = Vm sin ωt I = Im sin ωt Besarnya XL = 2.Л.f. L Keterangan: XL : reaktansi induktif (Ω) Л : 3,14 f : frekuensi (Hz) L : induktansi (H) 1 H = 1.000 mH 1mH = 1.000 H Gelombang Arus dan Tegangan Teknologi dan Rekayasa XL 2. . f .L Menghitung rangkaian arus bolak balik a.Rangkaian R – L Seri I E Z Z R 2 XL2 XL 2. . f .L I E 2 E R2 E L2 E E R2 E L2 E I R 2 I R Cos Z I X L 2 R 2 X L2 Diagram Vektor Teknologi dan Rekayasa b. Menghitung rangkaian paralel R dan L IL _ _ _ E ER EL IR VR φ V Z IL VL E XL I Vektor Arus dan Tegangan R-L Paralel E 2 R 2 Cos E 2 ( X L )2 IR ER R E2 E2 E2 Z2 R2 X L2 Z R XL R 2 X L2 IR I Teknologi dan Rekayasa THANK’S GOOD LUCK Teknologi dan Rekayasa
