Teori Dasar Listrik

Teori Dasar Listrik

15:22  HaGe  15Komentar

Artikel kali ini lebih saya tujukan kepada orang awam yang ingin mengenal dan mempelajari teknik listrik ataupun bagi mereka yang sudah berkecimpung di dalam teknik elektro untuk sekedar mengingat kembali teori-teori dasar listrik.

1. Arus Listrik

adalah mengalirnya elektron secara terus menerus dan berkesinambungan pada konduktor akibat perbedaan jumlah elektron pada beberapa lokasi yang jumlah elektronnya tidak sama. satuan arus listrik adalah Ampere.

Arus listrik bergerak dari terminal positif (+) ke terminal negatif (-), sedangkan aliran listrik dalam kawat logam terdiri dari aliran elektron yang bergerak dari terminal negatif (-) ke terminal positif(+), arah arus listrik dianggap berlawanan dengan arah gerakan elektron.

Gambar 1. Arah arus listrik dan arah gerakan elektron.

“1 ampere arus adalah mengalirnya elektron sebanyak 624x10^16 (6,24151 × 10^18) atau sama dengan 1 Coulumb per detik melewati suatu penampang konduktor” 

Formula arus listrik adalah:

I = Q/t (ampere)

Dimana:
I = besarnya arus listrik yang mengalir, ampere
Q = Besarnya muatan listrik, coulomb
t = waktu, detik

2. Kuat Arus Listrik

Adalah arus yang tergantung pada banyak sedikitnya elektron bebas yang pindah melewati suatu penampang kawat dalam satuan waktu.

Definisi : “Ampere adalah satuan kuat arus listrik yang dapat memisahkan 1,118 milligram perak dari nitrat perak murni dalam satu detik”.

Rumus – rumus untuk menghitung banyaknya muatan listrik, kuat arus dan waktu:

Q = I x t
I = Q/t
t = Q/I

Dimana :
Q = Banyaknya muatan listrik dalam satuan coulomb
I = Kuat Arus dalam satuan Amper.
t = waktu dalam satuan detik.

“Kuat arus listrik biasa juga disebut dengan arus listrik”

“muatan listrik memiliki muatan positip dan muatan negatif. Muatan positip dibawa oleh proton, dan muatan negatif dibawa oleh elektro. Satuan muatan ”coulomb (C)”, muatan proton +1,6 x 10^-19C, sedangkan muatan elektron -1,6x 10^-19C. Muatan yang bertanda sama saling tolak menolak, muatan bertanda berbeda saling tarik menarik”
3. Rapat Arus

Difinisi :
“rapat arus ialah besarnya arus listrik tiap-tiap mm² luas penampang kawat”.



Gambar 2. Kerapatan arus listrik.

Arus listrik mengalir dalam kawat penghantar secara merata menurut luas penampangnya. Arus listrik 12 A mengalir dalam kawat berpenampang 4mm², maka kerapatan arusnya 3A/mm² (12A/4 mm²), ketika penampang penghantar mengecil 1,5mm², maka kerapatan arusnya menjadi 8A/mm² (12A/1,5 mm²).

Kerapatan arus berpengaruh pada kenaikan temperatur. Suhu penghantar dipertahankan sekitar 300°C, dimana kemampuan hantar arus kabel sudah ditetapkan dalam tabel Kemampuan Hantar Arus (KHA).



Tabel 1. Kemampuan Hantar Arus (KHA)

Berdasarkan tabel KHA kabel pada tabel diatas, kabel berpenampang 4 mm², 2 inti kabel memiliki KHA 30A, memiliki kerapatan arus 8,5A/mm². Kerapatan arus berbanding terbalik dengan penampang penghantar, semakin besar penampang penghantar kerapatan arusnya mengecil.

Rumus-rumus dibawah ini untuk menghitung besarnya rapat arus, kuat arus dan penampang kawat:

J = I/A
I = J x A
A = I/J

Dimana:
J = Rapat arus [ A/mm²]
I = Kuat arus [ Amp]
A = luas penampang kawat [ mm²]


4. Tahanan dan Daya Hantar Penghantar

Penghantar dari bahan metal mudah mengalirkan arus listrik, tembaga dan aluminium memiliki daya hantar listrik yang tinggi. Bahan terdiri dari kumpulan atom, setiap atom terdiri proton dan elektron. Aliran arus listrik merupakan aliran elektron. Elektron bebas yang mengalir ini mendapat hambatan saat melewati atom sebelahnya. Akibatnya terjadi gesekan elektron denganatom dan ini menyebabkan penghantar panas. Tahanan penghantar memiliki sifat menghambat yang terjadi pada setiap bahan.

Tahanan didefinisikan sebagai berikut :

“1 Ω (satu Ohm) adalah tahanan satu kolom air raksa yang panjangnya 1063 mm dengan penampang 1 mm² pada temperatur 0° C"

Daya hantar didefinisikan sebagai berikut:

“Kemampuan penghantar arus atau daya hantar arus sedangkan penyekat atau isolasi adalah suatu bahan yang mempunyai tahanan yang besar sekali sehingga tidak mempunyai daya hantar atau daya hantarnya kecil yang berarti sangat sulit dialiri arus listrik”.

Rumus untuk menghitung besarnya tahanan listrik terhadap daya hantar arus:

R = 1/G
G = 1/R

Dimana :
R = Tahanan/resistansi [ Ω/ohm]
G = Daya hantar arus /konduktivitas [Y/mho]



Gambar 3. Resistansi Konduktor

Tahanan penghantar besarnya berbanding terbalik terhadap luas penampangnya dan juga besarnya tahanan konduktor sesuai hukum Ohm.

“Bila suatu penghantar dengan panjang l , dan diameter penampang q serta tahanan jenis ρ (rho), maka tahanan penghantar tersebut adalah” :

R = ρ x l/q

Dimana :
R = tahanan kawat [ Ω/ohm]
l = panjang kawat [meter/m] l
ρ = tahanan jenis kawat [Ωmm²/meter]
q = penampang kawat [mm²]

faktot-faktor yang mempengaruhi nilai resistant atau tahanan, karena tahanan suatu jenis material sangat tergantung pada :
• panjang penghantar.
• luas penampang konduktor.
• jenis konduktor .
• temperatur.

"Tahanan penghantar dipengaruhi oleh temperatur, ketika temperatur meningkat ikatan atom makin meningkat akibatnya aliran elektron terhambat. Dengan demikian kenaikan temperatur menyebabkan kenaikan tahanan penghantar"


5. potensial atau Tegangan

potensial listrik adalah fenomena berpindahnya arus listrik akibat lokasi yang berbeda potensialnya. dari hal tersebut, kita mengetahui adanya perbedaan potensial listrik yang sering disebut “potential difference atau perbedaan potensial”. satuan dari potential difference adalah Volt.

“Satu Volt adalah beda potensial antara dua titik saat melakukan usaha satu joule untuk memindahkan muatan listrik satu coulomb”

Formulasi beda potensial atau tegangan adalah:

V = W/Q [volt]

Dimana:
V = beda potensial atau tegangan, dalam volt
W = usaha, dalam newton-meter atau Nm atau joule
Q = muatan listrik, dalam coulomb


RANGKAIAN LISTRIK

Pada suatu rangkaian listrik akan mengalir arus, apabila dipenuhi syarat-syarat sebagai berikut :
1. Adanya sumber tegangan
2. Adanya alat penghubung
3. Adanya beban



Gambar 4. Rangkaian Listrik.

Pada kondisi sakelar S terbuka maka arus tidak akan mengalir melalui beban . Apabila sakelar S ditutup maka akan mengalir arus ke beban R dan Ampere meter akan menunjuk. Dengan kata lain syarat mengalir arus pada suatu rangkaian harus tertutup.

1. Cara Pemasangan Alat Ukur.
Pemasangan alat ukur Volt meter dipasang paralel dengan sumber tegangan atau beban, karena tahanan dalam dari Volt meter sangat tinggi. Sebaliknya pemasangan alat ukur Ampere meter dipasang seri, hal inidisebabkan tahanan dalam dari Amper meter sangat kecil.

“alat ukur tegangan adalah voltmeter dan alat ukur arus listrik adalah amperemeter”
2. Hukum Ohm 
Pada suatu rangkaian tertutup, Besarnya arus I berubah sebanding dengan tegangan V dan berbanding terbalik dengan beban tahanan R, atau dinyatakan dengan Rumus :

I = V/R
V = R x I
R = V/I

Dimana;
I = arus listrik, ampere
V = tegangan, volt
R = resistansi atau tahanan, ohm

• Formula untuk menghtung Daya (P), dalam satuan watt adalah:
P = I x V
P = I x I x R
P = I² x R

3. HUKUM KIRCHOFF 

Pada setiap rangkaian listrik, jumlah aljabar dari arus-arus yang bertemu di satu titik adalah nol (ΣI=0).



Gambar 5. loop arus“ KIRChOFF “

Jadi:
I1 + (-I2) + (-I3) + I4 + (-I5 ) = 0
I1 + I4 = I2 + I3 + I5

semoga bermanfaat,

Hukum Ohm Dan Rangkaian Seri – Paralel

13 August 2010 — Eko Purnomo

1 Vote

Hukum Ohm menyatakan:

“Besarnya kuat arus (I) yang melalui konduktor antara dua titik berbanding lurus dengan beda potensial atautegangan(V) di dua titik tersebut, danberbanding terbalik dengan hambatanatau resistansi(R) di antara mereka”

Dengan kata lain bahwa besar arus listrik(I) yang mengalir melalui sebuah hambatan (R) selalu berbanding lurus dengan beda potensial(V) yang diterapkan kepadanya.

Ilustrasi Hukum Ohm

Hukum Ohm dikemukakan oleh Georg Simon Ohm, fisikawan dari Jerman pada tahun 1825. Hukum Ohm kemudian dipublikasikan pada tahun 1827 melalui sebuah paper yang berjudul “The Galvanic Circuit Investigated Mathematically“.

Berikut ini contoh penerapan Hukum Ohm untuk menghidupkan lampu LED.

Penerapan Hukum Ohm

Menghitung Resistor Seri

Pada rangkaian beberapa resistor yang disusun seri, maka dapat diperoleh nilai resistor totalnya dengan menjumlahsemua resistor yang disusun seri tersebut. Hal ini mengacu pada pengertian bahwanilai kuat arus disemua titik pada rangkaian seri selalu sama.

Rangkaian Resistor Seri

Menghitung Resistor Paralel

Pada rangkaian beberapa resistor yang disusun secara paralel, perhitungan  nilai resistor totalnya mengacu pada  pengertian bahwa besar kuat arus yangmasuk ke percabangan sama denganbesar kuat arus yang keluar dari percabangan (I in = I out). Dengan mengacu pada perhitungan Hukum Ohm maka dapat diperoleh rumus sebagai berikut.

Rangkaian Resistor Paralel

Menghitung Kapasitor Seri

Pada rangkaian kapasitor yang disusun seri maka nilai kapasitor totalnya diperoleh dengan perhitungan berikut.

Rangkaian Kapasitor Seri

Menghitung Kapasitor Paralel

Pada rangkaian beberapa kapasitor yang disusun secara paralel maka nilai kapasitor totalnya adalah penjumlahan dari semua nilai kapasitor yang disusun paralel tersebut.

Rangkaian Kapasitor Paralel

Pengertian Arus Listrik AC & DC

Semua orang tahu ada dua jenis arus listrik AC & DC, namun yang disayangkan kebanyakan orang cuma tahu saja bukan mengerti, dan yang parahnya lagi pada umum orang tahu dan membedakan arus listrik AC dan DC itu adalah,.. Bawhwa arus AC bisa nyetrum/kesetrum (tersengat) mungkin bisa mati dan konslet bisa kebakar (kubakaran) sedangkan pada arus DC adalah hal yg sebaliknya, umum orang mengatakan aman dari kesetrum dan konlesting.
Sebenernya ga jauh beda juga sih,.. dengan diri saya,.. cuma saya sedikit ngerti tapi belum paham apa itu AC DC, dengan bantuan mbah Google, saya coba Search,.. akhirnya ketemulah di blog tetangga yang kebetulan memposting tentang pengertian AC dan DC. Sedikit termenung saat saya membaca, saya terlempar jauh ke masa 15th yang lalu, dimana kala waktu itu aku masih sekolah celana pendek baju putih celana biru.
Sambil sedikit ketawa kecut saya coba terus baca... dan akhirnya sekarang paham juga apa itu arus AC dan DC dan apa itu sumber listrik.

Beberapa sumber listrik (terutama, generator elektro-mekanik rotary) secara alami menghasilkan teganggan bergantian dalam polaritas, membalikkan positif dan negatif dari waktu ke waktu.  Baik sebagai polaritas teganggan switching atau sebagai arah switching arus bolak-balik, seperti ini “” listrik dikenal sebagai (AC) Alternating Current.

Sedangkan yang di sebut dengan DC (Direct Current ) adalah listrik yang mengalir ke arah yang konstan astau satu arah, dan / atau memiliki teganggan dengan polaritas konstan/satuarah. DC adalah jenis listrik dibuat oleh baterai (dengan terminal positif dan negatif pasti), atau jenis biaya yang dihasilkan dengan menggosokkan beberapa jenis bahan terhadap satu sama lain

.

 Gambar Arus AC & DC

Simbol baterai akrab digunakan sebagai simbol generik untuk setiap sumber teganggan DC, lingkaran dengan garis berombak  di dalam adalah simbol generik untuk sumber teganggan AC.

Teganggan arus AC tidak memiliki keunggulan praktis atas DC. Dalam aplikasi di mana listrik digunakan untuk mengusir energi dalam bentuk panas, atau polaritas arah arus tidak relevan, sehingga selama ada cukup teganggan dan arus untuk beban untuk menghasilkan panas yang diinginkan. Namun, dengan AC adalah untuk membangun pembangkit listrik, motor dan sistem distribusi daya yang jauh lebih efisien daripada DC, dan AC digunakan oleh mayoritas di seluruh dunia dalam aplikasi daya tinggi. 

Mesin akan dibangun untuk memutar medan magnet di sekitar kumparan kawat set stasioner dengan memutar sebuah poros, teganggan AC akan diproduksi di kumparan kawat sebagai poros yang diputar, sesuai dengan Hukum Faraday tentang induksi elektromagnetik.  Ini adalah prinsip operasi dasar dari sebuah generator AC, juga dikenal sebagai sebuah alternator.

Kumparan kawat membalikkan sebagai kutub yang berlawanan dengan magnet berputar lewat. Terhubung ke suatu beban, ini akan membalik polaritas teganggan membuat membalik arah arus di dalam rangkaian.  Semakin cepat poros alternator  berbalik, semakin cepat magnet akan berputar, menghasilkan teganggan dan arus bolak-balik switch arah.

 Gambar Alternator Bekerjanya

Sedangkan generator DC bekerja berdasarkan prinsip umum yang sama dari induksi elektromagnetik, konstruksi mereka tidak sesederhana AC. Dengan generator DC, kumparan dari kawat dipasang pada poros di mana magnet adalah pada alternator AC, dan sambungan listrik ini dibuat untuk kumparan berputar melalui karbon stasioner “sikat” menghubungi strip tembaga pada poros berputar.  Semua ini diperlukan untuk beralih mengubah polaritas’s kumparan output ke sirkuit eksternal sehingga sirkuit eksternal melihat polaritas konstan.

Generator akan menghasilkan dua pulsa teganggan per revolusi poros, baik pulsa dalam arah yang sama (polaritas). Agar generator untuk menghasilkan teganggan DC konstan, daripada pulsa teganggan singkat sekali setiap ½ revolusi, ada beberapa set koil melakukan kontak intermiten dengan kuas. Diagram yang ditunjukkan di bawah adalah sedikit lebih sederhana dari apa yang akan Anda lihat dalam kehidupan nyata.

Gambar Prinsip kerja sebuah generator DC

Masalah-masalah yang terlibat dengan pembuatan dan melanggar kontak listrik dengan koil bergerak harus jelas (memicu dan panas), terutama jika poros generator tersebut berputar dengan kecepatan tinggi. Jika suasana di sekitar mesin mengandung uap mudah terbakar atau mudah meledak, masalah praktis kontak sikat menghasilkan percikan-bahkan lebih besar. Generator AC (alternator) tidak memerlukan kuas dan commutators untuk bekerja, dan begitu juga kebal terhadap masalah-masalah yang dialami oleh generator DC.

Manfaat DC AC lebih berkaitan dengan desain generator juga tercermin dalam motor listrik. Sementara motor DC memerlukan penggunaan kuas untuk melakukan kontak listrik dengan bergerak gulungan kawat, motor AC tidak.  Bahkan, AC dan motor DC desain sangat mirip dengan rekan-rekan mereka generator (identik demi tutorial ini), motor AC yang tergantung pada medan magnet yang dihasilkan oleh bolak membalikkan arus yang melalui kumparan stasioner dengan kawat untuk memutar magnet berputar sekitar pada poros, dan motor DC yang tergantung pada kontak sikat membuat dan melanggar koneksi untuk membalikkan arus melalui kumparan berputar setiap ½ putaran (180 derajat).

Jadi kita tahu bahwa AC generator dan motor AC cenderung sederhana dari generator DC dan motor DC. Kesederhanaan ini relatif lebih besar diterjemahkan ke dalam kehandalan dan biaya pembuatan rendah. Tapi apa lagi yang baik untuk AC!? Pasti ada harus lebih ke desain daripada rincian generator dan motor Memang ada. Ada pengaruh elektromagnetisme dikenal sebagai saling induksi,dimana dua atau lebih gulungan kawat ditempatkan sehingga medan magnet yang berubah yang diciptakan oleh satu menginduksi teganggan pada yang lain. Jika kita memiliki dua kumparan induktif dan kami saling memberi energi satu coil dengan AC, kita akan menciptakan sebuah teganggan AC pada koil lainnya. 

 Gambar Transformer “mengubah” teganggan dan arus AC.

Makna mendasar dari sebuah transformator adalah kemampuannya untuk langkah teganggan atas atau bawah dari kumparan ke kumparan powered unpowered. Teganggan AC induksi dalam (unpowered “sekunder”) koil sama dengan teganggan AC di (powered “primer”) koil dikalikan dengan rasio kumparan sekunder berubah menjadi kumparan primer bergantian. Jika kumparan sekunder adalah powering beban, arus melalui kumparan sekunder adalah hal yang berlawanan: kumparan primer saat ini dikalikan dengan rasio primer untuk berubah sekunder.  Hubungan ini memiliki analogi mekanis yang sangat dekat, menggunakan torsi dan kecepatan untuk mewakili teganggan dan arus, masing-masing:

Gambar Kecepatan multiplikasi torsi gigi langkah kereta bawah dan mempercepat. Langkah-langkah trafo teganggan turun ke bawah dan arus atas.

Jika rasio berliku dibalik sehingga kumparan primer telah berubah kurang dari kumparan sekunder, trafo “langkah-langkah” teganggan dari sumber tingkat ke tingkat yang lebih tinggi pada beban:

Gambar Kecepatan kereta langkah pengurangan gigi torsi dan kecepatan turun. Langkah-langkah transformator teganggan dan arus bawah.

Kemampuan untuk langkah teganggan AC ke atas atau bawah dengan mudah memberikan AC keuntungan yang tak tertandingi oleh DC di bidang distribusi daya dalam gambar dibawah. Ketika transmisi daya listrik jarak jauh, jauh lebih efisien untuk melakukannya dengan teganggan melangkah-up dan kawat melangkah-down arus (lebih kecil berdiameter kurang rugi daya resistif), maka langkah teganggan kembali dan arus cadangan untuk industri, bisnis, atau menggunakan konsumen.

 

 Gambar Transformers efisien memungkinkan transmisi teganggan tinggi jarak jauh energi listrik.

Teknologi Transformer telah membuat distribusi tenaga listrik jangka panjang praktis. Tanpa kemampuan untuk secara efisien langkah teganggan naik dan turun, akan biaya mahal untuk membangun sistem tenaga untuk apa pun kecuali jarak dekat (beberapa mil paling banyak) digunakan.

Sebagai berguna sebagai transformator, mereka hanya bekerja dengan AC, bukan DC. Karena fenomena induktansi bersama bergantung pada perubahan medan magnet, dan arus searah (DC) hanya dapat menghasilkan medan magnet yang stabil, transformator hanya tidak akan bekerja dengan arus searah. Tentu saja, langsung saat ini dapat terganggu (berdenyut) melalui gulungan trafo utama untuk menciptakan sebuah medan magnet yang berubah (seperti yang dilakukan dalam sistem pengapian otomotif untuk menghasilkan teganggan tinggi memicu steker listrik dari baterai DC teganggan rendah), tetapi berdenyut DC tidak berbeda dari AC.  Mungkin lebih dari alasan lain, inilah sebabnya AC menemukan aplikasi luas seperti dalam sistem kekuasaan.

Salam dan semoga sedikit bermanfaat...bagi yang belum paham dan ngerti apa itu Listrik AC DC !!!!








SOAL DASAR LISTRIK

1. Jelaskan pengertian dari Arus DC dan AC ?
2. Berikan contoh alat - alat yang memakai Arus DC dan Arus AC ?
3. Sebutkan kelebihan dan kekurangan dari rangkaian Seri dan Pararel ?
4. Sebutkan jenis - jenis sekring yang ada dimobil dan motor ?
5. Jelaskan perbedaan dari motor dengan generator ?
6. Jelaskan pengertian dari trafo ?

Di jawab dengan tulis nama dan kelas, paling lambat tanggal 01 Februari 2014