DAFTAR ISI - Lumbung Pustaka UNY

DAFTAR ISI
I.
PENDAHULUAN............................................................................................................................................................................. 1
A.Prasyarat.............................................................................................................................................................................................1
B.Petunjuk Penggunaan.........................................................................................................................................................................1
C.Tujuan Akhir...................................................................................................................................................................................... 1
D.Kompetensi Inti dan Kompetensi Dasar............................................................................................................................................ 1
E.Cek Kemampuan Awal....................................................................................................................................................................... 1
II.
PEMELAJARAN.............................................................................................................................................................................. 2
BAB I BESARAN LISTRIK.....................................................................................................................................................................2
A.KOMPETENSI DASAR DAN PENGALAMAN BELAJAR.......................................................................................................... 2
A.PETA KONSEP.................................................................................................................................................................................... 2
B.PETA KONSEP BESARAN LISTRIK........................................................................................................................................................ 3
C.MATERI PEMBELAJARAN................................................................................................................................................................... 3
1.ARUS LISTRIK............................................................................................................................................................................. 5
1.1.KUAT ARUS LISTRIK........................................................................................................................................................... 6
1.2.RAPAT ARUS..........................................................................................................................................................................7
2.1.Beda Potensial Tegangan....................................................................................................................................................... 11
2.2.Jenis Tegangan Beda Potensial Tegangan........................................................................................................................................ 12
3.3.Konduktor, Isolator Dan Resistor..................................................................................................................................................... 17
2.HAMBATAN/TAHANAN...................................................................................................................................................................... 14
3.1.Hambatan Kawat Penghantar................................................................................................................................................ 14
3.2.Tahanan Dalam Penghantar................................................................................................................................................... 15
BAB II HUKUM-HUKUM PADA DASAR LISTRIK...........................................................................................................................18
A.KOMPETENSI DASAR DAN PENGALAMAN BELAJAR........................................................................................................ 18
B.PETA KONSEP...................................................................................................................................................................................18
C.MATERI PEMBELAJARAN................................................................................................................................................................. 19
1.HUKUM OHM.............................................................................................................................................................................19
1.1.HUBUNGAN DAYA DAN HUKUM OHM.........................................................................................................................22
1.2.HUBUNGAN KALOR DENGAN HUKUM OHM............................................................................................................. 22
1.3.HUBUNGAN DAYA LISTRIK DENGAN HUKUM OHM................................................................................................ 23
2.1.Hukum Kirchoff I.................................................................................................................................................................. 24
2.2.HUKUM II KIRCHOFF (CLOSE LOOP)............................................................................................................................ 25
TUGAS MANDIRI............................................................................................................................................................................. 25
A.KOMPETENSI DASAR DAN PENGALAMAN BELAJAR
26
B.PETA KONSEP
26
C.MATERI BELAJAR
27
1.KUTUB MAGNET
27
i
1.1.SIFAT MAGNET
28
1.2.JENIS – JENIS BAHAN PEMBUAT MAGNET
28
2.INDUKSI ELEKTROMAGNET
29
2.1.JENIS-JENIS MAGNET
29
2.2.Cara membuat medan magnit
30
3.KAIDAH FLAMING
31
3.1.Prinsip Flaming
31
3.2.PENGGUNAAN HUKUM FLAMING
32
EVALUASI
37
TUGAS MANDIRI
37
BAB IV PENGUKURAN ARUS, TEGANGAN DAN TAHANAN
38
A.KOMPETENSI DASAR DAN PENGALAMAN BELAJAR
38
B.PETA KONSEP
38
1.AMPER
38
2.VOLTMETER
41
3.OHMMETER
42
4.AVO METER ANALOG
43
BAB V RANGKAIAN SERI, PARALEL DAN GABUNGAN
48
A.KOMPETENSI DASAR DAN PENGALAMAN BELAJAR
48
B.PETA KONSEP
48
C.MATERI PEMBELAJARAN
49
1.RANGKAIAN LISTRIK SERI
49
1.1.Rangkaian Seri Pada Rangkaian Arus Langsung
49
1.2.Rangkaian seri pada Hambatan
50
2.Rangkaian Listrik Paralel
52
2.1.Rangkaian Paralel pada Sumber Tegangan
52
2.2.Rangkaian Paralel pada Hambatan
52
3.RANGKAIAN LISTRIK CAMPURAN
54
4.Rangkaian Listrik Majemuk
56
PERMASALAHAN
BAB VI INDUKSI SENDIRI DAN MUTUAL PADA KEMAGNITAN
A.
KOMPETENSI DASAR DAN PENGALAMAN BELAJAR
58
60
60
B.
PETA KONSEP
60
C.
MATERI BELAJAR
61
1.
PENGERTIAN INDUKSI
1.1.
2.
Induksi magnetis
INDUKSI SENDIRI (SELF-INDUCTION EFFECT)
2.1.
Jenis –Jenis induksi Diri (self indusinpada lilitan) :
61
61
63
65
ii
2.2.
INDUKTANSI BERSAMA
PERMASALAHAN
BAB VII MACAM-MACAM JENIS, UKURAN KABEL, TERMINAL DAN PENGGUNAANNYA
A.
KOMPETENSI DASAR DAN PENGALAMAN BELAJAR
66
67
69
69
C.
MATERI BELAJAR
69
B.
PETA KONSEP
69
KABEL
70
1.
2.
3.
1.1.
FUNGSI KABEL
70
1.2.
KOMPONEN KABEL
71
1.3.
UKURAN KABEL
72
KOMPONEN-KOMPONEN PENGHUBUNG
75
2.1.
Junction Block dan Relay Block
75
2.2.
Terminal Kabel (sepatu kabel)
75
2.3.
Konektor
76
2.4.
Baut Massa
77
KOMPONEN-KOMPONEN PELINDUNGI SIRKUIT
77
3.1.
Sekring (FUSE)
77
3.2.
Fusible Link
78
3.3.
Circuit Breaker
79
LATIHAN EVALUASI
DAFTAR PUSTAKA
79
80
iii
I.
PENDAHULUAN
A. Prasyarat
Materi konsep dasar-dasar listrik otomotif memberikan bekal awal dalam memahami kompetensi teknik dasar listrik otomotif.
materi ini disampaikan pada kelas X smester 1.
B. Petunjuk Penggunaan
Buku ini dibuat dengan memberikan penjelasan tentang pengetahuan konsep dasar-dasar listrik otomotif. Untuk
memungkinkan siswa belajar sendiri secara tuntas , maka perlu diketahui bahwa isi buku ini pada setiap kegiatan belajar
umumnya terdiri atas. Uraian materi, rangkuman, Lembar kerja, dan Pengayaan, sehingga diharapkan siswa dapat belajar
mandiri (individual learning) dan mastery learning (belajar tuntas) dapat tercapai.
C. Tujuan Akhir
Tujuan akhir yang hendak dicapai adalah agar siswa mampu:
 Memahami dan menyajikan data hasil analisis berdasarkan pengamatan tentang dasar-dasar listrik otomotif
 Memahami dan menyajikan data hasil analisis berdasarkan pengamatan tentang Arus Listrik, Tegangan,
Hambatan/Tahanan.
 Memahami dan menyajikan data hasil analisis berdasarkan pengamatan tentang Hukum Ohm dan Hukum
Kirchoff
 Memahami dan menyajikan data hasil analisis berdasarkan pengamatan tentang Kutub Magnet, Induksi
Elektromagnet dan Kaidah Flaming
 Memahami dan menyajikan data hasil analisis berdasarkan pengamatan tentang ampere, Voltmeter, Ohmmeter dan
Avometer
 Memahami dan menyajikan data hasil analisis berdasarkan pengamatan tentang Rangkaian Listrik
Seri,Rangkaian Listrik Paralel, Rangkaian Listrik Campuran dan Rangkaian Listrik Majemuk
 Memahami dan menyajikan data hasil analisis berdasarkan pengamatan tentang Pengertian Induksi dan Induksi
Sendiri (Self-Induction)
 Memahami dan menyajikan data hasil analisis berdasarkan pengamatan tentang Kabel, Komponen Penghubung,
Komponen Pelindung Sirkuit, Komponen Pelindung Kabel dan Ukuran Kabel
D. Kompetensi Inti dan Kompetensi Dasar







Memahami jenis-jenis Besaran Listrik
Memahami Rumus Dasar Besaran Listrik
Memahami Hukum Ohm dan Kirchoff
Memahami Medan Magnet dan Arah Medan Magnet
Memahami Rangkaian Dasar Listrik Seri dan Paralel
Memahami Pengaruh Induksi terhadap timbulnya listrik
Memahami jenis kabel, ukuran kabel, dan konektor
E. Cek Kemampuan Awal
o
o
o
o
o
o
o
o
Sebutkan satuan-satuan besaran listrik!
Sebutkan cara pembentukan medan magnet!
Apa yang dimaksud dengan GGL(Garis Gaya Listrik)?
Apa yang dimaksud dengan HukumOhm dan Hukum Kirchoff!
Sebutkan jenis-jenis rangkaian listrik!
Sebutkan alat-alat yang digunakan untuk mengukur rangkaian listrik!
Jelaskan Hukum Flamming!
Sebutkan fungsi kabel!
1
II. PEMELAJARAN
BAB I BESARAN LISTRIK
A. KOMPETENSI DASAR DAN PENGALAMAN BELAJAR
KOMPETENSI DASAR
PENGALAMAN BELAJAR
Setelah mengikuti pembelajaran dengan kompetensi dasardasar Listrik siswa dapat :
1. Menghayati dan Mengamalkan perilaku jujur, disiplin,
tanggung jawab, peduli (gotong royong, kerjasama,
toleran, damai), santun, responsif dan proaktif dan
menunjukan sikap sebagai bagian dari solusi atas
berbagai permasalahan dalam berinteraksi secara
efektif dengan lingkungan sosial dan alam serta dalam
menempatkan diri sebagai cerminan bangsa dalam
pergaulan dunia.
2. Memahami besaran listrik, hukum Ohm dan Kirchof
padar listrik otomotip
3. Menerapkan Dasar Listrik pada rangkaian seri, paralel
dan gabungan
Dari pembelajaran kompetensi dasar-dasar Listrik siswa
mendapatkan pengalaman belajar :
1. Mengamati simulsi terkait materi pokok besaran listrik dan
Mengeksplorasi dalam Menyelesaikan sosl-soal terkait
materi besaran listrik,
2. Mengamati simulsi terkait materi pokok besaran listrik dan
Mengeksplorasi dalam Menyelesaikan sosl-soal terkait
Hukum Ohm dan Kirchof ,
3. Mengamati simulsi terkait materi pokok besaran listrik dan
Mengeksplorasi dalam Menyelesaikan sosl-soal terkait
Kaidah Flaming
4. Mengkomunikasikan dalam pengukuran tegangan, tahanan
dan arus
5. Mengamati simulsi terkait materi dan Mengeksplorasii
rangkaian seri, paralel dan gabungan.
6. Mengamati simulsi terkait materi pokok besaran listrik dan
Mengeksplorasiinduksi sendiri, mutual pada kemagnitan
7. Mengkomunikasikan macam-macam
8. Jenis, ukuran kabel, terminal dan penggunaannya
A. PETA KONSEP
1. BESARAN
LISTRIK
7. JENIS,
UKURAN
KABEL,
TERMINAL
DAN
PENGGUNA
AN
2. HK. OHM
& KIRCHOF
DASAR
LISTRIK
6. INDUKSI
DIRI,
MUTUAL
PADA
KEMAGNITA
N
3. KAIDAH
FLAMING
5.
RANGKAIAN
SERI
PARALEL &
GABUNGAN
4.
PENGUKURA
N
TEGANGAN,
TAHANAN &
ARUS
2
B. PETA KONSEP BESARAN LISTRIK
KUAT ARUS
1. AMPER
BESARAN
LISTRIK
RAPAT ARUS
2. VOLT
3.
HAMBATAN
HAMBATAN DALAM
PENGHANTAR
KONDUKTOR,
ISOLATOR
C. MATERI PEMBELAJARAN
Selamat! Sekarang kalian telah menjadi peserta didik SMK. Saatnya telah tiba untuk mempelajari lebih dalam lagi tentang
listrik melaluimata pelajaran. Dasar Listrik Otomotif. Dasar Listrik Otomotip adalah ilmu yang mempelajari tentang listrik
sesuatu yang ada di kendaraan baik itu kendaraan ringan, dan kendararaan berat secara sistematis.
melakukan serangkaian penelitian dengan sangat cermat dan hati-hati. Dengan cara itu, mereka dapat menjelaskan apa dan
mengapa sesuatu dapat terjadi serta memperkirakan sesuatu yang terjadi saat ini maupun yang akan datang terhadap alam
sekitar. Hasil-hasil temuan mereka dapat dimanfaatkan untuk kesejahteraan hidup manusia, seperti sepeda motor , mobil,
excavator, dosher, komputer, televisi, dan sebagainya.
Pada bab ini, kalian akan mempelajari apa yang diselidiki dalam Besaran Listrik Otomotip, bagaimanamelakukan pengamatan,
perhitungan serta pengukuran sebagai bagian dari pengamatan tersebut. Langkah awal untuk mempelajari benda-benda di
3
sekitar adalah dengan melakukan pengamatan (observasi). Sebagai permulaan, lakukankegiatan berikut untuk melatih
pengamatan untuk eksplorasi terhadap listrik disekitarmu.
Pengamatan
1. Rangkailah komponen-komponen listrik seperti gambar 1.1 , baterai, kawat
penghubung, lampu dan saklar !
2. Gerakan saklar ke bawah (tutup saklar) dimana pada posisi On.
3. Amati dari manakah lampu itu bisa hidup / menyala !
4. Hidup / nyalakan lampu beberapa menit (kurang lebih 3 menit), kemudian matikan.
4. Ulangi langkah tersebut sampai 3 (tiga) kali, sampai bisa menemukan komponen
yang bisa membuat lampu hidup / menyala!
Bagaimanakah hasil pengamatanmu? Temuan apakah yang dapat kamu ambil
sebuah kesimpulan untuk menjelaskan kenapa lampu bisa nyala ?!
Dari hasil temuan dilapangan silahkan sesuaikan dengan gambar 1.1 Rangkaian
listrik
Pada kegiatan sebelumnya, kalian telah menyimpulkan bahwa dalam kegiatan pengamatan pada rangkian listrik dimana
lampu bisa menyala karena adanya arus listrik, beda tegangan dan hambatan yang terdapat pada rangkian. Arus listrik, beda
tegangan dan hambatandapat di ukur dan perlu menggunakan satuan baku, satuan yangdisepakati bersama.Besaran yang
satuannya didefinisikan ini disebut besaran pokok.
Besaran panjang, massa dan waktu disebut besaran pokok, karena dari besaran ini dapat diturunkan besaran-besaran
yang lain seperti gaya dan energi. Besaran pokok didefinisikan sebagai besaran yang satuannya telah ditetapkan terlebih
dahulu.Satuan dari besaran pokok disebut satuan pokok.Satuan Pokok SI seluruhnya ada tujuh, yaitu seperti yang terlihat pada
Tabel 1.
Tabel 1 Satuan pokok SI
Besaran
Satuan
Simbol
Panjang
meter
m
Massa
kilogram
kg
Waktu
sekon
s
Kuat arus listrik
ampere
A
Suhu
kelvin
K
Jumlah zat
mol
mol
Intensitas cahaya
Candela
Cd
Tabel 1 Satuan pokok SI
Penggunaan berbagai macam satuan untuk besaran menimbulkan suatu kesukaran, alat ukur suatu satuan tertentu menjadi
macam-macam, yang lebih menyulitkan lagi bahwa orang harus menyesuaikan diri terhadap berbagai macam satuan.Dengan
demikian diperlukan menetapkan satuan standar besaran pokok.Syarat untuk membuat satuan standar yang berguna adalah
praktis digunakan, mudah didapat, mudah dibuat ulang, dan tetap setiap saat.Maka seiring dengan perkembangan ilmu
pengetahuan dan sejumlah penemuan oleh para ilmuwan, standar satuan terus berubah.Sebagai contoh, standar meter
mengalami perubahan beberapa kali dimana yang digunakan sekarang ditetapkan pada tahun 1983 dan dianggap yang paling
tepat sampai saat ini. Berikut iniakan dijelaskan satuan standar besaran pokok untuk listrik, besaran yang digunakan pada
listrik terbagi menjadi dua, meliputi Besaran pokok dan besaran turunan.
4
1. ARUS LISTRIK
Amper adalah satuan SI untuk besaran pokok listrik, dilambangkan dengan huruf A. Satu amper adalah suatu arus listrik
yang mengalir, sedemikian sehingga di antara dua penghantar lurus dengan panjang tak terhingga, dengan penampang yang
dapat diabaikan, dan ditempatkan terpisah dengan jarak satu meter dalam vakum, menghasilkan gaya sebesar 2 x 10 7
newton per meter. Satuan ini diambil dari nama André-Marie Ampère, salah satu penemu elektromagnetik.
DEFINISI ARUS LISTRIK
Adalah Elektron-elektron yang mengalir melalui suatu penghantar tiap detik.atau dengan kata lain adalah mengalirnya
elektron secara terus menerus dan berkesinambungan pada konduktor akibat perbedaan jumlah elektron pada beberapa
lokasi yang jumlah elektronnya tidak sama.
Besarnya arus listrik yang mengalir melalui konduktor adalah sama dengan jumlah elektron bebas yang melewati
penampang konduktor setiap detik. Arus listrik dinyatakan dengan I (Intensity) sedangkan besar arus listrik dinyatakan
dengan satuan ampere, disingkat A.Satu amperA sama dengan pergerakan 6.25 x 1018 elektron bebas yang melewati
konduktor setiap detik. Atau dengan pengertian lain 1 ampere arus adalah mengalirnya elektron sebanyak 624x1016 (6,24151
× 1018) atau sama dengan 1 Coulumb per detik melewati suatu penampang konduktor”
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 3. Gerakan Elektron
Elektron bebas yang bermuatan negative selamanya akan selalu tolak menolak satu dengan lainnya. Bila ada kelebihan
electron disatu tempat, maka akan ada kekurangan electron ditempat lainnya, electron akan selalu bergerak ketempat yang
kosong, dan kemudian mencoba untuk saling menjauh satu sama lainnya. Saat pergerakan ini terjadi, aliran atau arus elektron
terbentuk, Arus akan terus berlanjut sampai electron genap terpisah dari intinya.
Arus dapat digambarkan seperti laju aliran elektron, besarnya aliran electron bias diumpamakan seperti pada pipa air.
Pada pipa yang diameternya lebih besar mempunyai kapasitas aliran yang lebih besar pula. Artinya adalah aliran arus akan
besar bila jumlah electron yang bergerak juga banyak, sehingga semburan air bisa jauh seperti gambar dibawah ini.
Pada pipa yang diameter kecil mempunyai kapasitas aliran yang lebih kecil, artinya aliran arus akan kecil karena jumlah
elektron yang mengalir kecil. Berakibat semburan air melalui pipa menjadi kecil.
5
Gambar 4. Perumpaman Aliran arus
Jadi kesimpulannya adalah mengalirnya suatu electron sama dengan mengalirnya suatu arus. Arus adalah mengalirnya
electron secara kontinyu pada konduktor akibat perbedaan jumlah electron pada beberapa lokasi yang jumlah elektronnya
tidak sama.
Gambar 5. Gambar Aliran Elektron Dan Arus listrik
Formula arus listrik adalah:
Dimana:
I
= besarnya arus listrik yang mengalir, ampere
Q
= Besarnya muatan listrik, coulomb
t
= waktu,
detik
1.1. KUAT ARUS LISTRIK.
Definisi Kuat Arus Listrik
Adalah arus yang tergantung pada banyak sedikitnya elektron bebas yang pindah melewati suatu penampang kawat dalam
satuan waktu, dengan kata lain Amper adalah arus yang tergantung pada banyak sedikitnya elektron bebas yang pindah
melewati suatu penampang kawat dalam satuan waktu.
“Ampere adalah satuan kuat arus listrik yang dapat memisahkan 1,118 milligram perak dari nitrat perak murni dalam
satu detik”. listrik yang dapat memisahkan,118 milligram perak dari nitrat perak murni dalam satu detik.Rumus – rumus
untuk menghitung banyaknya muatan listrik, kuat arus dan waktu.
Formula arus listrik adalah
6
1 (satu) Coulomb = 6,28 x 1018 electron
Dimana :
Q = Banyaknya muatan listrik dalam satuan coulomb
I = Kuat Arus dalam satuan Amper.
t = waktu dalam satuan detik.
PERMASALAHAN KUAT ARUS LISTRIK
Sebuah baterai memberikan arus 0,5 A kepada sebuah lampu selama 2
menit.
Berapakah banyaknya muatan listrik yang dipindahkan ?
1.2. RAPAT ARUS
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).
Definisi
Rapat Arus
Adalah besarnya arus listrik tiap-tiap luas penampang kawat (mm2)
Gambar 6.Kerapatan arus listrik.
7
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:
Formula arus listrik adalah :
Dijabarkan sebagai berikut :
[ A/mm²]
Dimana : S = Rapat arus
[ Amp]
I = Kuat arus
Q = luas penampang kawat [ mm²]
Kejadian-Kejadian Yang Disebabkan Oleh Arus Listrik
Bila arus mengalir pada konduktor atau elektrolit akan menyebabkan (menimbulkan) tiga kejadian :
a. Pembangkit panas
Bila arus melewati konduktor, akan menghasilkan panas saat sistem bekerja. Contohnya meliputi :Lampu kepala (Head
Light), Korek api dimobil (Cigarette Lighter), sekring (Fuse) dll.
Gambar7. aliran arus
b. Aksi kimia
Bila aksi kimia terjadi pada elektrolit (cairan yang dapat dilalui /dialiri arus listrik) akan menyebabkan arus listrik
mengalir. Baterai jenis basah bekerja berdasarkan prinsip kimia.
Saat kondisi baterai kosong (teganan dan arus) yang tersimpan dibaterai berkurang, reaksi kimia yang terjadi sebagai
berikut :
Pb02 + Pb + 2H2S04 -----> 2PbS04 + 2H20
8
Di atas ditunjukkan terbentuknya timbal sulfat
selama penggunaan (discharging). Keadaan ini
akan mengurangi reaktivitas dari cairan elektrolit
karena asamnya menjadi lemah (encer), sehingga
tahanan antara kutub sangat lemah untuk
pemakaian. baterai perlu diisi tegangan dan arus
(charging) mengakibatkan pada reaksi kimia akan
berubah. Perubahannya sebagai berikut :2PbS04 +
2H20 ----> PbO2 + Pb + 2H2S02
Gambar 8. Reaksi Kimia Baterai
PERMASALAHAN RAPAT ARUS
1. Sebuah batere memberikan arus 0,5 A kepada sebuah lampu selama 2 menit.
Berapakah banyaknya muatan listrik yang dipindahkan ?
2. Muatan listrik 4500 C, arus listrik 1500 mA. Hitunglah waktunya
c. Aksi magnet
Bila arus listrik mengalir pada kabel atau kumparan akan menghasilkan medan magnet disekitarnya. Prinsip ini
digunakan pada koil pengapian (ignition coil), alternator, motor starter dan macam-macam solenoid.
RANGKUMAN ARUS LISTRIK:




Arus listrik terjadi karena mengalirnya elektron.
Bila aliran elektronnya banyak, maka arus yang mengalir juga lebih banyak.
Melalui perbedaan potensial, arus bisa mengalir dari potensial yang tinggi ke potensial yang lebih rendah.
Bila aliran elektron bebasnya banyak, maka akan menghasilkan panas, karena itu kawat listrik menjadi panas
dikarenakan banyaknya arus yang lewat.
 Jumlah arus dapat diterangkan dengan mengambil perumpamaan pada jumlah air yang mengalir pada sebuah pipa.
 Besarnya arus yang melewati kebeberapa aktuator (beban) berarti tenaga listriknya juga kuat.
Pengamatan tegangan
1. Siapkan baterai bertengan 12 V, yang satu ber
tegangan rendah (kurang dari 12 V) dan satunya
bertegangan 12 V.
2. Siapkan bola lampu bertengan 12 V dan
penghantar (kabel)
3. Rangkailah, seperti gambar sebelah ini
4. Amati nyala lampu bila menggunakan tegangan
dibawah 12 V dan tegangan diatas 12 V
9
Tegangan listrik merupakan perbedaan potensial listrik antara dua titik pada suatu penghantar atau rangkaian listrik.Beda
potensial adalah perbedaan jumlah elektron yang berada dalam suatu arus listrik.
Bila suatu battery dihubungkan ke lampu dan lampu tersebut menyala, hal ini terjadi dengan adanya aliran listrik. Arus bias
mengalir karena ada perbedaan potensial antara kutub positip dan kutub negatip. Arus mengali rmelalui lampu, artinya
bahwa electron bergerak dari "-" ke "+" sehingga lampu dapat menyala.Selanjutnya bagaimana dan mengapa arus
mengalir? Kita lihat contoh pada kincir air ,kincir tidak akan berputar bila tidak ada air yang mengalir, hal yang sama jika
tidak ada arus yang mengalir, maka lampu tidak akan menyala. Bagaimana air akan mengalir pada contoh dibawah ini?
Bila tangki air A dan B tingginya sama, air tidak akan mengalir dan kincir air juga tidak bias berputar. Jika ada perbedaan
tingg ipermukaan air diantara kedua tangki tersebut, maka air bias mengalir dari tangki yang lebih tinggi ke tangki yang
lebih rendah dengan sendirinya.
DEFINISI TEGANGAN
Adalah mengalirnya elektron-elektron disebabkan adanya perbedaan potensial listrik antara dua titik pada suatu
penghantar atau rangkaian listrik.
Di satu sisi sumber arus listrik terdapat elektron yang bertumpuk sedangkan di sisi yang lain terdapat jumlah elektron
yang sedikit. Hal ini terjadi karena adanya gaya magnet yang mempengaruhi materi tersebut. Dengan kata lain, sumber
tersebut menjadi bertegangan listrik. Tegangan listrik (disebut juga voltase) identik dengan beda potensial.
Pada dasarnya, beda potensial (tegangan) inilah yang menyebabkan aliran elekron dari potensial rendah (negatif) ke
potensial tinggi (positif). Artinya adanya arus listrik disebabkan karena adanya tegangan listrik pada dua titik (kutub positif
dan kutub negatif). Pada rangkain listik, bisa jadi setiap komponen listrik mempunyai beda potensial yang berbeda tergantung
hambatan komponen tersebut
Sebagai contoh,kincir air akan berputar. Hal yang sama juga berlaku pada listrik, bila tidak ada perbedaan potensial, arus
tidak mengalir, dan jika ada perbedaan potensial, maka arus bisa mengalir dari potensial yang lebih tinggi ke yang lebih
rendah,hasilnya adalah arus atau tenaga listrik. Bila pergerakan elektron bebas jumlahnya banyak,artinya adalah tenaga
listriknya menjadi besar.
Jika suatu kabel dihubungkan antara muatan positif dan muatan negatif, maka elektron akan bergerak netral. Pada saat
tersebut, panas terbentuk oleh pergerakan elektron. Reaksi pembangkitan panas ini merupakan salah satu dari tiga kejadian
yang disebabkan oleh adanya arus listrik, misalnya cigaret lighter, electricstove ,dll. Kedua adalah kejadian Magnetic, yaitu
bila arus melewati suatu kabel atau kumparan maka akan menghasilkan medan magnet, contohnya solenoid dan yang
ketiga adalah arus dapat menyebabkan kejadian reaksi kimia seperti misalnya yang terjadi pada battery. Mari kita lihat
aliran arus pada battery kendaraan. Sumber energi battery terdiri dari dua terminal yaitu positif dan negatif.
10
Dari penjelasan mengenai muatan positif dan negatif, dapat dikatakan bahwa atom terminal positif protonnya lebih
banyak dari pada elekronnya, sehingga terminalnya berisi muatan positif. Dan satunya lagi, atom yang terdapat pada terminal
negatif mempunyai electron yang lebih banyak disbanding dengan proton, sehingga terminalnya bermuatan negatif. Terminal
negative mempunyai suplai electron bebas yang sangat banyak sekali,ke semua electron ini ,terkumpul disuatu area yang
kecil dan saling tolak–menolak satu sama lainnya.
Jika perbedaan listrik secara alami terhubung dengan kedua kawat yang bermuatan berbeda ,maka arus bias mengalir
dikarenakan adanya perbedaan potensial listrik antara kedua muatan sehingga arus dapat mengalir. Perbedaan potensial listrik
biasa disebut dengan tegangan (voltage). Karena ada perbedaaan potensial listrik,maka terjadi electromotive force(emf).
Tegangan (V) adalah unit listrik untuk menerangkan jumlah tekanan listrik yang ada atau sejumlah tekanan listrik yang
dibangkitkan oleh aksi kimia di dalam battery. Simbol tegangan =E dan satuan teganan =V, dimana Satu Volt adalah beda
potensial antara dua titik saat melakukan usaha satu joule untuk memindahkan muatan listrik satu coulomb”. Dari pernyataan
diatas dapat diformulasikan sebagai berikut :
Dimana ;
E = W (joule) / Q (coulombs)Volt
W = tenaga listrik
1Q =jumlah muatanlistrik
Persetaraan satuan :
1volt
:0.001 KV
volt :1,000mV
1kV:1,000v
2.1. Beda Potensial Tegangan
Tegangan dapat disebut sebagai potensial dan perbedaan potensial. Pada gambar 2-3 (tangki air) menerangkan bagaimana
mereka berhubungan satu sama lainnya, saat kedua tangki air dihubungkan dengan sebuah pipa, maka air akan mengalir
dari tangki yang lebih tinggi ke tangki yang lebih rendah. Tinggi air diukur dari permukaan tanah. Untuk kelistrikan,
potensial diukur berdasarkan standar tingkatan kepastian yang disebut dengan alam (eart) atau bumi (ground), potensial dari
bumi (ground) diambil dalam angka 0 volt(V). Biasanya alam secara phisik mewakili ground, namun pada bidang otomotif
ground adalah terminal battery negative (-).
Tinggi air pada tangki yang lebih rendah diibaratkan sebagai tinggi air dalam nol volt (V). Pada battery, 12 volts artinya
adalah perbedaan potensial antara kedua terminal battery kutup positip dan kutup negatip.
11
Bila ketinggian tempat pada gambar diatas karenakan posisi air berbeda, air akan mengalir dari tangki A ke tangki B,
namun apabila bila posisinya tidak berbeda (tekanansama), air tidak akan mengalir. Karena itulah, jika tekanannya tidak
berbeda atau sama ,arus akan diam. Karena tidak ada aliran arus, maka Sistem tidak bekerja sehingga tidak terjadi panas.
Jika ada perbedaan tekanan antara tangki A dan B maka arus bias mendesak masuk sehingga terjadi panas. Artinya adalah
muatan positif pada battery adalah 12 volt dan negatifnya adalah 0 volt. Pada switch buka – tutup yang ada pada gambar 24 dibawah, karena arus mengalir ,lampu bias menyala berdasarkan posisi switch-nya. Agar terjadi aliran muatan (arus
listrik) dalam suatu rangkaian tertutup, maka haruslah ada beda potensial atau beda tegangan di kedua ujung rangkaian
(kutub baterai sebagai sumber tegangan).
Adalah perbedaan jumlah elektron yang berada dalam suatu arus listrik
Jika energi tiap muatan habis akibat penggunaan, maka di kedua ujung rangkaian tidak akan ada beda potensial (beda
potensial bernilai nol volt). Akibatnya komponen-komponen elektronika seperti lampu, trafo, dan lain sebagainya tidak
akan dapat berfungsi sebagaimana mestinya. Perhatikanlah gambar berikut. Adanya beda potensial pada ujung ujung
sumber tegangan, menyebabkan lampu dalam rangkaian tertutup tersebut dapat menyala. Pada lampu terjadi perubahan
energi listrik menjadi energi kalor dan cahaya.
2.2. Jenis Tegangan Beda Potensial Tegangan
1. Sumber tegangan listrik searah ( DC = Direct Current )
Tegangan yang bekerja pada rangkaian arus listrik tertutup selalu dengan arah yang sama, maka arus listrik yang
mengalir arahnya juga sama. Biasa disebut dengan arus searah (simbol normalisasi : ¾ ). Tegangan listrik searah
adalah arus listrik yang mengalir dengan arah dan besar yang tetap/konstan.Yaitu sumber arus listrik yang tidak
berubah fasenya. Pada gambar grafik yang memperlihatkan hubungan antara tegangan (V) dan waktu (t) pada tegangan
Listrik searah (DC). Berarti bahwa pembawa muatan listrik bergerak dengan arah arus listrik tertentu.
Besarnya tegangan listrik pada saat yang berbeda diperlihatkan pada suatu
grafik (grafik tegangan fungsi waktu). Untuk maksud ini sumbu horisontal
sebagai waktu (misal 1s, 2s, 3s dst.) dan sumbu vertikal sebagai arusnya
(misal 1A, 2A, 3A dst.).
Besarnya arus listrik yang sekarang ditetapkan pada 1, 2 atau 3 sekon,
untuk masing -masing waktu yang berlaku ditarik garis lurus ke atas
atau ke bawah (lihat gambar 1.14).
Kita hubungkan titik yang sesuai dengan suatu garis,
Gambar 9. Grafik Arus Listrik Searah ( DC)
dengan demikian maka didapatkan suatu grafik arus fungsi waktu (grafik garis). Gambar grafik seperti ini dapat dibuat
secara jelas dengan suatu oscilloscope.
Contoh Sumber arus listrik searah ( DC )
1.
2.
3.
Batere/Baterai ( elemen kering )
Accumulator ( aki = accu ) (elemen basah )
Elemen Volta ( elemen basah )
12
4.
5.
6.
Solar sel
Dinamo DC atau Generator DC
Adaptor AC ke DC : a. Adaptor Sistem Perata Tunggal, b. Adaptor Sistem Cabang Tengah, c. Adaptor Sistem
jembatan, d. Adaptor Sistem Dwi Kutub
2. Tegangan bolak-balik
Tegangan pada suatu rangkaian arus, arahnya berubah - ubah dengan suatu irama / ritme tertentu, dengan demikian
maka arah dan besarnya arus selalu berubah - ubah pula. Biasa disebut arus listrik bolak-balik (simbol normalisasi
: ~ ). Berarti bahwa elektron bebasnya bergerak maju dan mundur
Gambar 10. Grafik tegangan listrik Bolak-Balik
Disini pada tegangan bolak-balik, sebagaimana digunakan didalam praktik, arahnya selalu berubah - ubah (misalnya
50 kali tiap sekon), electron - elektron di dalam penghantar kawat hanya sedikit berayun / bergerak maju dan mundur.
Suatu tegangan listrik bergelombang yang besarnya selalu berubah, tetapi arah tegangan listrik tersebut tetap konstan,
maka dalam hal ini berhubungan dengan suatu arus listrik yang terdiri atas sebagian tegangan listrik searah dan
sebagian yang lain berupa tegangan bolak-balik. Biasa disebut sebagai tegangan bergelombang (alternating current).
Tegangan bergelombang adalah suatu arus yang terdiri atas sebagian arus searah dan sebagian arus bolak-balik.Salah
satu bentuk lain dari arus bergelombang yang sering ditemukan dalam praktik yaitu berupa pulsa arus searah (lihat
gambar 4) tegangan hanya dapat diketahui dan ditetapkan melalui reaksi atau efek yang ditimbulkannya.
Sebagai contoh akibat dari reaksi atau efek yang ditimbulkannya adalah sebagai berikut :
1. Reaksi panas
Arus listrik selalu memanasi penghantarnya.Didalam kawat logam misalnya, elektron-elektron saling bertumbukan
dengan ion-ion atom, bersamaan dengan itu elektron tersebut memberikan sebagian energi geraknya kepada ion-ion
atom dan memperkuat asutan panas ion-ion atom, yang berhubungan dengan kenaikan temperatur.Penggunaan reaksi
panas arus listrik ini misalnya pada open pemanas, solder, kompor, seterika dan sekering lebur.
2. Reaksi cahaya
Pada lampu pijar reaksi panas arus listrik mengakibatkan kawat membara dan dengan demikian menjadi bersinar,
artinya sebagai efek samping dari cahaya. Reaksi cahaya secara langsung ini ditemukan pada penggunaan tabung
cahaya, lampu mercury, lampu neon dan lampu indikator (negative glow lamp).
3. Reaksi kemagnitan
Gas seperti neon, argon atau uap mercury dipicu/diprakarsai oleh arus listrik sehingga menjadi bersinar.
Contoh sumber arus listrik bolak balik ( AC )
1. Generator AC
2. Jala-jala PLN yang dihasilkan oleh : PLTA, PLTU, PLTP, PLTN, dll.
3. Inverter DC ke AC
13
PERMASALAHAN :
Energy 12.500 J, muatan 250 C. Hitunglah besar tegangan listriknya
2. HAMBATAN/TAHANAN
MATERI PEMBELAJARAN
Jika suatu elektron bebas bisa bergerak didalam benda, dan dikarenakan elektron mempunyai listrik alami, maka akan
terjadi suatu aliran arus listrik. Arus 1 ampere adalah elektron sebanyak 6.25x1018 electron bergerak dalam satu detik. Perlu
juga kita ketahui, bahwa semua jenis benda tersusun dari atom-atom sehingga ada beberapa kemungkinan rintangan bagi
elektron bebas untuk bergerak, tertahannya pergerakan elektron bebas biasa disebut dengan tahanan listrik.
Difinisi
Tahanan
Adalah hambatan-hambatan yang dialami oleh elektron-elektron pada saat perpindahannya.Diukur dengan Ohm
meter, satuan  (ohm).
Semua benda terdiri dari struktur atom yang berbeda, Karena itulah ruang lingkup elektron bebas untuk bergerak
menjadi beragam tergantung dari jenis bendanya. Walaupun elektron dengan jumlah yang sama persatuan, jumlah elektron
yang dapat mengalir melalui ruang sempit persatuan waktu dapat berubah, semakin besar ketebalan suatu benda, maka pintu
gerbang dimana elektron dapat bergerak juga menjadi semakin lebar. Jika jarak mengalir elektron jauh, maka waktu
perjalanan juga akan semakinl ama, sehingga jumlah elektron yang bergerak dalam unit waktu dapat berkurang. Artinya
adalah banyak tahanan listriknya.
3.1. Hambatan Kawat Penghantar
Besar hambatan suatu kawat penghantar (L). Sebanding dengan panjang kawat penghantar. artinya makin panjang
penghantar, makin besar hambatannya, 2. Bergantung pada jenis bahan kawat (sebanding dengan hambatan jenis kawat), dan
3. berbanding terbalik dengan luas penampang kawat, artinya makin kecil luas penampang, makin besar hambatannya. Jika
panjang kawat dilambangkan ℓ, hambatan jenis ρ, dan luas penampang kawat A. Secara matematis, besar hambatan kawat
dapat ditulis: Rumus untuk menjelaskan tahanan listrik adalah :
R = Tahanan suatubenda
= Variable dari suatu benda (Ώ m)
L = Panjang kabel(m)
2
A = Lebar area(m )
Gambar 11. Penampang Kabel
Besaran ρ dikenal sebagai hambatan jenis atau resistivitas yang nilainya bergantung pada jenis bahan penghantar. Dalam
suatu batas perubahan suhu tertentu, perubahan hambatan jenis sebanding dengan besar perubahan suhu (Δt), Karena
hambatan R berbanding lurus dengan hambatan jenis ρ, maka perubahan nilai hambatan akan mengikuti hubungan.Sehingga
rumus hambatan sebagai berikut :
14
Dimana:
Rt = hambatan pada suhu t0C,
R0 = hambatan mula-mula,
α = Koefisien suhu hambatan jenis (per 0C)
Δt = perubahan suhu (0C)
Koefisien suhu hambatan jenis (α) tergantung pada jenis bahan. Meskipun hambatan jenis sebagian besar logam
bertambah akibat kenaikan suhu, namun bahan tertentu hambatan jenis justru akan semakin kecil akibat kenaikan suhu. Hal
ini terjadi pada bahan semikonduktor yaitu, karbon, grafit, germanium, dan silikon.
Nilai hambatan suatu penghantar tidak bergantung pada beda potensialnya. Beda potensial hanya dapat mengubah kuat
arus yang melalui penghantar itu. Jika penghantar yang dilalui sangat panjang, kuat arusnya akan berkurang. Hal itu terjadi
karena diperlukan energi yang sangat besar untuk mengalirkan arus listrik pada penghantar panjang. Keadaan seperti itu
dikatakan tegangan listrik turun. Makin panjang penghantar, makin besar pula penurunan tegangan listrik.
3.2. Tahanan Dalam Penghantar
Dalam suatu rangkaian listrik tentu terdapat hambatan. Hambatan / resistansi merupakan karakteristik umum dari suatu
rangkaian. Berikut akan dijelaskan secara lebih detail karakteristik hambatan komponen-komponen dalam rangkaian listrik.
Besarnya hambatan kawat penghantar dipengaruhi oleh tiga faktor, yaitu Hambatan jenis penghantar,panjang penghantar, dan
luas penampang 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.
1 Ω (satu Ohm) adalah tahanan satu kolom air raksa yang panjangnya 1063 mm dengan penampang 1 mm² pada temperatur
0° C”
15
Difinisi
Daya hantar
Adalah Kemampuan penghantar dalam menghantarkan daya hantar arus listrik (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:
Dimana :
R = Tahanan/resistansi [ ?/ohm]
G = Daya hantar arus/konduktivitas [Y/mho]
Gambar 12. Gerakan elektron di dalam penghantar logam
Jadi tahanan listrik pada suatu benda berbeda tergantung faktor sebagai berikut:
a. Jenis benda
b. Bagian kabel
c. Panjang kabel
d. Temperatur
Juga jika suatu benda temperaturnya naik, gerakan atom akan menjadi lebih lambat, karena atom – atom elektron bebas
tersebut bergeraknya tidak bebas. Jadi tahanan listrik akan naik apabila temperatur bendanya bertambah tinggi. Huruf yang
mewakili tahanan adalah : R Satuan tahanan adalah : Ω (ohm) Simbol tahanan : --/\/\/\--
Gambar 13. Pergerakan tegangan dan arus terhadap tahanan
1 ohm : adalah suatu tahanan listrik (konduktor) yang mampu menahan
aliran arus listrik sebesar 1 ampere dengan tegangan 1 volt
16
3.3. Konduktor, Isolator Dan Resistor
Bila arus listrik mengalir melalui suatu benda dengan mudah, maka benda tersebut disebut sebagai Konduktor (penghantar
listrik). Logam seperti tembaga, perak, emas, aluminum, dan baja dipakai sebagai penghantar karena mereka adalah
conductor yang baik. Tembaga banyak dipakai dalam bentuk kabel karena ketahanannya dan biaya yang tidak begitu
mahal.Lawan dari conductor adalah insulator. Insulator adalah benda yang tidak bisa mengalirkan arus listrik,
Contohnya adalah gelas, plastik, karet, dan keramik. Lapisan plastik pada bagian luar kabel adalah salah satu contoh sebuah
insulator. Saat elektron bebas bergerak di dalam conductor, beberapa elektron bersinggungan dengan atom-atom dan sebagian
energi kinetik yang memancarkan cahaya atau panas. Karena itulah, aksi pembangkitan panas disebut dengan Daya listrik
(Joule heat). Pembangkitan panas besarnya adalah sebanding dengan arus listrik dan besar tahanan. Diformulasikan sebagai
berikut :
Dimana ;
P : Daya (Jouleheat )
I : Aruslistrik
R : Tahanan
Alat yang menggunakan aksi pembangkitan panas adalah
- Electric Stove Electriciron
- Lamps
- Etc
Konductor
Insulator
Tembaga
Besi
Gelas
Udara
Baja
Kayu kering
Alumunium
Pasir
Perak
Air yang disuling
Kaleng
Plastik
Ground (Bumi)
Kertas
Rangkuman
Arus
1.
Arus yang mengalir adalah sebesar jumlah elektron bebas.
2.
Arus listrik menjalankan electric actuator
3.
Bila tegangannya tinggi, arus yang mengalir juga banyak. Namun akan mengakibatkan overheat bila aliran arusnya
berlebihan.
4.
Tahanan menahan aliran arus , jika tahanannya besar, aliran arus akan berkurang.
5.
Bila arus yang lewat berlebihan, akan terjadi panas.
6.
Aksi megnet terjadi pada gulungan kawat yang dialiri listrik.
Tegangan
1.
Bila ada potensial listrik, maka elektron mulai bergerak
2.
Selanjutnya, aliran listrik dimulai
3.
Bila tegangannya tinggi, elektron bisa bergerak lebih banyak lagi
4.
Dan aliran listriknya juga menjadi lebih banyak
Resistance
1.
Tahanan menghalangi gerak elektron bebas, juga menggangu aliran listrik
2.
Jika tahanannya besar, aktuator kelistrikan 100% tidak bisa berjakan karena tidak 100% arusyang lewat.
3.
Tahanan dimulai dengan degradasi atau penuaian pada suatu wiring harness.
4.
Pada mobil problem kelistrikan dimulai dari tahanannya, kontak tahanan pada connector,terlepasnya connector dan
ground yang lemah.
17
BAB II HUKUM-HUKUM PADA DASAR LISTRIK
A. KOMPETENSI DASAR DAN PENGALAMAN BELAJAR
KOMPETENSI DASAR
PENGALAMAN BELAJAR
Dari pembelajaran kompetensi dasar-dasar Listrik siswa
Setelah mengikuti pembelajaran dengan kompetensi
mendapatkan pengalaman belajar :
dasar-dasar Listrik siswa dapat :
1. Mengamati simulsi terkait materi pokok besaran listrik
1. Menghayati dan Mengamalkan perilaku jujur, disiplin,
dan Mengeksplorasi dalam Menyelesaikan Hukum Ohm
tanggung jawab, peduli (gotong royong, kerjasama,
dan Kirchof ,
toleran, damai), santun, responsif dan proaktif dan
2. Mengamati simulsi terkait materi pokok besaran listrik
menunjukan sikap sebagai bagian dari solusi atas
dan Mengeksplorasi dalam Menyelesaikan sosl-soal
berbagai permasalahan dalam berinteraksi secara efektif
terkait Hukum Ohm dan Kirchof ,
dengan lingkungan sosial dan alam serta dalam
3.
Mengamati simulsi terkait materi pokok Hukum Ohm
menempatkan diri sebagai cerminan bangsa dalam
dan Kirchof ,dan Mengeksplorasi dalam Menyelesaikan
pergaulan dunia.
sosl-soal terkait Hukum Ohm dan Kirchof ,
2. Memahami besaran listrik, hukum Ohm dan Kirchof
4. Mengkomunikasikan dalam Hukum Ohm dan Kirchof ,
padar listrik otomotip
5. Mengamati simulsi terkait materi dan Mengeksplorasi
3. Menerapkan Dasar Listrik pada rangkaian seri, paralel
Hukum Ohm dan Kirchof ,6.
dan gabungan
B. PETA KONSEP
DASAR
LISTRIK
HUKUM
OHM
HUBUNGAN
DAYA
HUBUNGAN
KALOR
KIRCHOF
KIRCOF 1
KIRCOF 2
18
HUKUM-HUKUM PADA DASAR LISTRIK
Rudi seorang pelajar kelas 1 SMK yang baru masuk dari proses penerimaan siswa baru. Pada suatu hari Andi bersama
teman sekelasnya dibimbing oleh guru pengajar dasar listrik otomotip melakukan praktikum di workshop yang berkaitan
dengan hambatan pada sumber tegangan.Andi duduk berempat dalam satu kelompok sambil mendengarkan penjelasan guru.
Setelah pengarahan dari guru, Rudi dan ketiga temannya mulai melakukan kegiatan untuk mengamati peralatan yang
tersedia di meja praktikum yaitu dua buah lampu yang berbeda hambatanya,penghantar, lampu dan sumber tegangan yang
telah dirangkaikan sesuai petunjuk buku dan pengarahan guru mereka, mendapati lampu yang terpasang yang menyala
terang dan satunya menyalaredup. Rudii bertanya dalam hati, apa yang terjadi pada rangkaian tersebut kaitannya dengan
nyala lampu yang menyebabkan lampu dapat menyala terang dan redup.
PENGAMATAN
1. Lakukan pengamatan terhadap dua buah lampu yang menyala terang dan redup pada gambar diatas
2. Buatlah penafsiran lampu bisa menyala terang dan redup,
C. MATERI PEMBELAJARAN
1. HUKUM OHM
Pada dasarnya sebuah rangkaian listrik terjadi ketika sebuah penghantar mampu dialiri electron bebas secara terus
menerus. Aliran yang terus-menerus ini yang disebut dengan arus, dan sering juga disebut dengan aliran, sama halnya dengan
air yang mengalir pada sebuah pipa.
Tenaga (the force) yang mendorong electron agar bisa mengalir dalam sebauh rangkaian dinamakan tegangan. Tegangan
adalah sebenarnya nilai dari potensial energi antara dua titik. Ketika kita berbicara mengenai jumlah tegangan pada sebuah
rangkaian, maka kita akan ditujukan pada berapa besar energi potensial yang ada untuk menggerakkan electron pada titik satu
dengan titik yang lainnya. Tanpa kedua titik tersebut istilah dari tegangan tersebut tidak ada artinya.
Elektron bebas cenderung bergerak melewati konduktor dengan beberapa derajat pergesekan, atau bergerak berlawanan.
Gerak berlawanan ini yang biasanya disebut dengan hambatan. Besarnya arus didalam rangkaian adalah jumlah dari energi
yang ada untuk mendorong electron, dan juga jumlah dari hambatan dalam sebuah rangkaian untuk menghambat lajunya
arus. Sama halnya dengan tegangan hambatan ada jumlah relative antara dua titik. Dalam hal ini, banyaknya tegangan dan
hambatan sering digunakan untuk menyatakan antara atau melewati titik pada suatu titik.
Untuk menemukan arti dari ketetapan dari persamaan dalam rangkaian ini, kita perlu menentukan sebuah nilai layaknya
kita menentukan nilai masa, isi, panjang dan bentuk lain dari persamaan fisika. Standard yang digunakan pada persamaan
tersebut adalah arus listrik, tegangan,danhambatan.Symbol yang digunakan adalah standar alphabet yang digunakan pada
persamaan aljabar. Standar ini digunakan pada disiplin ilmu fisika dan teknik, dan dikenali secara internasional. Setiap unit
ukuran ini dinamakan berdasarkan nama penemu listrik. Ampere dari orang perancis Andre M. Ampere, volt dari seorang
Italia Alessandro Volta, dan ohm dari orang German Georg Simon Ohm.
Simbul matematika dari setiap satuan sebagai berikut “R” untuk resistance (Hambatan), V untuk voltage (tegangan), dan
I untuk intensity (arus), standard symbol yang lain dari tegangan adalah E atau Electromotive force. Simbol V dan E dapat
dipertukarkan untuk beberapa hal, walaupun beberapa tulisan menggunakan E untuk menandakan sebuah tegangan yang
mengalir pada sebuah sumber ( seperti baterai dan generator) dan V bersifat lebih umum.
Pada materi besaran listrik telah dijelaskan dalam perhitungan elektro, yang sering dibahas mengenai satuan couloumb,
dimana ini adalah besarnya energi yang setara dengan electron pada keadaan tidak stabil. Satu couloumb setara dengan
6.250.000.000.000.000.000. electron (6,25.1018) Symbolnya ditandai dengan Q dengan satuan couloumb. Ini yang
menyebabkan elektron mengalir, satu ampere sama dengan 1 couloumb dari electron melewati satu titik pada satu detik. Pada
kasus ini, besarnya energi listrik yang bergerak melewati conductor (penghantar).
19
Pada materi besaran listriktelah didefinisikan apa itu volt, kita harus mengetahui bagaimana mengukur sebuah satuan
yang kita ketahui sebagai energi potensial. Satuan energi secara umum adalah joule dimana sama dengan besarnya work
(usaha) yang ditimbulkan dari gaya sebesar 1 newton yang digunakan untuk bergerak sejauh 1 meter (dalam satu arah).
Dalam british unit, ini sama halnya dengan kurang dari ¾ pound dari gaya yang dikeluarkan sejauh 1 foot. Masukkan ini
dalam suatu persamaan, sama halnya dengan I joule energi yang digunakan untuk mengangkat berat ¾ pound setinggi 1 kaki
dari tanah, atau menjatuhkan sesuatu dengan jarak 1 kaki menggunakan parallel pulling dengan ¾ pound. Maka
kesimplannya, 1 volt sama dengan 1 joule energi potensial per 1 couloumb. Maka 9 volt baterai akan melepaskan energi
sebesar 9 joule dalam setiap couloum dari electron yang bergerak pada sebuah rangkian.
Satuan dan symbol dari satuan elektro ini menjadi sangat penting diketahui ketika kita mengeksplorasi hubungan antara
mereka dalam sebuah rangkaian. Yang pertama dan mungkin yang sangat penting hubungan antara tegangan, arus dan
hambatan ini disebut hokum ohm. Ditemukan oleh Georg Simon Ohm dan dipublikasikannya pada sebuah paper pada tahun
1827, The Galvanic Circuit Investigated Mathematically. Prinsip ohm ini adalah besarnya arus listrik yang mengalir melalui
sebuah penghantar metal pada rangkaian, ohm menemukan sebuah persamaan yang simple, menjelaskan bagaimana
hubungan antara tegangan, arus, dan hambatan yang saling berhubungan.
Definisi
HUKUM OHM
Menyatakan bahwa besar arus listrik yang mengalir melalui sebuah penghantar
selalu berbanding lurus dengan beda potensial yang diterapkan kepadanya.
Rumus hukum Ohm dapat digambarkan seperti segitiga sehingga dengan mudah menghitung salah satu besaran listrik, jika
kedua besaran yang lain sudah diketahui :
Dimana :
E atau V atau U :Tegangan dinyatakan dengan nilai volts.
I : Arus dinyatakan dengan amps
R : Hambatan dinyatakan dengan ohms
Untuk mempermudah proses menghitung tegangan, hambatan dan arus dengan cara menutup pakai tangan sesuai kondisi
perhitungan yang dibutuhkan. Cara untuk mengetahui atau menghitung tegangan dengan menutup bagian puncak dari segitiga
seperti terlihat pada gambar dibawah.
Menghitung tegangan
Gambar untuk menghitung tegangan
Menghitung arus
20
Gambar untuk menghitung arus
Menghitung Hambatan
Gambar menghitung arus
Pembuktian hukum Ohm dengan menggunakan perhitungan sederhana secara sederhana sebagai berikut :
Hitunglah besar tegangan
U = I x R = 1 x 20 = 20 V
Hasil kontrol dengan voltmeter :
Hasil pengukuran = Hasil perhitungan
Hitunglah kuat arus
I =
U 10

 0 ,2 A
R 50
Hasil kontrol dengan Ampermeter :
I Pengukuran = 0,2A (Sama dengan
hasil perhitungan)
Hitunglah besar tahanan
R =
Lepaskan tahanan dari sumber tegangan
pada saat pengukuran tahanan
Hasil kontrol dengan Ohmmeter :
R pengukuran = 30  ( sama dengan hasil
perhitungan ).
21
1.1. HUBUNGAN DAYA DAN HUKUM OHM
Energi listrik merupakan suatu bentuk energi yang berasal dari sumber arus. Energi listrik dapat diubah menjadi bentuk lain,
misalnya:




Energi listrik menjadi energi kalor / panas, contoh: seterika, solder, dan kompor listrik.
Energi listrik menjadi energi cahaya, contoh: lampu.
Energi listrik menjadi energi mekanik, contoh: motor listrik.
Energi listrik menjadi energi kimia, contoh: peristiwa pengisian accu, peristiwa penyepuhan (peristiwa melapisi
logam dengan logam lain).
Jika arus listrik mengalir pada suatu penghantar yang berhambatan R, maka sumber arus akan mengeluarkan energi pada
penghantar yang bergantung pada:



Beda potensial pada ujung-ujung penghantar (V).
Kuat arus yang mengalir pada penghantar (i).
Waktu atau lamanya arus mengalir (t).
Berdasarkan pernyataan di atas, dan karena harga V = R.I, maka persamaan energi listrik dapat dirumuskan dalam bentuk :
W = V.I.T = (R.I).I.T
W = I2.R.T (dalam satuan watt-detik)
dan karena I = V/R, maka persamaan energi listrik dapat pula dirumuskan dengan:
W = I2.R.T
W = (V/R2.R.T)
W = V2.T/R
(dalam satuan watt-detik)
Keuntungan menggunakan energi listrik:
a.
b.
c.
Mudah diubah menjadi energi bentuk lain.
Mudah ditransmisikan.
Tidak banyak menimbulkan polusi/ pencemaran lingkungan.
1.2. HUBUNGAN KALOR DENGAN HUKUM OHM
Energi listrik yang dilepaskan itu tidak hilang begitu saja, melainkan berubah menjadi panas (kalor) pada penghantar. Besar
energi listrik yang berubah menjadi panas (kalor) dapat dirumuskan:
Q = 0,24 V I T
kalori
Q = 0,24 I2 R T
kalori
Q = 0,24 V2.T/R
kalori
Jika V, I, R, dan t masing-masing dalam volt, ampere, ohm, dan detik, maka panas (kalor) dinyatakan dalam kalori.
22
Konstanta 0,24 didapat dari percobaan joule, Di dalam percobaannya Joule menggunakan rangkaian alat yang terdiri atas
kalorimeter yang berisi air serta penghantar yang berarus listrik. Jika dalam percobaan arus listrik dialirkan pada penghantar
dalam waktu t detik, ternyata kalor yang terjadi karena arus listrik berbanding lurus dengan:
a.
b.
c.
Beda potensial antara kedua ujung kawat penghantar (V)
Kuat arus yang melalui kawat penghantar (i)
Waktu selama arus mengalir (t).
Hubungan ketiganya ini dikenal sebagai "hukum Joule"
Karena energi listrik 1 joule berubah menjadi panas (kalor) sebesar 0,24 kalori. Jadi kalor yang terjadi pada penghantar
karena arus listrik adalah:
Q = 0,24 V.I.T
kalori
1.3. HUBUNGAN DAYA LISTRIK DENGAN HUKUM OHM
DEFINISI DAYA
Adalah banyaknya energi tiap satuan waktu dimana pekerjaan sedang berlangsung atau kerja yang dilakukan persatuan
waktu. Dari definisi ini, maka daya listrik (P) dapat dirumuskan dan daya sama dengan energi/waktu ( Daya =
energi/waktu).
P =W/T
P = V.I.T/T
= V.I
P = I2 R
P = V2/R (dalam satuan volt-ampere,( VA)
Satuan daya listrik :
a.
b.
watt (W) = joule/detik
kilowatt (kW): 1 kW = 1000 W.
Dari satuan daya maka muncullah satuan energi lain yaitu:
Jika daya dinyatakan dalam kilowatt (kW) dan waktu dalam jam, maka satuan energi adalah kilowatt jam atau kilowatt-hour
(kWh).
1 kWh = 36 x 105 joule
Dalam satuan internasional (SI), satuan daya adalah watt (W) atau setara Joule per detik (J/sec). Daya listrik juga
diekspresikan dalam watt (W) atau kilowatt (kW). Konversi antara satuan HP dan watt, dinyatakan dengan formula sebagai
berikut:
1 HP = 746 W = 0,746 kW
1kW = 1,34 HP
Sedangkan menurut standar Amerika (US standard), daya dinyatakan dalam satuan Hourse Power (HP) atau (ft)(lb)/(sec)
23
TUGAS MANDIRI
1. Arus listrik 2A mengalir melalui seutas kawat penghantar ketika beda potensial 12 V diberikan pada ujung-ujungnya.
Tentukan hambatan listrik pada kawat tersebut!
2. Pada sebuah rangkaian mengalis arus listrik sebesar 2500 miliAmpere dan hambatan listriknya 60 ohm. Tentukan besar
tegangan yang dipasang pada rangkaian tersebut ?
3. Dalam hukum Ohm, kita mengenal tiga besaran listrik. Satuan setiap besaran adalah: ….............sebutkan
2. HUKUM KIRCHOFF
Gustaf Robert Kirchoff adalah seorang fisikawan jerman yang berkontribusi pada pemahaman konsep dasar teori
rangkaian listrik, spektroskopi, dan emisi radiasi benda hitam yang dihasilkan oleh benda-benda yang dipanaskan.
Dalam kelistrikan, sumbangan utamanya adalah dua hukum dasar rangkaian, yang kita kenal sekarang dengan Hukum I
dan Hukum II Kirchoff.Kedua hukum dasar rangkaian ini sangat bermanfaat untuk menganalisis rangkaian-rangkaian listrik
majemuk yang cukup rumit.Akan tetapi sebagian orang menyebut kedua hukum ini dengan Aturan Kirchoff, karena dia
terlahir dari hukum-hukum dasar yang sudah ada sebelumnya, yaitu hukum kekekalan energi dan hukum kekekalan muatan
listrik.
2.1. Hukum Kirchoff I
Merupakan hukum kekekalan muatan listrik yang menyatakan bahwa jumlah muatan listrik yang ada pada sebuah sistem
tertutup adalah tetap. Hal ini berarti dalam suatu rangkaian bercabang, jumlah kuat arus listrik yang masuk pada suatu
percabangan sama dengan jumlah kuat arus listrik yang ke luar percabangan itu. Untuk lebih jelasnya tentang Hukum I
Kirchoff, perhatikanlah rangkaian berikut ini
ARUS MASUK = ARUS KELUAR
Gambar 14. Arus keluar Kirchof
Bila ada arus lain ( 2 atau 3 ) yang masuk pada cabang dan kemudian
keluar cabang ada 2 atau 3 maka rumusHukum Kirchof dapat dijabarkan
seperti gambar dibawah ini :
Gambar 15. Loop arus “ KIRChOFF “
Rumus arus masuk ada 2 atau 3 ;
I1 + (-I2) + (-I3) + I4 + (-I5 ) = 0
I1 + I4 = I2 + I3 + I5
24
2.2. HUKUM II KIRCHOFF (CLOSE LOOP)
Adalah hukum kekekalan energi yang diterapkan dalam suatu rangkaian tertutup. Hukum ini menyatakan bahwa
jumlah aljabar dari GGL (Gaya Gerak Listrik) sumber beda potensial dalam sebuah rangkaian tertutup (loop) sama dengan
nol. Secara matematis, Hukum II Kirchoff ini dirumuskan dengan persamaan
Di mana V adalah beda potensial komponen komponen dalam rangkaian (kecuali sumber ggl) dan E adalah ggl sumber. Untuk
lebih jelasnya mengenai Hukum II Kirchoff, perhatikanlah sebuah rangkaian tertutup sederhana berikut ini
Dari rangkaian sederhana di atas, maka akan berlaku persamaan berikut (anggap arah loop searah arah arus)
Persamaan dapat ditulis dalam bentuk lain seperti berikut
I . R = E - I .r
Di mana I . R adalah beda potensial pada komponen resistor R, yang juga sering disebut dengan tegangan jepit
RANGKUMAN
1.
2.
3.
Hukum ohm, berbunyi bahwa besar arus listrik yang mengalir melalui sebuah penghantar selalu berbanding
lurus dengan beda potensial yang diterapkan kepadanya
Hukum kirchoff i , berbunyi arus masuk = arus keluar
Hukum kirchoff ii, berbunyi tegangan masuk = tegangan keluar
TUGAS MANDIRI
1. Kuat arus I1 = 10 A, I2 = 5 A arah menuju titik A. Kuat arus I3 = 8 A arah keluar dari titik A. Berapakah besar dan arah
kuat arus I4?
2. Ada lima buah percabangan berarus listrik, percabangan berarus listrik masuk yaitu I1 = 10 A, I2 = 5 A, sedangkan
percabangan berarus listrik keluar yaitu I3 = 5 A, I4 = 7 A, sedangkan I5 harus ditentukan besar dan arahnya, tentukan I5
tersebut !
25
BAB III KAIDAH FLAMING
A. KOMPETENSI DASAR DAN PENGALAMAN BELAJAR
KOMPETENSI DASAR
Setelah mengikuti pembelajaran dengan kompetensi
dasar-dasar Listrik siswa dapat :
1. Menghayati dan Mengamalkan perilaku jujur, disiplin,
tanggung jawab, peduli (gotong royong, kerjasama,
toleran, damai), santun, responsif dan proaktif dan
menunjukan sikap sebagai bagian dari solusi atas
berbagai permasalahan dalam berinteraksi secara efektif
dengan lingkungan sosial dan alam serta dalam
menempatkan diri sebagai cerminan bangsa dalam
pergaulan dunia.
2. Memahami besaran listrik, hukum Ohm dan Kirchof
padar listrik otomotip
3. Menerapkan Dasar Listrik pada rangkaian seri, paralel
dan gabungan
PENGALAMAN BELAJAR
Dari pembelajaran kompetensi dasar-dasar Listrik siswa
mendapatkan pengalaman belajar :
1. Mengamati simulsi terkait materi pokok besaran
listrik dan Mengeksplorasi dalam Menyelesaikan
sosl-soal terkait materi KAIDAH FLAMING,
2. Mengamati simulsi terkait materi pokok KAIDAH
FLAMING dan Mengeksplorasi dalam
Menyelesaikan sosl-soal terkait KAIDAH FLAMING
3. Mengamati simulsi terkait materi pokok besaran
listrik dan Mengeksplorasi dalam Menyelesaikan
sosl-soal terkait Kaidah Flaming
4. Mengamati simulsi terkait materi dan
Mengeksplorasii rangkaian seri, paralel dan
gabungan.
B. PETA KONSEP
1. KUTUP MAGNIT
4.KAIDAH
FLAMING
KAIDAH
FLAMIN
G
2. INDUKSI
EKTROMAG
NETIK
3. JENIS - JENIS
MAGNIT
26
C. MATERI BELAJAR
Salah satu fungsi utama dari kelistrikan adalah menimbulkan kemagnetan. Yang dimaksud dengan kemagnetan adalah
sifat yang dimiliki oleh logam tertentu untuk menarik besi atau benda yang mengandung besi.Suatu benda dapat mengandung
magnet apabila kemagnetannya terpusat di tempat tertentu.Magnet yang kuat selalu dapat menarik beban yang lebih berat
daripada magnet yang lemah. Berdasarkan percobaan ternyata magnet yang terbuat dari besi lebih lemah daripada magnet
yang dibuat dari logam campuran. Magnet yang ada terdiri dari beberapa bentuk seperti magnet jarum, magnet batang,
magnet tapal kuda, magnet sentral dan lain-lain tergantung fungsinya, tetapi semuanya mempunyai kemagnetan yang terpusat
di suatu tempat yang disebut kutub.
1. KUTUB MAGNET
Magnet memiliki dua tempat yang gaya magnetnya paling kuat. Daerah ini disebut kutub magnet.Ada 2 kutub magnet, yaitu
kutub utara (U) dan kutub selatan (S).Seringkali kita menjumpai magnet yang bertuliskan N dan S. N merupakan kutub utara
magnet itu(singkatan dari north yang berarti utara) sedangkan S kutub selatannya (singkatan dari south yang berarti
selatan).Kemagnetan suatu logam tidak dapat dilihat tetapi beberapa hasil kerjanya dapat disaksikan. Untuk keperluan ini
dapat menggunakan bantuan serbuk besi.Caranya : Letakkan sebuah magnet dibawah sehelai karton, plastik atau kaca tipis.
Kemudian diatasnya ditaburi serbuk besi. Jika penutup tersebut diketok-ketok, maka terlihatlah bahwa serbuk besi itu akan
mengatur diri dalam pola tertentu. Pola ini yang dinamakan medan magnet (seperti pada gambar dibawah ini).
Gambar diatas menjelaskan bahwa menjelaskan bahwa garis gaya merupakan garis yang keluar dari magnit melalui kutub
utara dan masuk melalui kutub selatan.Jadi garis gaya itu menunjukkan arah medan magnit, sedangkan jumlah garis-garis
gaya menunjukkan kekuatan medan magnit.Gaya tarik yang terkuat dari magnit, terdapat pada ujungnya yaitu pada Kutub
magnet.Magnet mempunyai dua kutub yaitu kutub utara dan kutub selatan. Penentuan dua kutub magnet sangat membantu
kita dalam penggunaan magnet.Untuk dapat mengetahui arah garis gaya dalam medan magnet, terlebih dahulu harus
diketahui kutubnya. Dengan mengetahui kutub utara dan kutub selatan magnet maka kita dapat memastikan arah garis gaya
magnet.Oleh karena itu kutub magnet dapat membantu kita dalam penggunaan magnet, khususnya untuk mengetahui arah
garis gaya magnet.
27
1.1. SIFAT MAGNET
Sifat magnet adalah tarik menarik apabila didekatkan dua buah magnet yang tidak sejenis. Dan akan tolak menolak apabila
didekatkan dua buah magnet yang sejenis.
Berdasarkan percobaan tentang kutub magnit, maka dapat dibuktikan bahwa:
“kutub magnit yang senama (sejenis) apabila didekatkan akan saling tolak menolak,dan kutub magnit yang tidak senama
(tidak sejenis) akan saling tarik menarik”.
Medan magnet dan gari-garis gaya magnet sangat penting. Dengan adanya medan dan garis gaya magnet menyebabkan
magnet sangat bermanfaat bagi kehidupan manusia, khususnya dalam menunjang pemanfaatan teknologi, seperti pada bidang
Elektro dan Otomotif.
Medan magnet dapat menghasilkan arus listrik pada kawat penghantar apabila medan magnet bergerak berpotongan dengan
kawat penghantar tersebut.
Selain itu, arus listrik yang dihasilkan oleh medan magnet yang mengalir pada sebuah penghantar dapat juga berfungsi untuk
pengisian aki pada kendaraan (charge).
Kunci pokok untuk memudahkan kita dalam penggunaan magnet yaitu :
Garis gaya magnet mengalir dari kutub selatan ke kutub utara
Garis gaya magnet keluar dari kutub utara masuk kembali melalui kutub selatan.
1.2. JENIS – JENIS BAHAN PEMBUAT MAGNET
Gaya tarikan atau tolakan bahan yang berada pada suatu medan magnit ternyata tidak sama, seperti misalnya pada besi
dengan emas. Besi menarik garis-garis gaya dengan kuat sedangkan emas kurang menarik garis-garis gaya.Hasil percobaan
di atas menunjukkan bahwa bahan-bahan di alam dapat dikelompokan menjadi tiga macam, yaitu :
1) Bahan Feromagnit, yaitu bahan yang memiliki sifat kemgnitan yang sangat kuat atau sangat kuat menarik garis-garis
gaya magnit. Contoh : Nikel, kobalt, besi, baja,dan lain-lain.
2) Bahan Paramagnit, yaitu bahan yang memiliki sifat kemagnitan yang kurang kuat, atau kurang kuat menarik garisgaris gaya magnit. Contoh : aluminium, platina, dan lain-lain.
3) Bahan Diamagnit, yaitu bahan yang tidak memiliki sifat magnit, atau sedikit menolak garis-garis gaya magnit.
Contoh : Bismuth, tembaga, emas, dan lain-lain.
Istilah bahan magnetik yang umum digunakan adalah bahan ferromagnetik, yang dapat dikategorikan menjadi 2 macam,
yaitu :
1. Bahan yang mudah dijadikan magnet yang lazim disebut bahan magnetik lunak. Bahan in banyak digunakan untuk inti
transformator, inti motor atau generator, rele, peralatan sonar atau radar.
2. Bahan ferromagnetik yang sulit dijadikan magnet tetapi setelah menjadi magnet tidak mudah kembali seperti semula
yang disebut dengan bahan magnetik keras.Bahan ini digunakan untuk pabrikasi magnet permanen. Sifat-sifat bahan
magnetik mirip dengan sifat dari bahan dielektrik, dimana momen atom dan molekul-molekul yang menyebabkan
adanya dwikutub sama dengan momen dwikutub pada bahan dielektrik. Magnetisasi pada bahan magnet seperti
polaritas pada bahan dielektrik.
28
2. INDUKSI ELEKTROMAGNET
Kumparan yang dialiri arus listrik berubah menjadi magnet disebut Elektromagnet. Berbicara tentang magnet tidak terlepas
dari pembicaraan tentang listrik.Pernyataan tersebut telah dibuktikan dalam percobaan. Misalnya: bila sebuah kompas
diletakkan dekat dengan suatu penghantar yang sedang dialiri aruslistrik, maka kompas tersebut akan bergerak pada posisi
tertentu seperti diperlihatkan pada gambar berikut ini.
Gambar 16. Pengaruh pada jarum kompas oleh penghantar
yang dialiri arus listrik
Kompas bergerak karena dipengaruhi oleh medan magnet. Ini berarti bahwa gerakan kompas seperti pada percobaan di atas
adalah akibat adanya medan magnet yang dihasilkan oleh gerakan elektron pada kawat penghantar.Yang dimaksud dengan
elektromagnetik adalah magnet yang timbul pada suatu penghantar lurus atau kumparan pada waktu dialiri arus listrik.
Seperti halnya pada magnet biasa, pada elektromagnetpun memiliki medan magnet yang timbul disebabkan oleh adanya arus
listrik yang mengalir melalui suatu kawat penghantar. Untuk mengetahui bentukmedan magnet yang timbul di sekitar
penghantar, dapat dilakukan dengan suatu percobaan sederhana seperti gambar dibawah ini.
Bahan-bahan yang dibutuhkan untuk membuktikan adanya medan magnet diantaranya : (1) serbuk besai, (2) penghantar,
(3)Kertas, (4) baterai 3 volt, (5) medan magnet yang terbentuk, (6) medan magnet yang digambarkan berupa garis.
2.1. JENIS-JENIS MAGNET
Magnet dapat digolongkan atas 2 (dua) jenis.
1. Magnet tetap (permanen) Magnet tetap adalah magnet yang diperoleh dari dalam alam (penambangan). Magnet ini
berupa jenis besi yang disebut Lodstone. Sifat atom magnet tetap tidak sama dengan sifat atom magnet tidak tetap. Pada
bahan magnet, garis edar elektron pada atom yang satu dan lainnya membentuk formasi yang sejajar dan selalu
tetap.Sedangkan pada bahan yang bukan magnet, arah garis edar elektron pada setiap atom tidak teratur.
2. Magnet tidak tetap (remanen atau buatan)
Magnet tidak tetap terdiri dari 3 (tiga) macam, yaitu :
1)
Magnet hasil induksi.
Magnet hasil induksi ini dibuat dari besi atau baja. Besi dan baja dapat dijadikan magnet
dengan cara induksi magnet. Besi dan baja diletakkan di dekat magnet tetap Magnet
elementer yang terdapat pada besi dan baja akan terpengaruh atau terinduksi magnet tetap
yang menyebabkan letaknya teratur dan mengarah ke satu arah. Besi atau baja akan
menjadi magnet sehingga dapat menarik serbuk besi yang berada di dekatnya.
Ujung besi yang berdekatan dengan kutub magnet batang, akan terbentuk kutub yang selalu berlawanan dengan
kutub magnet penginduksi. Apabila kutub utara magnet batang berdekatan dengan ujung A besi, maka ujung A
besi menjadi kutub selatan dan ujung B besi menjadi kutub utara atau sebaliknya.
Magnet hasil induksi bersifat sementara. Mengapa demikian ? Karena apabila medan magnet yang dibuat di
sekitarnya dihilangkan, maka garis elektron akan kembali keposisi tidak teratur. Dengan kata lain kemagnetannya
menjadi hilang.
29
2)
Magnet hasil perlakuan listrik.
Magnet ini dibuat dari baja lunak ( baja karbon rendah ). Baja ini dipilih karena sifat baja lunak sifat
kemagnetannya relatif mudah dihilangkan.Penghilangan sifat magnet ini memang diperlukan untuk hampir semua
peralatan magnet hasil perlakuan listrik karena seringkali kutub-kutub magnetnya harus berubah-ubah pada
kecepatan tertentu. Untuk membentuk magnet ini, diperlukan elektro-magnet (akan dijelaskan selanjutnya)
sebagai bahan sumber medan magnet. Selain dengan cara induksi, besi dan baja dapat dijadikan magnet dengan
arus listrik. Besi dan baja dililiti kawat yang dihu- bungkan dengan baterai. Magnet elementer yang terdapat pada
besi dan baja akan terpengaruh aliran arus searah (DC) yang dihasilkan baterai. Hal ini menyebabkan magnet
elementer letaknya teratur dan mengarah ke satu arah. Besi atau baja akan menjadi magnet dan dapat menarik
serbuk besi yang berada di dekatnya. Magnet yang demikian disebutmagnet listrik atau elektromagnet.
Besi yang berujung A dan B dililiti kawat berarus listrik. Kutub magnet yang
terbentuk bergantung pada arah arus ujung kumparan.Jika arah arus berlawanan
jarum jam maka ujung besi tersebut menjadi kutub utara. Sebaliknya, jika arah arus
searah putaran jarum jam maka ujung besi tersebut terbentuk kutub selatan. Dengan
demikian, ujung A kutub utara dan B kutub selatan atau sebaliknya.
2.2. Cara membuat medan magnit
Ada 3 (tiga) cara yang dapat dilakukan untuk memperkuat medan magnet pada elektromagnet
a.
Membuat inti besi pada kumparan.
Cara ini dilakukan dengan jalan meletakkan sepotong besi di dalam kumparan yang dialiri listrik. Besi tersebut
akan menjadi magnet tidak tetap (buatan atau remanen). Karena inti besi menjadi magnet, maka inti besi itu akan
menghasilkan medan magnet.
Dilain pihak kumparan juga akan menghasilkan medan magnet pada arah yang sama pada inti besi. Hal ini akan
menyebabkan terjadinya penguatan medan magnet. Penguatan medan magnet diperoleh dari penjumlahan medan
magnet yang dihasilkan oleh besi dengan medan magnet yang dihasilkan oleh kumparan.
b.
Menambah jumlah kumparan.
Tiap-tiap kumparan elektromagnet menghasilkan medan magnet. Dengan penambahan jumlah kumparan sudah
tentu akan memperkuat medan magnet secara keseluruhan. Kuatnya medan elektromagnet merupakan jumlah dari
medan magnet yang dihasilkan oleh masing-masing lilitan.
c.
Memperbesar arus yang mengalir pada kumparan.
Besarnya arus yang dialirkan pada kumparan berbanding lurus dengan besarnya medan magnet. Setiap elektron
yang mengalir pada penghantar menghasilkan medan magnet. Dengan demikian medan total tergantung dari
banyaknya elektron yang mengalir setiap detik atau kuat medan total ditentukan oleh besarnya arus yang mengalir
pada kumparan.
Berdasarkan jenis bahan yang digunakan, magnet dapat dibedakan menjadi empat tipe:
1. Magnet Permanen Campuran
Sifat magnet tipe ini adalah keras dan memiliki gaya tarik sangat kuat. Magnet permanen campuran dibagi menjadi:
- Magnet alcomax, dibuat dari campuran besi dengan almunium
- Magnet alnico, dibuat dari campuran besi dengan nikel
- Magnet ticonal, dibuat dari campuran besi dengan kobalt
2. Magnet Permanen Keramik
Tipe magnet ini disebut juga dengan magnadur, terbuat dari serbuk ferit dan bersifat keras serta memiliki gaya tarik kuat.
3. Magnet Besi Lunak
30
4.
Tipe magnet besi lunak disebut juga stalloy, terbuat dari 96% besi dan 4% silicon.Sifat kemagnetannya tidak keras dan
sementara.
Magnet Pelindung
Tipe magnet ini disebut juga mumetal, terbuat dari 74% nikel, 20% besi, 5% tembaga, dan 1% mangan. Magnet ini tidak
keras dan bersifat sementara.
Sebuah magnet akan hilang sifat kemagnetannya jika:
1. Magnet dipanasakan hingga berpijar atau dibakar
Pemanasan pada magnet menyebabkan sifat kemagnetannya berkurang atau bahkan hilang. Hal ini terjadi karena
tambahan energi akibat pemanasan menyebabkan partikel-partikel bahan bergerak lebih cepat dan lebih acak, maka
sebagian magnet elementernya
2. Magnet dipukul atau ditempa hingga bentuknya berubah atau rusak
Magnet yang mengalami pemukulan akan menyebabkan perubahan susunan magnet elementernya. Akibat pemanasan
dan pemukulan magnet elementer menjadi tidak teratur dan tidak searah.Magnet-magnet elementer yang tadinya segaris
(searah) menjadi berarah sembarangan, sehingga benda kehilangan sifat magnetiknya.
3. KAIDAH FLAMING
Pada materi ini akan dibahas mengenai magnet dan hubungan antara kelistrikan dengan kemagnetan.Kaidah tangan kiri
flaming adalah sebuah kaidah untuk menentukan arah gaya elektromagnit atau putaran pada sebuah motor listrik.kaidah tangan
kiri flaming diciptakan oleh John Ambrose Flaming seorang fisikawan kebangsaan Inggris pada abad 18-19, untuk mengenang
jasanya maka kaidah tangan kiri fliming digunakan rumus pada penentuan arah gaya magnit.
3.1. Prinsip Flaming
1. Bila arus mengalir dalam suatu penghantar (conductor), medan magnet akan bangkit pada arah yang terlihat pada
ilustrasi di bawah sesuai kaidah Ampere dari ulir kanan tidak lagi menunjuk arah yang sama seperti semula.
Bahkan setiap benda di atas suhu tertentu sama sekali tidak dapat dibuat menjadi magnet.
2. Bila penghantar diantara kutub N dan S dari sebuah magnet permanen, maka garis gaya magnet yang terjadi oleh
arus listrik dalam penghantar dan garis gaya magnet dari magnet permanen saling berpotongan menyebabkan
magnetic flux bertambah dibagian bawah penghantar dan berkurang di bagian atas penghantar.Kita dapat
menganggap bahwa magnetic flux adalah sebagai sabuk karet yang telah ditegangkan. Jadi magnetic flux, maka
gaya aka cenderung menarik pada satu garis lurus lebih kuat di bagian bawah penghantar.Akibatnya dari hal ini di
bawah penghantar akan memperoleh gaya yang cenderung mendorongnya ke atas.
31
Kaidah ini berbunyi ukuran gaya elektromagnetik paling besar saat arah medan
magnet tegak lurus dengan arus, dan meningkat sebanding dengan panjang
konduktor, besar arus, dan kekuatan medan magnet dirumuskan sebagai
berikut :
F = B .I . L
Dimana :
F : gaya elektromaknetik
B : Jumlah garis gaya magnit
I : Arus yang mengalir pada penghantar
L :panjang penghantar
Fluksi magnet mempunyai beberapa karakteristik :
a. Fluksi magnet dimulai dari kutub U dan berakhir di kutub S suatu magnet atau magnet-magnet
b. Arah dari fluksi magnet adalah sesuai dengan arah kutub U jarum magnet bila jarum berada di dalam fluksi.
c. Seperti halnya serbuk karet, garis gaya magnet di dalam fluksi berusaha sependek mungkin, sejajar dan sedekat
mungkin dengan poros U-S dari medan magnet. Pada saat yang sama, cenderung menolak garis gaya magnet lainnya
yang searah, sehingga juga cenderung membentuk busur keluar poros U-S.
Induksi elektromagnetik adalah peristiwa timbulnya GGL atau arus listrik pada suatu penghantar atau kumparan akibat
mengalami perubahan garis-garis gaya magnet (fluks magnetic).
3.2. PENGGUNAAN HUKUM FLAMING
Cara – cara untuk menghasilkan GGL/arus induksi :
1.
Menggerak-gerakkan magnet di dekat kumparan percobaan faraday
2.
Memutar kumparan pada medan magnet, prinsip kerja generator atau alternator
3.
Memutar magnet di dalam kumparan prinsip kerja dynamo sepeda pancal
32
4.
Menggerakkan penghantar memotong medan magnet prinsip timbulnya gaya Lorentz, digunakan pada motor stater.
5.
Mengalirkan arus bolak-balik (AC) kepada kumparan primer untuk diinduksikan keada kumparan sekunder yang ada
di dekatnya. Prinsip kerja transformator (trafo)
6.
Mengalirkan arus searah (DC) yang diputus-putus kepada kumparan primer untuk diinduksikan kepada kumparan
sekunder yang ada didekatnya, prinsip kerja inductor dan busi.
33
Cara-cara untuk membangkitkan medan magnit :
1. Mengalirkan arus ke sebuah penghantar. untuk menggerakkan komponen-komponen pada sistem lain, sebagai contoh
pada selenoit, relai, motor wiper, starter, motor penghapus kaca dan jarum penunjuk ammeter, volt meter, dan lainlainnya.
cara kerja :
Sekarang apa yang terjadi pada fluksi magnet bila konduktornya melingkar dan bukan kawat lurus. Bila konduktor lurus
secara bertahap dibengkokkanm, akan membentuk lingkaran (gambar a sampa D). Fluksi dari setiap titiklingkarang adalah
sama arahnya (dalam hal ini, searah jarum bila dilihat dari bawah), gabungan ini membentuk fluksi yang lebih besar dan
lebih kuat.
Dengan kata lain, bila arus mengalir di dalam kumparan, arah fluksi magnet sedemikian rupa sehingga kutub U dan S
dihasilkan di dalam koil seperti pada gambar di bawah.
Bila konduktor dililitkan membentik kumparan dalam suatu tabung, seperti pada gambar C, disebut solenoid.
Bila arus mengalir di dalam solenoid seperti pada gambar di bawah, arah fluksi magnet sedemikian rupa sehingga kutub S
yang dihasilkan berada di atas. Jumlah garis gaya magnet juga bertambah sebanding dengan jumlah gulungan dari kumparan.
Bila arus mengalir di dalam solenoid, jumlah garis gaya magnet bertambah sebanding dengan besarnya arus. Prinsip solenoid
yang diuraikan di atas dapat dipergunakan untuk relay. Bila kita tempatkan logam yang dpat bergerak, mudah terkena magnet
(misalnya, plunger) di bawah solenoid, dan dengan mengalirkan arus melalui solenoid. Hal ini karena medan magnet yang
dihasilkan solenoid menyebabkan logam menjadi magnet sehingga tertarik. Akan tetapi bila medan magnet kurang kuat,
logam tidak akan tertarik.
34
Bila kita letakkan inti besi (iron core) di dalam solenoid, garis gaya magnet yang dihasilkan akan bertambah. Akibatnya
solenoid dapat menarik logam dengan lebih kuat. Hal ini karena disamping fluksi dari kumparan itu sendiri ditambah garis
gaya magnet pada inti besi.
Gambar 17. Arah Gaya Elektromagnet
Kita umpamakan kutub U dan S magnet ditempatkan berdasarkan satu dengan yang lainnya, dan konduktor diletakkan di
tengahnya, seperti pada gambar, kemudian arus listrik dialirkan melalui konduktor .
Garis-garis gaya magnet di atas konduktor adalah lebih kecil karena fluksi magnet yang dihasilkan oleh magnet arahnya
berlawanan dengan arah fluksi yang dihasilkan arus listri. Sebaliknya garis-garis gaya magnet di bawah konduktor adalah
lebih besar karena arah-arahnya sama (searah).
Karena garis gaya magnet bekerja serupa dengan sabuk karet, garis gaya magnet cenderung menjadi lurus. Tendensi ini di
35
bawah konduktor lebih kuat dari pada di atasnya, sehingga konduktor terdorong ke atas.Gaya ini disebut Gaya
Elektromagnetik.
Jika sebuah konduktor memiliki arus yang mengalir melaluinya, maka akan terbentuk medan magnet. Sebuah magnet
permanen memiliki medan di antara kedua kutubnya. Pada saat konduktor yang menghantarkan arus diletakkan dalam medan
magnet permanen, maka timbul gaya yang dihasilkan pada konduktor karena medan magnet tersebut. Jika konduktor
terbentuk dalam sebuah simpul dan ditempatkan dalam medan magnetik, maka hasilnya adalah sama. Karena aliran arus
berada dalam arah yang berlawanan dalam coil, sebuah sisi akan tertekan ke atas dan sisi lainnya tertekan ke bawah. Hal ini
akan membuat efek rotasi atau torsi pada koil.
Sama halnya dengan dengan sebuah lilitan kawat yang diletakkan diantara kutub magnet permanen akan mulai berputar bila
diberi arus (gambar 1.9 arah medan magnet). Hal ini disebabkan arus mengalir dengan arah yang bearlawanan pada masingmasing lilitan
Jadi gaya yang saling memotong dari lilitan dengan dari magnet itu sendiri. Akibatnya lilitan kawat akan berputar searah
dengan jarum jam. Seperti terlihat pada gambar 1.9 Arah medan magnet.
Gambar 18. Arah medan magnet
Pada motor yang sebenarnya beberapa set kumparan dipergunakan untuk membatasi ketidak teraturan putaran dan menjaga
kecepatan agar tetap konstan tetapi prinsip kerjanya sama.
Selanjutnya motor seri DC yang dikombinasikan pada motor stater menggunakan sejumlah kumparan yang disebut field coil
yang dirangkai secara seri dengan beberapa kumparan armature sebagai pengganti magnet permanen (gambar 1.10 Model
sederhana motor stater). Bila penghantar (kumparan anker) bermedan magnet, ditempatkan pada area medan magnet dari
kumparan medan, garis gaya magnet dari kedua medan magnet saling berpotongan. Hal ini akan menyebabkan perbedaan
energi kemagnetan di sekitar pengantar dan menghasilkan gaya EMF (Elektromagnetic Force ).
Gambar 19. Model sederhana motor stater
Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada sebuah rangkaian dibawah ini. Pada rangkaian ini sebuah commutator dan beberapa
brush dipergunakan untuk menjaga motor listrik agar tetap berputar dengan cara mengendalikan arus yang mengalir melalui
simpul kawat/wire (Gambar 1.11 rangkaian comutator dan brush). Commutator berfungsi sebagai sebuah sambungan listrik
36
geser antara simpul kawat/wire dan brush. Commutator memiliki banyak segmen, yang saling terisolasi satu dengan lainnya
Brush berada pada bagian atas commutator serta menggeser commutator untuk membawa arus battery ke simpul kawat/wire
yang berputar. Ketika simpul kawat/wire berputar menajauh dari sepatu kutup, segmen commutator merubah sambungan
listrik antara brush dan simpul kawat/wire. Hal ini akan membalikkan medan magnet pada sekeliling simpul kawat/wire.
Simpul kawat/wire akan tertarik kembali serta melalui potongan kutub (Pole Piece) yang lain. Koneksi listrik yang berubah
terus-menerus akan membuat motor berputar. Sebuah gerakan tarik-dorong terus dibuat ketika setiap simpul bergerak di
dalam potongan kutub (Pole Piece).
Gaya elektromagnetis (F) tersebut sebanding dengan besarnya medan magnet (B) , arus yang mengalir pada penghantar(i)
dan panjang penghantar (l). Dengan kata lain gaya elektromagnetis lebih besar bila medan magnetnya makin kuat, bila arus
listrik yang mengalir pada penghantar makin besar atau biila panjang penghantar yang berada pada medam magnet semakin
besar.
Berbagai simpul kawat/wire serta sebuah commutator dengan segmen banyak dipergunakan untuk meningkatkan daya motor
beserta kehalusannya. Setiap simpul kawat/wire dihubungkan dengan segmen tersendiri pada commutator untuk
menghasilkan aliran arus melalui setiap simpul kawat/wire ketika brush menyentuh setiap segmen. Pada saat motor berputar,
banyak simpul kawat/wire memberikan kontribusi pada gerakan tersebut dengan menghasilkan gaya putar yang halus dan
konstan.
RANGKUMAN
1.
2.
3.
Magnet memiliki dua tempat yang gaya magnetnya paling kuat. Daerah ini disebut kutub magnet.Ada 2 kutub magnet,
yaitu kutub utara (U) dan kutub selatan (S).Seringkali kita menjumpai magnet yang bertuliskan N dan S.
Magnet dapat digolongkan atas 2 (dua) jenis yaitu magnit permanan dan non permanan.
Kaidah ini berbunyi ukuran gaya elektromagnetik paling besar saat arah medan magnet tegak lurus dengan arus, dan
meningkat sebanding dengan panjang konduktor, besar arus, dan kekuatan medan magnet.
EVALUASI
1.
2.
3.
4.
Kawat yang hambat jenisnya 0,000 001 Ωm dan luas penampangnya 0,000 000 25 m² digunakan untuk membuat
elemen pembakar listrik 1kW yang harus memiliki hambatan listrik 79 ohm. Berapa panjang kawat yang diperlukan?
Sebuah batang penghantar dengan panjang 80 centimeter dimasukkan pada celah antara dua kutup magnet (utara dan
selatan) yang selanjutnya batang penghantar dialiri arus sebesar 15 ampere yang menghasilkan garis-garis gaya magnet
sebesar 60 persatuan luas. Berapa besar gaya elektromagnetik yang terjadi?
Seutas kawat besi panjangnya 10 meter dan lulus penampangnya 1 mm2, mempunyai hambatan jenis 10-7 Ohm m.
Jika antara ujung – ujung kawat dipasang beda potensial 60 Volt, tentukan kuat arus yang mengalir dalam kawat!
Sebuah batang penghantar dengan panjang 110 centimeter dimasukkan pada celah antara dua kutup magnet (utara dan
selatan) yang selanjutnya batang penghantar dialiri arus sebesar 10 ampere yang menghasilkan garis-garis gaya magnet
sebesar 60 persatuan luas. Berapa besar gaya elektromagnetik yang terjadi?
TUGAS MANDIRI
1. Kawat yang hambat jenisnya 0,000 001 Ωm dan luas penampangnya 0,000 000 25 m² digunakan untuk membuat
elemen pembakar listrik 1kW yang harus memiliki hambatan listrik 57,6 ohm. Berapa panjang kawat yang diperlukan?
2. Seutas kawat besi panjangnya 20 meter dan lulus penampangnya 1 mm2 , mempunyai hambatan jenis 10-7 Ohm m.
Jika antara ujung – ujung kawat dipasang beda potensial 60 Volt, tentukan kuat arus yang mengalir dalam kawat
3. Sebuah batang penghantar dengan panjang 60 centimeter dimasukkan pada celah antara dua kutup magnet (utara dan
selatan) yang selanjutnya batang penghantar dialiri arus sebesar 10 ampere yang menghasilkan garis-garis gaya magnet
sebesar 50 persatuan luas. Berapa besar gaya elektromagnetik yang terjadi?
4. Sebuah batang penghantar dengan panjang 90 centimeter dimasukkan pada celah antara dua kutup magnet (utara dan
selatan) yang selanjutnya batang penghantar dialiri arus sebesar 10 ampere yang menghasilkan garis-garis gaya magnet
sebesar 60 persatuan luas. Berapa besar gaya elektromagnetik yang terjadi.
5.
37
BAB IV PENGUKURAN ARUS, TEGANGAN DAN TAHANAN
A. KOMPETENSI DASAR DAN PENGALAMAN BELAJAR
KOMPETENSI DASAR
PENGALAMAN BELAJAR
Setelah mengikuti pembelajaran dengan kompetensi
dasar-dasar Listrik siswa dapat :
1. Menghayati dan Mengamalkan perilaku jujur,
disiplin, tanggung jawab, peduli (gotong royong,
kerjasama, toleran, damai), santun, responsif dan
proaktif dan menunjukan sikap sebagai bagian dari
solusi atas berbagai permasalahan dalam
berinteraksi secara efektif dengan lingkungan sosial
dan alam serta dalam menempatkan diri sebagai
cerminan bangsa dalam pergaulan dunia.
2. Memahami besaran listrik, hukum Ohm dan
Kirchof padar listrik otomotip
3. Menerapkan Dasar Listrik pada rangkaian seri,
paralel dan gabungan
Dari pembelajaran kompetensi dasar-dasar Listrik siswa
mendapatkan pengalaman belajar :
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Mengamati simulsi terkait materi pokok besaran listrik
dan Mengeksplorasi dalam pengukuran arus, tegangan
dan tahanan,
Mengamati simulsi terkait materi pokok besaran listrik
dan Mengeksplorasi dalam pengukuran arus, tegangan
dan tahanan
Mengamati simulsi terkait materi pokok besaran listrik
dan Mengeksplorasi dalam Menyelesaikan pengukuran
arus, tegangan dan tahanan
Mengkomunikasikan dalam pengukuran tegangan,
tahanan dan arus
Mengamati simulsi terkait materi dan
Mengeksplorasipengukuran arus, tegangan dan tahanan
Mengamati simulsi terkait materi pokok besaran listrik
dan Mengeksplorasi induksi sendiri, mutual pada
kemagnitan
B. PETA KONSEP
ALAT UKUR
AMPER METER
VOLT METER
HAMBATAN
AVO METER
AVO DIGITAL
Dalam pengukuran dasar besaran-besaran listrik yang meliputi pengukuran besaran dasar yaitu kuat arus listrik yang
dinyatakan dengan Ampere, tegangan yang dinyatakan dengan satuan Volt, dan hambatan yang dinyatakan dengan satuan
Ohm.
1. AMPER
Amper meter digunakan untuk mengukur besaran arus listrik.Ukuran amper meterbiasanya dinyatakan dalam
satuan yang disebut “ampere atau amp”.Umumnya, kecuali amper meter jepitan, rangkaian harus dibuka dan amper meter
dihubungkan secara seri untuk mengukur aliran arus.sebelum mengunakan alat ukur ini sebaiknya dikalibrasi dulu agar
pembacaan akhir menjadi tepat. Untuk mengalibrasi amper meter analog perhatikan jarum pada skala, jarum harus tepat pada
angka O. Bila kurang tepat putar baut pada amper ke arah kiri atau ke kanan sampai jarum tepat menunjuk angka nol.
Amper meter yang dijual pada toko alat teknik beraneka ragam jenisnya, saat digunakan mengukur pada sistem. Bila
kita ingin mengukur arus listrik pada arus AC maka gunakan amper meter jenis AC dan bila arus DC yang diukur gunakan
amper jenis DC. Bacalah instruksi yangdibuat oleh pabrik pembuat tentang cara memasangnya atau menyambungnyake
rangkaian.Perhatikan gambar.dibawah ini, Setelah kita buka / putuskan penghantar, kemudian sambungkan amperemeter di
tempat itu.jangan sampai terbalik dalam pemasangan kutup positip dan kutup negatip pada amper meter, hal ini bisa
menyebabkan pembacaan alat terbalik. Seharusnya jarum menunjukkan angka pada alat ukur, karena terbalik tidak bisa
menunjuk angka yang sesuai.
38
Setelah amperemeter terpasang, kita dapat mengetahui besar kuat arus yang mengalir melalui penghantar dengan
membaca amperemeter melalui jarum penunjuk.
Dalam membaca amperemeter harus diperhatikan karakteristik alat ukur karena jarum penunjuk tidak selalu
menyatakan angka tepat.Perhatikan amper meter sebelum membaca pada alat menggunakan satuan Mili Amper (mmA),
Mikro amper (µA) atau Amper.
Kuat arus yang terukur (pada alat) dapat dihitung dengan rumus:
A = Amperemeter yang digunakan
PENGUKURAN ARUS DENGAN AVO
Apabila dalam pengukuran arus menggunakan AVO meter, maka selector harus ditempatkan pada posisi DcmA, jika
menggunakan AVO analog, maka cara membaca hasil pengukuran adalah batas ukur dibagi dengan penyimpangan skala
penuh kemudian dikalikan dengan penunjukkan jarum, atau dapat dituliskan dengan rumus:
Misalkan sebuah AVO meter analog untuk mengukur arus dengan batas ukur 10 amper dan simpangan skala penuh 50, apabila
penunjukkan jarum pada angka 5, maka besarnya pengukuran adalah: (10/50) x 5 = 1 amper
39
Apabila dalam pengukuran menggunakan AVO digital, maka pembacaan harga pengukuran tinggal melihat angka yang
ditunjukkan dalam layar.Pengukur amper harus mempunyai komponen tahanan yang nilainya sangat kecil, agar tidak
menimbulkan kerugian yang berarti terhadap alat yang diukur.
1.
TANG AMPER
Fungsi dan Kegunaan Tang Amper
Tang ampere alat praktis untuk mengukur arus listrik tanpa memutus jalur arus tersebut. Sebuah tang ampere atau clamp
meter terdapat fungsi lain selain untuk ukur arus listrik adalah untuk ukur voltase atau ukur nilai tahanan atau resistor.Dalam
penggunannya tang amper tidak bisa atau kurang sesuai untuk pengukuran arus kecil (mili amper / mikro amper), kesesuaian
hanya pada arus besar.misal mengukur arus pemakaian pada motor stater, lampu kepala (head lamp), pengisian pada baterai
(aki) dan lain-lain.
Cara mengukur kemampuan dinamo Amper seperti terlihat gambar dibawah, dan kehati – hatian akan selalu diperlukan :
1. Taruh tang amper pada kabel positif Alternator (B+) yang berukuranbesar.
2. Hidupkan saklar ON/OFF tang Ampere
3. Pilih selektor AC/DC dan taruh di bagian DC
4. Pada Selektor Fungsi Volt/Amper/Ohm biasa dengan simol huruf V/A/Ohm pilih pada huruf A untuk ukur Amper.
5. Pada selektor pemilihan arus maksimal pilih 200 Ampere.
6. Setelah alat sudah siap hidupkan mesin kemudian baca nilai arus listrik yang ditunjukan oleh Tang Amper digital
tersebut.
7. Lakukan pemeriksaan atau cek arus listrik saat mesin idle atau stationer tanpa beban berapa hasil pengukuran arusnya.
8. Kemudian beri beban pada Altenator dengan menghidupkan AC mobil serta lampu besar atau headlamp dan berapa hasil
pengukuran arus listrik yang ditunjukan.
9. Seperti gambar diatas terlihat 20,08 Ampere saat melakukan pengukuran arus listrik pada Dinamo Isi / Alternator dengan
beban Ac mobil dihidupkan dan Lampu besar di nyalakan.
40
2. VOLTMETER
Untuk mengukur tegangan kita harus menggunakan voltmeter yang dipasang paralel terhadap komponen yang kita ukur beda
potensialnya. Jadi tidak perlu dilakukan pemutusan penghantar seperti pada amperemeter. Untuk mengalibrasi volt meter
analog perhatikan jarum pada skala, jarum harus tepat pada angka O. Bila kurang tepat putar baut pada volt ke arah kiri atau
ke kanan sampai jarum tepat menunjuk angka nol. Lihat gambardibawah ini.
Pada rangkaian arus searah pemasangan kutub-kutub voltmeter harus sesuai.Kutub positip dengan potensial tinggi dan kutub
negatip dengan potensial rendah.Biasanya ditandai dengan kabel yang berwarna hitam dan merah atau biru. Bila pemasangan
terbalik akan terlihat penyimpangan yang arahnya ke kiri dan bisa mengakibatkan proses kerusakan pada alat ukut.
Sedangkan pada rangkaian arus bolak balik tidak menjadi masalah.
41
Setelah voltmeter terpasang dengan benar maka hasil pengukuran harus memperhatikan bagaimana menuliskan hasil
pengukuran yang benar.
Tegangan yang terukur (V) adalah:
Contoh Soal:
Jika angka yang ditunjuk jarum = 2, dan kabel merah pada angka 2 V maka hasil pengukuran adalah:
3. OHMMETER
Ohm meter adalah alat yang digunakan untuk mengukur hambatan listrik yang merupakan suatu daya yang mampu menahan
aliran listrik pada konduktor. Alat tersebut menggunakan galvanometer untuk melihat besarnya arus listrik yang kemudian
dikalibrasi ke satuan ohm.
Yang perlu di Siapkan dan Perhatikan sebelum melakukan pengukuran menggunakan ohm meter, yaitu :
1.
Pastikan alat ukur tidak rusak secara Fisik (tidak peccah).
2.
Atur Sekrup pengatur Jarum agar jarum menunjukkan angka nol (0), bila menurut anda angka yang ditunjuk sudah
nol maka tidak perlu dilakukan pengaturan sekrup.
3.
Lakukan Kalibrasi alat ukur. Posisikan saklar pemilih pada skala ohm pada x1 Ω, x10, x100, x1k, atau x10k
selanjutnya tempelkan ujung kabel terminal negatif (hitam) dan positif (merah). Atur jarum AVO merer tepat pada
angka nol sebelah kanan dengan menggunakan tombol pengatur Nol Ohm.
4.
Setelah kalibrasi atur saklar pemilihpada posisi skala Ohm yang diinginkan yaitu pada x1 Ω, x10, x100, x1k, atau
x10k, Maksud tanda x (kali /perkalian) disini adalah setiap nilai yang terukur atau yang terbaca pada alat ukur
nantinya akan dikalikan dengan nilai skala Ohm yang dipilih oleh saklar Pemilih.
5.
Pasangkan alat ukur pada komponen yang akan diukur (ingat jangan pasang alat ukur ohm saat komponen masih
bertegangan).
42
Cara Membaca Ohm Meter
1.
Untuk membaca nilai Tahanan yang terukur pada alat ukur Ohmmeter sangatlah mudah.
2.
Anda hanya perlu memperhatikan berapa nilai yang di tunjukkan oleh Jarum Penunjuk dan kemudian mengalikan
dengan nilai perkalian Skala yang di pilih dengan sakelar pemilih.
3.
Misalkan Jarum menunjukkan angka 20 sementara skala pengali yang anda pilih sebelumnya dengan sakelar pemilih
adalah x100, maka nilai tahanan tersebut adalah 2000 ohm atau setara dengan 2 Kohm.
Misalkan pada gambar terbaca nilai tahanan suatu Resistor:
Kemudian saklar pemilih menunjukkan perkalian skala yaitu x 10k maka nilai resistansi tahanan / resistor tersebut adalah:
Nilai yang di tunjuk jarum
Skala pengali
= 26
= 10 k
Maka nilai resitansinya
= 26 x 10 k = 260 k Ω= 260.000 Ohm (Ω).
4. AVO METER ANALOG
Multimeter adalah salah satu alat/perkakas Ukur yang digunakan untuk mengukur Arus listrik (Ampere), Hambatan listrik
(Ohm) dan tegangan listrlk (volt). Alat pengukur listrik ini sering kita kenal dengan sebutan AVOM (Ampere/Volt/Ohm
Meter).
Ada dua kategori multimeter
a.
Multimeter digital / DMM (digital multimeter) tampilannya menggunakan tampilan angka, dan keunggulannya
lebih akurat hasil pengukurannya,
b.
Multimeter / AVO Meter dilengkapi dengan dua kabel pencolok/kabel penyidik yang masing-masing berwarna
merah dan hitam. Untuk dapat bekerja, avometer memerlukan sumber listrik berupa battery.Dalam penyimpanan
yang cukup lama, battery ini harus dilepaskan.Multimeter analog hasil pengukurannya ditunjukkan oleh jarum cara
43
membaca hasil pengukurannya harus jeli melihat jarum penunjuknya.Kedua kategori multimeter diatas fungsi dan
cara penggunaannya sama, masing-masing dapat mengukur listrik AC, maupun listrik DC.Multimeter ini tersedia
dengan kemampuan untuk mengukur hambatan ohm, tegangan (Volt) dan arus (mA). Analog tidak digunakan untuk
mengukur secara detail suatu besaran nilai komponen, tetapi kebanyakan hanya digunakan untuk baik atau jeleknya
komponen pada waktu pengukuran atau juga digunakan untuk memeriksa suatu rangkaian apakah sudah
tersambung dengan baik sesuai dengan rangkaian blok yang ada.
Bagian-bagian AVO meter sebagai berikut :
1.
2.
3.
Saklar Jangkah (range selector) : Saklar jangkah ini digunakan untuk memilih jenis besaran yang yang akan diukur
(Ampere, Volt maupun Ohm) dan saklar jangkah juga menunjukkan batas skala pengukuran.
Sekerup Kontrol NOL : Untuk mengatur posisi jarum, sebelum pengukuran, jarum harus menunjukkan tepat angka
NOL, bila tidak sekerup kontrol NOL ini diputar untuk diatur ulang.
Kabel Penyidik : digunakan untuk menempelkan ke obyek yang di ukur. Kabel MERAH dipasang pada lubang PLUS
dan kabel hitam dipasang pada lubang MINUS atau COMMON.
Multimeter / AVO Meter harus digunakan secara tepat, yang sangat perlu dan selalu diperhatikan adalah pemilihan
saklar jangkah yang tepat/ pemilihan obyek yang akan diukur. Kesalahan pemilihan jangkah dapat mengakibatkan
kerusakan avometer misalnya pengukuran voltage dengan jangkah pada posisi OHM, maka akibatnya akan fatal bisa
menyebabkan AVO meter rusak. Bila besaran yang diukur tidak dapat diperkirakan sebelumnya, harus dibiasakan
memilih jangkah/skala tertinggi.Setiap selesai pengukuran, dibiasakan meletakkan jangkah pada posisi OFF atau VDC
angka tertinggi.
CARA MENGUKUR HAMBATAN / RESISTANSI
Putar saklar jangkah pada posisi OHM (misalnya x1, x10 atau x1k) ,kemudian kalibrasi dengan cara ujung kabel penyidik
merah dan hitam disentuhkan dan lakukan zero seting (jarum menunjuk pada angka nol) dengan cara putar sekrup tombol nol
dan putar pula tombol kontrol nol.
44
CARA MENGUKUR RESISTOR
Cara mengukur Resistor bisa anda lihat pada gambar diatas. Hasil pengukuran, misalnya apabila jarum penunjuk menunjuk
pada angka 4,5 ohm, sedang saklar jangkah kita posisikan pada x10 maka hasil pengukurannya adalah 4,5 x10 = 45 Ohm,
jadi resistor yang kita ukur mempunyai hambatan 45 Ohm.
MENGUKUR TEGANGAN DC
Perkirakan tegangan yang akan diukur, letakkan saklar jangkah pada skala yang lebih tinggi. penyidik merah pada positif
dan hitam pada negative.
CARA MENGUKUR TEGANGAN DC
Seperti halnya pada pengukuran VDC, perkirakan tegangan yang akan diukur, letakkan jangkah pada skala yang lebih tinggi
jika tidak diketahui pasang jangkah pada posisi skala tertinggi agar AVOmeter tidak rusak. Pada umumnya AVOmeter hanya
dapat mengukur arus berbentuk sinus dengan frekuensi antara 30 Hz30 KHz. Hasil pengukuran adalah tegangan efektif
(Veff). Hasil pengukuran akan ditunjukkan langsung oleh jarum penunjuk (analog) dan angka jika anda menggunakan
AVOmeter Digital. Satuannya adalah Volt AC.
45
Dalam melakukan pengukuran terkait besaran listrik wajib dilakukan dengan hati-hati, terutama dengan arus bolak-balik AC.
Kesalahan prosedur dapat menyebabkan kena sengat listrik alias ke setrum.
MENGUKUR ARUS (SEARAH)
Rangkaian yang akan diukur diputuskan pada salah satu titik, dan melalui kedua titik yang terputus tadi arus dilewatkan
melalui avometer, sebelumnya muatan semua elco di discharge.
CARA MENGUKUR ARUS LISTRIK
Hasil pengukuran akan ditunjukkan langsung oleh jarum penunjuk (analog) dan angka jika anda menggunakan AVOmeter
Digital. Satuannya adalah Ampere.
CARA PEMERIKSAAN KONDENSATOR
Sebelumnya muatan kondensator didischarge.Posisikan saklar jangkah pada OHM, tempelkan penyidik merah pada kutub
POSITIF dan hitam pada NEGATIF.Bila jarum menyimpang ke KANAN dan kemudian secara berangsur-angsur kembali ke
KIRI, berarti kondensator baik.Bila jarum tidak bergerak, kondensator putus dan bila jarum mentok ke kanan dan tidak balik,
kemungkinan kondensator bocor.
46
Pemilihan skala batas ukur X 1 untuk nilai elko diatas 1000uF, X 10 untuk untuk nilai elko diatas 100uF-1000uF, X 100
untuk nilai elko 10uF-100uF dan X 1K untuk nilai elko dibawah 10uF.
CARA MENGUJI DIODA
Dengan jangkah OHM x1 k atau x100 penyidik merah ditempel pada katoda (ada tanda gelang) dan hitam pada anoda,
jarum harus ke kanan. Panyidik dibalik ialah merah ke anoda dan hitam ke katoda, jarum arus tidak bergerak.Bila demikian
berarti dioda dalam keadaan baik.Cara demikian juga dapat digunakan untuk mengetahui mana anoda dan mana katoda dari
suatu diode yang gelangnya terhapus.
RANGKUMAN
1. Amper meter digunakan untuk mengukur besaran arus listrik. Alat ukur amper dipasangan secara seri.
2. Volt meter digunakan untuk mengukur tegangan sumber. Alat ukur dipasang secara paralel.
3. Ohm meter digunakan untuk mengukur nilai hambatan atau konduktor dari sebuah benda, pemasangan alat ukur tidak
boleh menggunakan sumber tegangan.
4. Sebelum menggunakan semua jenis alat ukur harus dikalibrasi
47
BAB V RANGKAIAN SERI, PARALEL DAN GABUNGAN
A. KOMPETENSI DASAR DAN PENGALAMAN BELAJAR
KOMPETENSI DASAR
PENGALAMAN BELAJAR
Dari pembelajaran kompetensi dasar-dasar Listrik siswa
Setelah mengikuti pembelajaran dengan kompetensi
mendapatkan pengalaman belajar :
dasar-dasar Listrik siswa dapat :
1. Menghayati dan Mengamalkan perilaku jujur, disiplin,
1. Mengamati simulsi terkait materi pokok besaran
tanggung jawab, peduli (gotong royong, kerjasama, toleran,
listrik dan Mengeksplorasi dalam rangkaian seri,
damai), santun, responsif dan proaktif dan menunjukan
paralel dan gabungan
sikap sebagai bagian dari solusi atas berbagai permasalahan
2. Mengamati simulsi terkait materi pokok besaran
dalam berinteraksi secara efektif dengan lingkungan sosial
listrik dan Mengeksplorasi dalam rangkaian seri,
dan alam serta dalam menempatkan diri sebagai cerminan
paralel dan gabungan
bangsa dalam pergaulan dunia.
3. Mengamati simulsi terkait materi pokok besaran
2. Memahami besaran listrik, hukum Ohm dan Kirchof padar
listrik dan Mengeksplorasi dalam Menyelesaikan
listrik otomotip
rangkaian seri, paralel dan gabungan
3. Menerapkan Dasar Listrik pada rangkaian seri, paralel dan
4. Mengkomunikasikan dalam pengukuran tegangan,
gabungan
tahanan dan arus
5. Mengamati simulsi terkait materi dan
Mengeksplorasi rangkaian seri, paralel dan gabungan
B. PETA KONSEP
RANGKAIAN LISTRIK
SERI
PARALEL
CAMPURAN
48
C. MATERI PEMBELAJARAN
Rangkaian Listrik adalah rangkaian elektronika yang tersusun dari beberapa komponen-komponen elektronika yang
kemudian di rangkai dengan sumber tegangan sehingga menjadi satu kesatuan yang memiliki fungsi dan kegunaan masingmasing.Arus listrik yang mengalir dalam suatu rangkaian hanya dapat berfungsi apabila rangkaian tersebut berada dalam
keadaan terbuka. Rangkaian listrik nantinya akan menyediakan jalan bagi arus listrik agar dapat mengalir dan beroprasi
dengan baik. Arus yang mengalir nantinya akan dikendalikan oleh tenaga, contohnya adalah baterai. Karena baterai dapat
menghasilkan tekanan listrik atau tegangan yang mendorong elektron di sepanjang kabel.
Baterai yang sudah dialiri arus juga dapat mengubah energi kimia menjadi energi listrik.Setiap sel mengandung dua
elektroda dan bahan kimia yang disebut larutan elektrolit.Larutan elektrolit berguna untuk memindahkan elektron.Kelebihan
dari pemakaian elektron yaitu dapat mengalir ke rangkaian yang dihubungkan ke baterai sebagai arus listrik.Beberapa jenis
baterai yang dapat diisi ulang dan di gunakan kembali adalah baterai Nikel Cadmium dan Aki Mobil.
Pada rangkaian kelistrikan otomotip pada kendaraan kecil, ringan, dan kendaraan berat begitu pula pada bidang listrik
menggunakan sumber listrik dengan arus DC (Arus langsung) agar kendaraan tersebut bisa bergerak dan pada sistem
elektronik bisa bekerja.Pada rangkaian kelistrikan yang terpasang pada kendaraan dan pada sistem elektronik yang sudah
terangkaian tersebut mengenal menggunakan rangkaian seri, paralel dan gabungan.
Pada materi ini akan dibahas mengenai rangkaian seri, paralel, gabungan dan campuran.
1. RANGKAIAN LISTRIK SERI
Rangkaian listrik seri adalah suatu rangkaian listrik,dimana Dua tahanan atau lebih yang dirangkaikan berurutan atau
berderet, input suatu komponen berasal dari output komponen lainnya.
1.1. Rangkaian Seri Pada Rangkaian Arus Langsung
Suatu rangkaian lengkap terdiri dari suplai tenaga, pelindung sirkuit, beban, beberapa. pengontrol, dan jalur. Saat sebuah
conductor menghubungkan seluruh komponen ukung ke ujung, hasilnya disebut dengan rangkaian seri. Bila beberapa
battery dihubungkan satu sama secara seri (ujung ke ujung), jumlah total tegangan yang keluar adalah hasil dari
penambahan antara battery2 tersebut. Meskipun rangkaian ini memberikan tegangan yang lebih besar, kapasitas
gabungan mereka untuk mensuplai arus adalah sama seperti pada satu battery tunggal.
Di formulasikan sebagai berikut :
V = V1 + V2 + V3 + V4
Total tegangan battery
1.5 volt x 4 batteries = 6 volt
Total tegangan battery
12 volt x 2 batteries = 24 volt
Tahanan atau sumber tenaga yang cara merangkaiannya secara seri, komposisi rangkaian yang disambungkan ke tahanan
adalah sama seperti tampak pada gambar di bawah.
Hal inilah yang menyebabkan rangkaian listrik seri dapat menghemat biaya (digunakan sedikit kabel penghubung). Selain
memiliki kelebihan, rangkaian listrik seri juga memiliki suatu kelemahan, yaitu jika salah satu komponen dicabut atau rusak,
49
maka komponen yang lain tidak akan berfungsi sebagaimana mestinya. Misal tiga buah bola lampu dirangkai seri, maka
input dari lampu satu akan datang dari output lampu yang lain. Jika salah satu lampu dicabut atau rusak, maka lampu yan lain
akan ikut padam. Perhatikanlah rangkaian seri tiga lampu dibawah ini
1.2. Rangkaian seri pada Hambatan
Pada rangkaian beberapa resistor yang disusun seri, maka dapat diperoleh nilai resistor totalnya dengan menjumlah semua
resistor yang disusun seri tersebut.
Untuk menghitung total tahanan didalam sirkuit seri adalah sebagai berikut :
R total = R1 + R2 + R3
+ …….Rn.
Persamaan hambatan pengganti rangkaian seri dapat dicari dari persamaan awal diatas, di mana kuat arus listrik pada tiap tiap
hambatan adalah sama, sedangkan beda potensial di tiap tiap hambatan bernilai berbeda. Untuk membuktikan arus yang
mengalir sama dan tegangan yang mengalir berbeda dengan melihat gambar dibawah ini.
Tahanan – tahanan yang dirangkaikan secara seri dialiri oleh arus yang sama
Besar arus tidak berubah-ubah di dalam rangkaian seri
Hasil pengukuran : It = 1,26 A
I1 = 1,26 A
I2 = 1,26 A
50
Tegangan total hubungan seri adalah jumlah setiap tegangan pada tahanan – tahanan
Hasil pengukuran :
U1
= 6v
U2
= 6v
U tot
= 12
Sehingga dapat disimpulkan bahwa untuk hambatan seri memiliki ciri-ciri yang dapat diformulasikan sebagai berikut :
51
2. Rangkaian Listrik Paralel
Rangakain listrik paralel adalah suatu rangkaian listrik, di mana semua input komponen berasal dari sumber yang sama.
Semua komponen satu sama lain tersusun paralel.
2.1. Rangkaian Paralel pada Sumber Tegangan
Rangkaian Seri dan Paralel merupakan jenis-jenis rangkaian yg dipakai tuk menyambungkan dua ataupun lebih
komponen elektrik sehingga menjadi satu kesatuan yang utuh. Bila dilihat dari cara penyusunannya, maka rangkaian
seri di susun dengan cara bersambung atau sejajar. Contohnya dalam kehidupan sehari-hari adalah pada lampu senter
yang komponen baterainya disusun berurutan. Berbeda halnya dengan rangkaian paralel, dimana penyusunan
komponennya dengan cara berderet. Kalau rangkaian ini contohnya adalah lampu listrik yang biasa kita gunakan
dirumah.
Sebelum berbicara membahas lebih lanjut mengenai rangkaian campuran, mari kita teliti satu persatu mengenai
rangkaian ini. Rangkaian seri memiliki dua/lebih beban elektrik yg disambungkan dengan catu-daya melalui sebuah
rangkaian.Dengan menggunakan rangkaian jenis ini, kita bisa mengisikan beban listrik yang banyak di satu rangkaian
saja.Contoh penerapan rangkaian ini dengan beban yang banyak adalah pada lampu-lampu di pohon natal, dimana bisa
terdapat lebih dari dua puluh lampu hanya pada satu rangkaian. Jenis rangkaian ini akan memberikan arus yang lewat
sama besarnya di tiap-tiap elemen yg disusun seri.
Pada Rangkaian Paralel jika dua buah baterai di jumper menjadi satu, maka tegangannya tidak bertambah (tetap) tetapi
arusnya bertambah.Hal ini sesuai hukum Kirchoff I pada materi yang dahulu.
Hal inilah yang menyebabkan susunan paralel dalam rangkaian listrik menghabiskan biaya yang lebih banyak (kabel
penghubung yang diperlukan lebih banyak).
2.2. Rangkaian Paralel pada Hambatan
Selain kelemahan tersebut, susunan paralel memiliki kelebihan tertentu dibandingkan susunan seri. Adapun
kelebihannya adalah jika salah satu komponen dicabut atau rusak, maka komponen yang lain tetap berfungsi
sebagaimana mestinya. Misal tiga buah lampu tersusun paralel, lampu juga bisa diumpamakan tahanan, jika salah satu
lampu dicabut atau rusak, maka lampu yang lain tidak akan ikut mati begitu juga pada tahanan. Perhatikanlah gambar
susunan paralel tiga lampu (tahanan) berikut ini
Rangkaian paralel pada hambatan adalah sebuah rangkaian yang terdiri dari dua atau lebih hambatan yang tersusun secara
berderet atau tersusun paralel.Sama seperti pada rangkaian seri, rangkaian paralel juga digunakan untuk mendapatkan nilai
hambatan pengganti. Perhitungan rangkaian paralel sedikit lebih rumit dari rangkaian seri.
52
Formulasi / rumus rangkaian paralel sebagai berikut:
Persamaan hambatan pengganti paralel dapat dicari dari persamaan awal, di mana beda potensial di masing masing
komponen adalah sama satu sama lain, sedangkan kuat arus yang masuk titik percabangan sama dengan jumlah kuat arus di
masing masing komponen. Untuk membuktikan arus yang mengalir sama dan tegangan yang mengalir berbeda dengan
melihat gambar dibawah ini.
Hasil pengukuran :
U1 = 12 V
U2 = 12 V
U3= 12 V
Ut = 12 V
Diperoleh : U1 = U2 = U3 = Ut
Kesimpulan : Hubungan pararel terletak pada tegangan yang sama pada setiap cabang.
Diperoleh
: I1 + I2 + I3 = It
Kesimpulan
: Jumlah arus masuk = jumlah arus keluar
Hubungan paralel terdiri dari berbagai arus cabang.
Semua arus cabang bersumber dari arus utama, dan arus keluar kembali pada jepitan tertutup.
53
1.
Jika R1 = 10 ohm, R2 = 15 ohm dan R3 = 30 ohm disusun paralel, berapakah hambatan pengganti dari rangkaian
diatas?
Karena paralel maka :
1/R1+1/R2+1/R3 = 1/10+1/15+1/30= 6/30
Rangkaian pengganti = 30/6 = 5 Ohm
2.
Dua buah tahanan, masing – masing R1 = 10 Ohm, dihubungkan pararel dengan 200 V. Tentukan tahanan total arus
yang mengalir pada tahanan masing – masing serta perbandingan I1 : I2 ; R : R2 dan buatkan gambar.
PEMECAHAN MASALAH
10.40
400
=
=8
10  40
50
U
200
I=
=
= 25 A
Rt
8
200
U
=
I1=
= 20 A
R1
10
200
U
=
I2=
= 5A
R2
40
Rt=
Kontrol : It = I1 + I2 = 20 + 5 = 25 A
20
I1
=
=4A
5
I2
Atau
40
R2
=
=4
R1 10
3. RANGKAIAN LISTRIK CAMPURAN
Rangkaian campuran merupakan gabungan dari rangkaian seri dan rangkaian paralel.Untuk membuat rangkaian ini umumnya
sangat sulit, karena kita harus menggabungkan antara rangkaian seri dan rangkaian paralel.Untuk lebih jelasnya tentang
rangkaian listrik gabungan (seri-paralel) perhatikanlah gambar dibawah ini
54
Untuk mencari besarnya hambatan pengganti rangkaian listrik gabungan seri - paralel adalah dengan mencari besaranya
hambatan tiap tiap model rangkaian (rangkaian seri dan rangkaian paralel), Selanjutnya mencari hambatan gabungan dari
model rangkaian akhir yang didapat. Misalnya seperti rangkaian di atas, maka model rangkaian akhir yang didapat adalah
model rangkaian seri, sehingga hambatan total rangkaian dicari dengan persamaan hambatan pengganti rangkaian hambatan
seri.
Berikut adalah simulasi fisis rangkaian listrik seri-paralel atau sering juga disebut rangkaian listrik campuran.Dalam
rangkaian listrik ini, sifat sifat rangkaian seri dan rangkaian paralel tetap berlaku.Untuk memudahkan perhitungan rangkaian
campuran seri paralel langkah petama yang paling mudah dengan menghitung terlebih dahulu rangkaian hambatan seribaru
setelah itu menghitung rangkaian hambatan paralel, atau sebaliknya paralel dulu baru seri, sebagai contoh lihat gambar
dibawah ini.
Langkah pertama (1) adalah sebagai berikut ;
a. Hitung rangkaian kelistrikan seri
Rt = R1 +
R2
Langkah ke dua (2) adalah sebagai berikut ;
c. Hitung rangkaian kelistrikan paralel
d. Hasil akhir untuk rangkian tersebut adalah seri, maka formulasinya adalah :
R pengganti = Rt + Rp
PERMASALAHAN
Hitunglah hambatan pengganti pada rangkaian disamping ini :
55
PEMECAHAN PERMASALAHAN
Prinsip penyederhanaan rangkaian untuk perhitungan / aturan :

R1,2
=
1
1 / R1  1 / R 2

Rt
R2, 3 =
= R12 + R3
=
1
+ R3
1 / R1  1 / R 2
100
= 50 
2
Langkah 1 : perhitungan
R23
R2, 3, 4 = R2, 3 + R4 = 350 
R1
400 
R4
300 
Langkah 2 :perhitungan
R1
400 
R23
R1234 =
R1 . R234
R1  R234
4
350

Langkah 3 : perhitungan Rt
R1.R234
R1  R234
400.350
=
750
Rt = 186,67 
Rt =
Rt
4. Rangkaian Listrik Majemuk
Rangkaian Listrik majemuk adalah rangkaian listrik yang terdiri dari dua buah loop atau lebih. Gambaran berikut adalah
rangkaian listrik majemuk beserta cara memecahkannya
56
Langkah-langkah untuk menyelesaikan rangkaian majemuk di atas adalah:
1) Andaikan arah loop I dan loop II seperti pada gambar
2) Arus listrik yang melalui r1, R1, dan R4 adalah sebesar I1, yang melalui r2, R2, dan R3 adalah sebesar I2, dan R 5 dilalui
arus sebesar I3
3) Persamaan Hukum I Kirchoff pada titik cabang b dan e adalah
I1 + I2 = I3
I3 = I1 + I2
4) Persamaan Hukum III Kirchoff pada setiap loop adalah seperti berikut
Loop I
a-b-e-f-a (arah looop sama dengan arah arus)
ΣE + ΣV = 0
I1R1 + I3R5 + I1R4 + I1r1 - E1 = 0
E1 = I1(r1 + R1 + R4) + I3R5
Loop II
b-e-d-c-b (arah loop searah dengan arah arus)
57
ΣE + ΣV = 0
I3R5 + I2R3 + I2r2 - E2 + I2R2 = 0
Dengan menggunakan Hukum I Kirchoff, diperoleh persamaan I3 = I1 + I2, dan dari Hukum II Kirchoff diperoleh persamaan
(1) dan persamaan (2). Dari ketiga persamaan tersebut dapat ditentukan nilai dari I1, I2, dan I3.Jika dalam perhitungan
diudapat kuat arus berharga negatif, berarti arah arus sebenarnya berlawanan dengan arah arus yang anda andaikan. Namun
perhitungannya tidak perlu diulang karena nilai arusnya adalah tetap sama hanya arahnya saja yang berbeda.
PERMASALAHAN
1.
Perhatikanlah gambar rangkaian berikut. Tentukanlah besar tegangan listrik antara titik a dan b
PEMECAHAN MASALAH :
1)
Gambarkan arah arus pada setiap loop
Hukum I Kirchoff pada titik P
I3 = I1 + I2..................(1)
2)
Persamaan Hukum II Kirchoff pada setiap loop
Loop I (arah loop searah putaran jarum jam)
Σ E + Σ IR = 0
-3 + 12 + I1(3 + 1 + 2) - I2 = 0
6I1 - I2 = -9.......................(2)
Loop II (arah loop searah putaran jarum jam)
Σ E + Σ IR = 0
-12 + I2 + 4,5 I3 = 0
-12 = I2 + 4,5(I1 + I2) = 0
58
4,5 I1 + 5,5 I2 = 12
9 I1 + 11 I2 = 24.................(3)
3)
Kemudian eliminasi persamaan (2) dan persamaan (3) untuk memperoleh nilai I1
4)
Untuk memperoleh nilai I2, substitusikan nilai I1 ke dalam persamaan (2)
6I1 - I2 = -9
6(-1) - I2 = -9
I2 = 3A
5)
Menghitung nilai I1 dari persamaan 1)
I3 = I1 + I2
-1 A + 3 A = 2 A
6)
Menghitung tegangan listrik antar titik a dan b
Vab = I3 . R
Vab = 2 A . 4,5 Ω= 9 volt
59
BAB VI INDUKSI SENDIRI DAN MUTUAL PADA KEMAGNITAN
A. KOMPETENSI DASAR DAN PENGALAMAN BELAJAR
KOMPETENSI DASAR
PENGALAMAN BELAJAR
setelah mengikuti pembelajaran dengan kompetensi dasar-dasar
listrik siswa dapat :
1. menghayati dan mengamalkan perilaku jujur, disiplin,
tanggung jawab, peduli (gotong royong, kerjasama, toleran,
damai), santun, responsif dan proaktif dan menunjukan
sikap sebagai bagian dari solusi atas berbagai permasalahan
dalam berinteraksi secara efektif dengan lingkungan sosial
dan alam serta dalam menempatkan diri sebagai cerminan
bangsa dalam pergaulan dunia.
2. memahami besaran listrik, hukum ohm dan kirchof padar
listrik otomotip
3. menerapkan dasar listrik pada rangkaian seri, paralel dan
gabungan
dari pembelajaran kompetensi dasar-dasar listrik siswa
mendapatkan pengalaman belajar :
1. mengamati simulsi terkait materi pokok besaran listrik
dan mengeksplorasi dalam menyelesaikan induksi
sendiri dan mutual pada kemagnitan
2. mengamati simulsi terkait materi pokok besaran listrik
dan mengeksplorasi dalam menyelesaikan sosl-soal
terkait induksi sendiri dan mutual pada kemagnitan
3.
mengamati simulsi terkait materi pokok besaran listrik dan
mengeksplorasi dalam menyelesaikan sosl-soal induksi
sendiri dan mutual pada kemagnitan
4. mengkomunikasikan dalam induksi sendiri dan
mutual pada kemagnitan
5. mengamati
simulsi
terkait
materi
dan
mengeksplorasiinduksi sendiri dan mutual pada
kemagnitan
6. mengamati simulsi terkait materi pokok besaran listrik
dan mengeksplorasi induksi sendiri, mutual pada
kemagnitan
B. PETA KONSEP
1.
PENGERTIAN
INDUKSI
INDUKSI
3.
INDUKTANSI
BERSAMA
2. SELF
INDUCTIN
60
C. MATERI BELAJAR
1. PENGERTIAN INDUKSI
Pada percobaan diatas Jika magnet digerak-gerakkan dekat kumparan, maka terjadi perubahan medan magnet dan selanjutnya
timbul tegangan listrik. Tegangan tersebut disebut “Tegangan Induksi, tegangan Induktansi merupakan sifat sebuah rangkaian
listrik atau komponen yang menyebabkan timbulnya ggl di dalam rangkaian sebagai akibat perubahan arus yang melewati
rangkaian (self inductance) atau akibat perubahan arus yang melewati rangkaian primer dan sekunder yang dihubungkan
secara magnetis (induktansi bersama atau mutual inductance). Pada kedua keadaan tersebut, perubahan arus berarti ada
perubahan medan magnetik, yang kemudian menghasilkan ggl. Apabila sebuah kumparan dialiri arus, di dalam kumparan
tersebut akan timbul medan magnetik.
Cara-Cara Untuk Membangkitkan Induksi
Untuk membangkitkan induksi pada sebuah lilitan (kumparan / transformator) adalah sebagai berikut :
1.1. Induksi magnetis
Jika magnet digerak-gerakkan dekat kumparan, maka :


Terjadi perubahan medan magnet
Timbul tegangan listrik
Cara kerja :
Medan magnet induksi akan selalu melawan arah magnet. Ketika kita menggerakkan
magnet keluar dari kumparan, arus akan berubah dan demikian pula arah medan
magnet.
Sekarang, kutub selatan medan magnet induksi berada di dekat kutub utara magnet. Kutub-kutub yang berlawanan saling
tarik menarik. Dengan demikian, terdapat sebuah gaya yang berupa mencegah kita menggerakkan magnet menjauhi
kumparan.Kemana pun arah kita menggerakkan magnet, terdapat gaya yang melawan pergerakkan tersebut. Kita harus
melakukan kerja otot ekstra untuk dapat menggerakkan magnet. Energi tambahan yang kita gunakan ini akan dikonversikan
menjadi gaya gerak listrik atau timbul beda tegangan, diantara ujung-ujung kawat kumparan. Contoh pada komponen
kendaraan ini digunakan untuk sistem pengisiandan penerangan pada sepeda motor yang menggunakan lilitan (kumparan)
dan magnit sebagai sumber magnit. untukmenghasilkan sumber tegangan.
Ingat, sifat magnet: kutub-kutub sejenis saling tolak menolak dan kutub-kutub yang berlawanan saling tarik
menarik
1.2. Transformator
1.
Prinsip kerja :
Jika pada sambungan primer transformator dihubungkan dengan arus bolak –
balik maka :
 Ada perubahan arus listrik
 Perubahan medan magnet
o Terjadi tegangan induksii
o Lampu menyala
o
2.
Cara Kerja Transformator
Ketika Kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik, perubahan arus listrik pada kumparan
primer menimbulkan medan magnet yang berubah. Medan magnet yang berubah diperkuat oleh adanya inti besi dan
dihantarkan inti besi ke kumparan sekunder, sehingga pada ujung-ujung kumparan sekunder akan timbul ggl induksi. Efek ini
dinamakan induktansi timbal-balik (mutual inductance). Mengakibatkan lampu menyala, bila dihubungkan dengan sistem
audio maka suara akan timbul.
61
Pada skema transformator disamping, ketika arus listrik dari sumber tegangan
yang mengalir pada kumparan primer berbalik arah (berubah polaritasnya)
medan magnet yang dihasilkan akan berubah arah sehingga arus listrik yang
dihasilkan pada kumparan sekunder akan berubah polaritasnya.
Gambar 20. Arah medan magnet
Perbandingan Tegangan
Perbandingan tegangan sebanding dengan perbandingan jumlah lilitan


Jumlah lilitan sedikit tegangan induksi kecil
Jumlah lilitan banyak tegangan induksi besar
Melihat pernyataan diatas maka dapat diformulasikan sebagai berikut.
Dimana :
Vp = tegangan primer (volt)
Vs = tegangan sekunder (volt)
Np = jumlah lilitan primer
Ns = jumlah lilitan sekunder
Simbol Transformator
Berdasarkan perbandingan antara jumlah lilitan primer dan jumlah lilitan sekunder transformator ada dua jenis yaitu:
1. Transformator step up yaitu transformator yang mengubah tegangan bolak-balik rendah menjadi tinggi, transformator ini
mempunyai jumlah lilitan kumparan sekunder lebih banyak daripada jumlah lilitan primer (Ns > Np).
Contoh penggunaan :
Tranformator untuk listrik dari tegangan asal 110 V menjadi 220 V
2. Transformator step down yaitu transformator yang mengubah tegangan bolak-balik tinggi menjadi rendah, transformator
ini mempunyai jumlah lilitan kumparan primer lebih banyak daripada jumlah lilitan sekunder (Np > Ns), sehingga
berfungsi sebagai penurun tegangan
Contoh penggunaan : Adaptor AC-DC.
62
Gambar 21. Trafo step down
Pada transformator (trafo) besarnya tegangan yang dikeluarkan oleh kumparan sekunder adalah:
1. Sebanding dengan banyaknya lilitan sekunder (Vs ~ Ns).
2. Sebanding dengan besarnya tegangan primer ( VS ~ VP).
3. Berbanding terbalik dengan banyaknya lilitan primer,
Sehingga dapat dituliskan
Karakteristik transformator
Kerja transformator yang berdasarkan induksi-elektromagnetik, menghendaki adanya plat-plat besi yang akan menjadi
magnet antara rangkaian primer dan sekunder. plat-plat besi magnet ini berupa inti besi tempat melakukan fluks bersama.
Berdasarkan cara melilitkan kumparan pada inti, dikenal dua macam transformator, yaitu tipe batang dan tipe persegi (kotak).
Contoh alat penerapan dari Transformator
 TV
 Komputer
 Mesin foto copy
 Gardu listrik,dll.
a. Transformasi Dengan Arus Searah
Tidak dapat berfungsi dengan arus searah, karena :
 Arus tetap
 Tidak tejadi perubahan medan magnet
 Tidak ada induksi
Bagaimana agar terjadi perubahan medan magnet ?
Dengan memberi saklar pada sambu-ngan primer. Jika saklar dibuka / ditutup ( on
/ off ), maka :
a. Arus primer terputus – putus
b. Ada perubahan medan magnet
c. Terjadi induksi
Contoh penggunaan : Koil untuk sistem pengapian pada kendaraan, tegangan kerja 12 V menjadi 25 – 50 KV .
2. INDUKSI SENDIRI (SELF-INDUCTION EFFECT)
Selanjutnya, apabila arus yang mengalir besarnya berubah-ubah terhadap waktu akan menghasilkan fluks magnetik yang
berubah terhadap waktu. Perubahan fluks magnetik ini dapat menginduksi rangkaian itu sendiri, sehingga di dalamnya timbul
63
ggl induksi. Ggl induksi(gaya gerak listrik)yang diakibatkan oleh perubahan fluks magnetik sendiri dinamakan ggl induksi
diri.Dengan pengertian lain induksi diri adalah induksi yang disebabkan oleh dirinya sendiri pada saat bekerja dan tidak
bekerja.
Medan magnet akan dibangkitkan pada saat arus mengalir melalui kumparan. Akibatnya, EMF (electromotive force)
dibangkitkan dan menghasilkan garis gaya magnet (magnetic flux) dengan arah yang berlawanan dengan pembentukan
garis-garis gaya magnet dalam kumparan (coil). Ofeh karena itu arus tidak akan mengalir seketika pada saat dialirkan ke
kumparan tetapi membutuhkan waktu untuk menaikkan arus tersebut.
sebagai contoh Bunga api yang terjadi pada saat memutuskan suatu sirkuit arus selalu disebabkan karena induksi diri
Gambar 22. Induksi Diri
Ggl terinduksi ini berlawanan arah dengan perubahan fluks. Jika arus yang melalui kumparan meningkat, kenaikan fluks
magnet akan menginduksi ggl dengan arah arus yang berlawanan dan cenderung untuk memperlambat kenaikan arus
tersebut. Dapat disimpulkan bahwa ggl induksi ε sebanding dengan laju perubahan arus yang dirumuskan :
Dimana :
I = Arus mengalir pada rangkaian
t = Waktu arus mengalir
L = konstanta lilitan
dengan I merupakan arus sesaat, dan tanda negatif menunjukkan bahwa ggl yang dihasilkan berlawanan dengan perubahan
arus. Konstanta kesebandingan L disebut induktansi diri atau induktansi kumparan, yang memiliki satuan henry (H), yang
didefinisikan sebagai satuan untuk menyatakan besarnya induktansi suatu rangkaian tertutup yang menghasilkan ggl satu volt
bila arus listrik di dalam rangkaian berubah secara seragam dengan laju satu ampere per detik.Seperti terlihat pada grafik
dibawah ini.
Grafik diatas menunjukkan saat arus listrik sistem (misal sistem audio) dihidupkan akanmengalir sumber tegangan dan arus ke
sistem audio, karena adanya induksi sendiri dari sistem belum hilang mengakibatkan arus listrik pada sistem tidak bisa
maksimum. Agar sistem audio berfungsi maksimal butuh waktu lama sehingga grafik untuk arus jadi melengkung. Saat sistem
listrik (misal sistem audio) dimatikan arus listrik seharusnya hilang dengan cepat karena ada induksi sendiri maka sistem
audio tidak mati dengan cepat.
Atau pengertian lain dari grafik diatas sebagai berikut :
a) Saat stop kontak dipasang , induksi sendiri (self induction) memperlambat arus listrik mencapai maksimum sehingga suara
audio kecil.
64
b) Saat stop kontak dilepas, induksi sendiri memperlambat pemutusan arus listrik, akibat adanya loncatan bunga api pada stop
kontak pemutus dan suara audio tidak mati dengan cepat
2.1. Jenis –Jenis induksi Diri (self indusinpada lilitan) :
a. Induktansi Diri pada Solenoida dan Toroida
Solenoida merupakan kumparan kawat yang terlilit pada suatu pembentuk silinder.Pada kumparan ini panjang pembentuk
melebihi garis tengahnya. Bila arus dilewatkan melalui kumparan, suatu medan magnetik akan dihasilkan di dalam kumparan
sejajar dengan sumbu.
Gambar 23. Solenoida.
Sementara itu, toroida adalah solenoida yang dilengkungkan sehingga sumbunya menjadi berbentuk lingkaran.Induktor
adalah sebuah kumparan yang memiliki induktansi diri L yang signifikan.
Induktansi diri L sebuah solenoida dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan 4 pada induksi elektromagnetik. Medan
magnet di dalam solenoida adalah:
B = μ .n.I
dengan n = N/l, dari persamaan 3. pada induksi elektromagnetik dan (1) akan diperoleh:
Jadi,
karena ΦB = B.A = μ0.N.I.A / l, Perubahan I akan menimbulkan perubahan fluks besar :
Sehingga
65
Dengan:
L = induktansi diri solenoida atau toroida ( H)
μ0 = permeabilitas udara (4 π × 10-7 Wb/Am)
N = jumlah lilitan
l = panjang solenoida atau toroida (m)
A = luas penampang (m2)
b. Energi yang Tersimpan pada Induktor
Energi yang tersimpan dalam induktor (kumparan) tersimpan dalam bentuk medan magnetik. Energi U yang tersimpan di
dalam sebuah induktansi L yang dilewati arus I, adalah:
U = ½ LI2 ............................................................ (5)
Energi pada induktor tersebut tersimpan dalam medan magnetiknya. Berdasarkan persamaan (4), bahwa besar induktansi
solenoida setara dengan B = μ0.N2.A/l, dan medan magnet di dalam solenoida berhubungan dengan kuat arus I dengan B =
μ0.N.I/ Jadi,
=
Maka, dari persamaan (5) akan diperoleh:
.
μ .
Apabila energi pada persamaan (6) tersimpan dalam suatu volume yang dibatasi oleh lilitan Al, maka besar energi per satuan
volume atau yang disebut kerapatan energi, adalah:
2.2. INDUKTANSI BERSAMA
Apabila dua kumparan saling berdekatan, seperti pada Gambar 4, maka sebuah arus tetap I di dalam sebuah kumparan akan
menghasilkan sebuah fluks magnetik Φ yang mengitari kumparan lainnya, dan menginduksi ggl pada kumparan tersebut.
66
Gambar 24. Perubahan arus di salah satu kumparan akan menginduksi arus pada kumparan yang lain
Menurut Hukum Faraday, besar ggl ε2 yang diinduksi ke kumparan tersebut berbanding lurus dengan laju perubahan fluks
yang melewatinya. Karena fluks berbanding lurus dengan kumparan 1, maka ε2 harus sebanding dengan laju perubahan arus
pada kumparan 1, dapat dinyatakan:
Dengan M adalah konstanta pembanding yang disebut induktansi bersama.Nilai M tergantung pada ukuran kumparan, jumlah
lilitan, dan jarak pisahnya.
Induktansi bersama mempunyai satuan henry (H), untuk mengenang fisikawan asal AS, Joseph Henry (1797 - 1878). Pada
situasi yang berbeda, jika perubahan arus kumparan 2 menginduksi ggl pada kumparan 1, maka konstanta pembanding akan
bernilai sama, yaitu:
Induktansi bersama diterapkan dalam transformator, dengan memaksimalkan hubungan antara kumparan primer dan
sekunder sehingga hampir seluruh garis fluks melewati kedua kumparan tersebut.
PERMASALAHAN
Contoh Soal 1 :
Sebuah kumparan mempunyai induktansi diri 2,5 H. Kumparan tersebut dialiri arus searah yang besarnya 50 mA. Berapakah
besar ggl induksi diri kumparan apabila dalam selang waktu 0,4 sekon kuat arus menjadi nol?
Penyelesaian:
Diketahui:
L = 2,5 H Δt = 0,4 s
I1 = 50 mA = 5 × 10-2 A
I2 = 0
Ditanya: ε = ... ?
Pembahasan :
Contoh Soal 2 :
Sebuah induktor terbuat dari kumparan kawat dengan 50 lilitan. Panjang kumparan 5 cm dengan luas penampang 1 c m2.
Hitunglah:
a. induktansi induktor,
b. energi yang tersimpan dalam induktor bila kuat arus yang mengalir 2 A!
Penyelesaian:
Diketahui:
67
N = 50 lilitan
L = 5 cm = 5 × 10-2 m
A = 1 cm2 = 10-4 m2
Ditanya:
a. L = ... ?
b. U jika I = 2 A ... ?
Pembahasan :
Contoh Soal 3 :
Untuk menyalakan lampu 10 volt dengan tegangan listrik dari PLN 220 volt digunakan transformator step down. Jika jumlah
lilitan primer transformator 1.100 lilitan, berapakah jumlah lilitan pada kumparan sekundernya ?
Penyelesaian:
Diketahui:
Vp = 220 V
Vs = 10 V
Np = 1100 lilitan
Ditanyakan: Ns = ........... ?
Jawab:
Jadi, banyaknya lilitan sekunder adalah 50 lilitan
68
BAB VII MACAM-MACAM JENIS, UKURAN KABEL, TERMINAL DAN PENGGUNAANNYA
A. KOMPETENSI DASAR DAN PENGALAMAN BELAJAR
KOMPETENSI DASAR
Setelah mengikuti pembelajaran dengan kompetensi
dasar-dasar Listrik siswa dapat :
1. Menghayati dan Mengamalkan perilaku jujur,
disiplin, tanggung jawab, peduli (gotong royong,
kerjasama, toleran, damai), santun, responsif dan
proaktif dan menunjukan sikap sebagai bagian dari
solusi atas berbagai permasalahan dalam
berinteraksi secara efektif dengan lingkungan
sosial dan alam serta dalam menempatkan diri
sebagai cerminan bangsa dalam pergaulan dunia.
2. Memahami besaran listrik, hukum Ohm dan
Kirchof padar listrik otomotip
3. Menerapkan Dasar Listrik pada rangkaian seri,
paralel dan gabungan
PENGALAMAN BELAJAR
Dari pembelajaran kompetensi dasar-dasar Listrik siswa
mendapatkan pengalaman belajar :
1. Mengkomunikasikan dalam macam - macam Jenis,
ukuran kabel, terminal dan penggunaannya
2. Mengamati
simulsi
terkait
materi
dan
Mengeksplorasi macam-macam jenis, ukuran kabel,
terminal dan penggunaannya
3. Mengamati simulsi terkait materi pokok besaran
listrik dan Mengeksplorasi induksi sendiri, mutual
pada kemagnitan
4. Mengkomunikasikan macam-macam jenis, ukuran
kabel, terminal dan penggunaannya
KABEL / WIRING
B. PETA KONSEP
C. MATERI BELAJAR
KABEL
Wiring harness adalah kumpulan dari satu atau lebih
wire dengan beberapa part untuk mengalirkan arus listrik agar
sistem sistem pada kendaraan bisa bekerja. wiring harness pada
kendaraan kecil sebagai contoh sepeda motor, mobil dan
kendaraan berat tentu akan berbeda tergantung dari engine yang
digunakan. Sebagai contoh untuk sepeda motor agar bisa
berjalan pada sistem kelistrikan membutuhkan rangkaian
pengapian untuk mesin diesel tentu tidak menggunakan sistem
pengapian untuk menghidupkan kendaraan. Jaringan kabel
(wiring harness) adalah sekelompok kabel – kabel dan kawat
yang masing – masing terisolasi, menghubungkan ke komponen
– komponen , dan melindungi komponen – komponen sirkuit , dan sebagainya, kesemuanya disatukan dalam satu unit untuk
mempermudah dihubungkan antara komponen – komponen kelistrikan dari suatu kendaraan.
Untuk itu sistem waring sangat penting untuk menjalankan kendaraan. Kabel adalah media penghantar untuk
menyalurkan arus listrik, data, maupun informasi melalui media konduktor terbaik berupa bahan logam atau bahan lainya,
tergantung dari jenis kabel tersebut. Pembungkus kabel yang merupakan isolator terbuat dari bahan plastik lentur atau karet
dengan fungsi sebagai pelindung fisik dari kerusakan berupa bunga api, benturan, air dan lain-lain. Pada jenis kabel tertentu,
bagian pembungkus ini dilengkapi juga dengan pembungkus yang melindungi dari interferensi elektromagnetik. Masing –
masing jaringan kabel (wiring harness) yang ada pada kendaraan baik kendaraan kecil (sepeda motor), kendaraan ringan
(mobil) dan kendaraan pada alat berat (excavator, doser dll), terbagi menjadi 3 (tiga ) bagian penting terdiri dari item
berikutini :
KONEKTOR
TERMINAL
69
1. KABEL
Jaringan kabel (wiring harness) adalah sekelompok kabel – kabel yang masing–masing terisolasi, menghubungkan ke komponen –
komponen , dan melindungi komponen – komponen sirkuit pada masing-masing sistem. Kabel yang digunakan pada kendaraan
(sepeda motor, mobil, truk, excavator, doser dsb) dikategorikan sebagai Auto-Cable. Yaitu kabel yang spesifikasinya disesuaikan
dengan keperluan kendaraan pada umumnya, dengan tegangan kerja 12/24 volt DC. Tidak seperti kabel lainnya, Auto-Cable diukur
dari diameter luar keseluruhan atau tebal kabel.
1.1. FUNGSI KABEL
Kabel yang digunakan pada kendaran berfungsi untuk :
1. Penghantar arus listrik bertenaga besar (Power Cable)
Kabel ini digunakan untuk menyalurkan arus yang besar yang berasal dari tegangan baterai, ukuran diameter kabel
yang digunakan harus besar.
Contoh penggunaan :
Kabel baterai ke motor stater(kode warna merah)
Kabel massa kendaraan(kode warna hitam)
2.
Penghantar arus listrik dan data informasi.
Kabel ini digunakan untuk menyalurkan arus yang kecil yang berasal dari tegangan baterai, ukuran diameter kabel
yang digunakan harus kecil yang sesuaikan dengan kebutuhan pada sistem kelistrikan pada kendaraan. Sebagai
contoh antara kabel yang digunakan untuk menggerakan motor stater dan sistem pengapian. Diameter kabel yang
digunakan untuk menggerakkan motor stater harus besar karena motor stater bekerja membutuhkan arus yang
besar. Motor stater akan menghisap sumber arus 60 -70 % dari kapasitas baterai. sebagai contoh bila kita
menggunakan baterai dengan kapasitas baterai 40 AH, saat bekerja motor stater menghisap sumber arus 70% X 40
AH. Sehingga arus untuk motor stater 24 A. Bila kita menggunakan kabel kecil berakibat isolator kabel meleleh
terbakar.
Contoh penggunaan :
Kabel sistem pengapian (kode warna lihat handbook masing kendaraan)
Kabel sistem penerangan (kode warna lihat handbook masing kendaraan)
Kabel sistem power window (kode warna lihat handbook masing kendaraan)
Kabel sistem AC dll (kode warna lihat handbook masing kendaraan)
Kabel penghantar data informasi digunakan untuk menyalurkan arus yang kecil yang berasal dari sistem kontrol
elektronik. Kabel jenis ini harus khusus dan terlindungi dari listrik yang mengandung elektromagnetik. Kabel
penghantar data informasi digunakan pada kendaraan yang memiliki sistem yang sudah modern sebagai contoh
kendaraan yang menggunakan sistem elektronik. Kendaraan yang menggunakan sistem EFI (Electronic Fuel
Injektion) dan CR (CammodRail) agar mesin bisa bekerja maka sinyal-sinyal elektronik (sensor engine) mengirim
data-data ke kontrol unit. Kontrol unit akan mengola data dan memberi sumber tegangan balik ke injektor. Bila
kabel tidak terlindungi dari medan magnit akibat sistem lain bekerja maka berakibat data informasi akan kacau
yang akan diberikan ke injektor dan sistem tidak bekerja normal.
Contoh Penggunaan data dan informasi :
Kabel Pengirim sinyal (sensor) ABS (antilck Brake System)
Kabel pengirim sinyal putaran mesin (crank sensor)
Kabel pengirim Detonasi mesin, dsb.
70
1.2. KOMPONEN KABEL
Komponen-komponen penting yang ada pada kabel diantaranya :
1.
Penghantar (Konduktor) adalah media untuk menghantarkan arus listrik
2.
Isolator adalah bahan dielektrik untuk mengisolasi dari penghantar yang satu terhadap yang lain dan juga terhadap
lingkungan disekelilingnya yang mengandung elektromagnetis.
3.
Pelindung luar adalah bahan yang memberikan perlindungan terhadap kerusakan mekanis, pengaruh bahan-bahan kimia
elektrolysis, api atau pengaruh pengaruh luar lainnya yang merugikan.
Gambar 25. bagian-bagian kabel
Macam-macam kabel yang digunakan pada kendaraan dibedakan menjadi 3 (tiga) bagian :
Kawat tegangan rendah
Kawat tegangan tinggi (pada sistem kelistrikan mesin)
Kabel-kabel yang diisolasi
Beberapa tipe kawat dan kabel dibuat dengan tujuan untuk digunakan dalam beberapa kondisi yang berbeda (besarnya arus yang
mengalir, temperatur, penggunaan dan lain-lain).
Kabel Bertegangan Rendah
Sebagian besar kawat dan kabel yang terdapatdalam kendaraanadalah kabel yang bertegangan rendah (low-voltage wire). Masingmasing kabel bertegangan rendah terdiri dari elemen kabel dan isolasinya. Elemen kabel ini berfungsi sebagai konduktor untuk
mengalirkan sumber tegangan listrik yang akan digunakan ke sistem-sistem pada kendaraan. Isolasi berfungsi sebagai pelindung luar
dan hubungan singkat antar kabel saat disatukan dengan sistem kelistrikan lain.
Contoh penggunaan kabel bertegangan rendah :



kabel positip dan negatip koil
Kabel penggerak motor wiper
kabel penggerak klakson dll
Gambar 26. Bagian Kabel tegangan rendah
Kawat tegangan tinggi (pada sistem pengapian)
Untuk mengalirkan arus listrik yang bertegangan tinggi dihasilkan oleh ignition coil ke busi melalui distributor tanpa adanya
kebocoran, dipakai kabel tegangan tinggi. Kabel yang disebut high tension cord ini memiliki konstruksi yang andal untuk tetap
bekerja prima pada tegangan tinggi.Kabel dibangun dari berbagai lapisan bahan. Kabel inti penghantar atau coredibungkus dengan
insulator karet yang tebal. Selanjutnya, insulator karet (rubber insulator) dilapisi oleh pembungkus (sheath).Bagian
kabel resistive dibuat dari bahan fiberglass yang dicampur dengan karbon dan karet sintetis. Ini dilakukan agar memberikan
71
peregangan yang cukup kuat untuk meredam gangguan bunyi pengapian (interfensi) pada radio/tape.
Gambar 27. bagian kabel bertegangan tinggi
Pada setiap permukaan pembungkus, dicetak tanda tahanan sebagai ciri bahwa inti dari kabel tegangan tinggi adalah kabel
bertahanan (resistive wire).
Yang penting diperhatikan, saat melepas kabel tegangan tinggi, pegang dan tariklah selalu pada bagian tutupnya. Jangan sekali-kali
memegang dan menarik pembungkusnya. Alasannya, itu dapat mengakibatkan kabel terlepas dari tutupnya dan bisa merusak kabel.
Misalnya putus pada inti yang mengakibatkan arus listrik tidak dapat mengalir sempurna ke busi. Imbasnya kinerja sistem pengapian
mobil menjadi tidak optimal lagi.
Gambar 28. Kabel Yang Diisolasi
Kabel yang diisolasi (shielded cable) digunakan, pada saluran kabel antene radio, ignition signal line,oxygen sensor signal line, dan
lain sebagainya.Hanya kelistrikan yang bertegangan rendah dan arus rendah yang mengalir melalui signal line ini.signal dapat lebih
mudah terpengaruh oleh gangguan yang ditimbulkan (suara dari switch saat ON/OFF, suara pengapian dan sebagainya). Oleh sebeb
itu, kabel yang diisolasi yang dirancang untuk mencegah gangguan yang ditimbulkan sumber dari luar dan digunakan untuk signal
line
1.3. UKURAN KABEL
Kabel adalah suatu komponen yang digunakan untuk menghubungkan komponen satu dengan komponen yang lainnya yang terbuat
dari tembaga dan diberi isolasi supaya tidak terjadi konseleting.
Kabel yang digunakan pada kendaraan (mobil, motor, truk dsb) dikategorikan sebagai Auto-Cable. Yaitu kabel yang spesifikasinya
disesuaikan dengan keperluan kendaraan pada umumnya, dengan tegangan kerja 12 / 24 volt DC. Tidak seperti kabel lainnya, AutoCable diukur dari diameter luar keseluruhan atau tebal kabel.
Diameter kabel terdiri atas berbagai ukuran. Penggunaan kabel berbeda-beda ukurannya, bergantung pada berapa besar arus yang
mengalir. Bila arus yang mengalir besar, berarti harus menggunakan kabel yang berdiameter besar, tetapi bila arus yang mengalir
kecil, cukup menggunakan kabel yang berdiameter kecil. Untuk lebih jelasnya lihat tabel dibawah ini
72
Cara pembacaan tabel, untuk sumber tegangan 12 V untuk pemakaian arus 5 A dengan daya listrik yang digunakan 30 Watt maka
butuh diameter kabel 0,8 mm.
Gambar 29. Jenis kabel
Perancang kendaraan khususnya teknisi listrik (electrical) sudah memperhitungkan kabel dengan tebal berapa yang digunakan untuk
tiap fungsi di kendaraan tersebut. Tentunya dengan memperhitungkan juga panjang kabel yang dibutuhkan untuk menyambung satu
titik komponen ke komponen lainnya.
Semakin panjang kabel, akan ada kerugian tegangan yang diakibatkan adanya resistansi pada kawat konduktornya. Kawat yang
digunakan umumnya ada dua macam, yaitu berbahan dasar Tembaga murni dan Aluminium. kabel-kabel dengan panjang yang sama,
namun dengan ketebalan yang berbeda, menghasilkan tegangan output yang berbeda.Yang terbaik adalah yang berbahan dasar
tembaga.
Gambar 30. Penampang Kabel.
73
Dari tabel dibawah ini, misalnya kabel dengan ukuran 1 mm² pada temperatur 20º C : penghantarnya memiliki resistansi sebesar 23.4
ohm setiap 1 km panjang kabel dan penyekatnya memiliki resistansi sebesar 51 M ohm setiap 1 km panjang kabel.
Tabel pengaruh suhu terhadap tahanan per Km
Komponen-komponen pelindung Kabel
Auto-cable mempunyai isolasi yang dirancang cukup tahan terhadap suhu panas dan minyak/oli. Sehingga tidak mengganggu
kemampuan untuk melindungi kawat di dalamnya. Jika mudah meleleh atau bereaksi dengan minyak/oli maka bisa menyebabkan
short-circuit atau korslet. Komponen-komponen pelindung digunakan untuk melindungi kawat dan kabel, yang membungkusi kabel
agar terlindung dari benturan,panas, gangguan elektromagnetik kotoran,air dan lain-lain. Komponen pelindung ini harus terpasang
dengan baik agar sistem kelistrikan yang dibungkus (dilindungi) bisa berfungsi dengan baik.
Macam-macam komponen pelindung kabel antara lain :
Isolasi
Isolasi tersebut biasa disebut rubber tape, berbahan karet yang lentur dan memiliki lem perekat khusus bernama Etilen linerless
Propylene Rubber (EPR), memiliki kemampuan tahan panas. Sehingga kabel-kabel yang dibungkusnya tak cepat rusak. Rubber tape
banyak merek. Ada 3M Scotch, Plymouth, Omega dan lainnya. Untuk produk biasa berukuran 19 mm x 9,1 m x 0,7 mm.
Gambar 31. Isolasi
Selang bakar (Cable shrink)
Selang pembungkus ini terbuat dari bahan plastik yang mudah menyusut bila terkena panas, tahan panas setelah terjadi penyusutan.
Penyusutan selang bakar mengacu berapa kali lebih kecil kabel, sebagai contoh ukuran selang bakar 3 mm : 1 mm saat dibakar akan
menyusut menjadi 1/3 dari ukuran aslinya.
Gambar 32. Selang bakar
Selang kabel
74
Selang ini terbuat plastik yang keras dan tidak mudah berubah bentuk saat terjadi benturan, bentuk selang ini melingkar-lingkar.
Gambar 33. Selang kabel
2. KOMPONEN-KOMPONEN PENGHUBUNG
Jaringan kabel dibagi dalam beberapa bagian untuk lebih memudahkan dalam pemasangan pada kendaraan. Bagian jaringan kabel
dihubungkan kesalah satu bagian oleh komponen penghubung sehingga komponen kelistrikan dan elektronik dapat berfungsi seperti
yang direncanakan.
2.1. Junction Block dan Relay Block
Junction block (J/B) adalah salah satu kotak (Block) dengan connector yang dikelompokkan bersama-sama untuk sirkuit kelistrikan.
Pada umumnya terdiri dari bus bars dalam bentuk cetakan papan sirkuit (PCB) dengan sekring, relay, circuit breaker dan alat lain
terpasang di dalamnya.Relay block (R/B) sama dengan junction block, tetapi tidak memiliki bus bar atau centralized connecting
function lainya
Gambar 34. Kotak Sekering
2.2. Terminal Kabel (sepatu kabel)
Terminal kabel berfungsi sebagai penghubung antara kabel satu dengan kabel yang lain, sehingga terbentuk satu kesatuan yang utuh
dari sebuah kabel.
Jenis terminal berdasarkan penggunaanya :
Terminal massa dibedakan berdasarkan diameter kabel menjadi :
Gambar 35. terminal kabel
Terminal penghubung Kabel dibedakan berdasar diameter kabel
75
Gambar 36. terminal penghubung Kabel
2.3. Konektor
Konektor digunakan untuk menghubungkan kelistrikan antara dua jaringan kabel atau antara sebuah jaringan kabel dan sebuah
komponen.
Gambar 37. Konektor dari kabel ke komponen
Jenis -jenis Konektor
Dilihat dari hubungan terpasang Mengenal istilah konektor laki-laki dan konektor perempuan, karena bentuk terminalnya berbeda.
Agar hubungan antar konektor tidak lepas saat pemasangan maka semua konektor dilihat padaluar konektor terdapat pengunci di
bagian atas.
Gambar 38. Konektor
Jumlah pin kabel yang terpasang. Dibagi menjadi :
a. Satu Pin
b. Dua pin
c. Tiga pin
d. Multi pin
76
Gambar 39. Pin Kabel Konektor
Gambar 40. Jumlah Pin konektor
2.4. Baut Massa
Baut massa (ground bolt) adalah baut khusus untuk menjamin massa yang dapat dipercaya dari jaringan kabel dan komponen listrik
lainya ke bodi. Contoh berikut ini beberapa buah baut massa yang banyak digunakan
Baut dengan washer yang tidak dapat dilepas (mati)
Gambar 41. Baut Washer
Note : “PERBEDAAN BAUT MASSA”
Permukaan baut massa ditandai dengan crom hijau setelah diproses secara listrik untuk mencegah oksidasi. Model baut ini
mudah dibedakan dengan baut biasa oleh adanya warna hitam kehijauan
3. KOMPONEN-KOMPONEN PELINDUNGI SIRKUIT
Sekring,fusible link dan circuit breaker digunakan sebagai komponen-komponen yang melindungi sirkuit. Barang-barang ini
disisipkan ke dalam sirkuit kelistrikan dan sistem kelistrikan untuk melindungi kabel kabel dan connector yang digunakan dalam
sirkuit untuk mencegah timbulnya kebakaran oleh arus yang berlebihan atau hubungan singkat.
3.1. Sekring (FUSE)
Fungsi
Sekring (fuse) ditempatkan pada bagian tengah sirkuit kelistrikan. Bila arus yang berlebihan melalui sirkuit, maka sekring akan
berasap atau terbakar, itu adalah elemen dalam sekring yang mencair, sehingga sistem sirkuit terbuka dan mencegah komponenkomponen lain dari kerusakan disebabkan arus yang berlebihan.
Tipe Sekring
Tipe sekring dikelompokkan ke dalam tipe sekring blade dan tipe sekring cartridge.
77
Gambar 42. sekring jenis blade (a) dan sekring jenis cartridge (b)
Tipe ini paling banyak digunakan. Tipe sekring blade dirancang lebih kompak dengan elemen metal dan rumah pelindung yang
tembus pandang, diberi kode warna untuk masing-masing tingkatan arus (5A-30A).
Identifikasi Sekring
Tabel Arus sekering
Kapasitas Sekring (A)
Identifikasi Warna
5
Coklat kekuning-kuningan
7,5
Coklat
10
Merah
15
Biru
20
Kuning
25
Tidak berwarna
30
Hijau
3.2. Fusible Link
Fungsi dan Konstruksinya
Fungsi dan konstruksi fusible link sama dengan sekring. Perbedaan utama pada fusible link adalah dapat digunakan untuk arus yang
lebih besar karena ukurannya lebih besar dan mempunyai elemen yang lebih tebal.
Seperti juga sekring, fusible link juga dapat terbakar atau putus, dan harus diganti dengan yang baru. Fusible link diklasifikasikan
kedalam tipe Link dan tipe cartridge.
Fusible Link Tipe Cartridge
Fusible link tipe cartridge dilengkapi dengan terminal dan bagian sekring dalam satu unit. Rumahnya diberi kode untuk masingmasing tingkatan arus.
Tabel Arus pada Fusible link
Kapasitas Fusible
Link (A)
Persamaan Luas
Penampang pada Fusible
Link
Identifikasi Warna
30
0.3
Merah Muda
40
0.5
Hijau
50
0.85
Merah
78
60
1.0
Kuning
80
1.25
Hitam
100
2.0
biru
3.3. Circuit Breaker
Circuit Breaker digunakan sebagai pengganti sekring untuk melindungi dari kesulitan pengiriman tenaga dalam sirkuit, seperti power
window, sunroof dan sirkuit pemanas (heater).
Konstruksi
Prinsip dasar dari circuit breaker terdiri dari sebuah lempengan bimetal yang dihubungkan pada kedua terminal dan satu diantaranya
bersentuhan.
Gambar 43. Circuit Breaker
LATIHAN EVALUASI
Sebutkan Macam-macam kabel yang digunakan pada kendaraan ?
Sebutkan jenis kabel yang digunakan pada sistem pengapian di kendaraan ?
Sebutkan dan jelaskan nama-nama komponen pada kabel ?
Sebutkan dimana penggunaan kabel tegangan rendah berarus besar ?
79
DAFTAR PUSTAKA
 Modul Sistem Pengapian Konvensional , P4TK / VEDC Malang
 Modul Sistem Listrik, P4TK / VEDC Malang
 New Step 1 Training Manual, Toyota
 Sistem Pengapian Training Manual, Toyota
 Buku diklat Training Manual, KPC
80