DIKTAT
DASAR ELEKTRONIKA
MATERI 1 :
Listrik merupakan salah satu bentuk energi yang melibatkan aliran elektron. Dua benda yang memiliki muatan berbeda akan saling tarik-menarik tetapi elektron pada masing-masing benda tetap dalam keadaan diam. Jika diantara kedua benda tersebut dihubungkan oleh sebuah kawat konduktor maka elektron-elektron yang diam pada kedua benda tersebut akan mengalir melalui kawat tersebut. Elektron akan mengalir dari benda yang bermuatan negatif ke benda bermuatan positif. Aliran elektron ini disebut sebagai arus listrik.
Listrik merupakan salah satu bentuk energi yang paling banyak digunakan, meskipun demikian energi listrik merupakan energi sekunder karena sering kali merupakan hasil ubahan (konversi) dari bentuk energi yang lain seperti energi air terjun, energi angin, energi matahari, energi panas bumi, energi nuklir dan energi batubara yang merupakan energi primer.
1. Gaya Gerak Listrik (GGL) sebagai Sumber Arus
Arus listrik merupakan ukuran banyaknya muatan listrik yang mengalir. Semakin banyak muatan listrik yang mengalir setiap detik maka semakin besar arus listrik tersebut. Untuk memudahkan pemahaman tentang arus listrik kita lihat analogi tentang aliran air pada tangki air.
Tangki air yang diletakan pada suatu ketinggian dihubungkan dengan pipa yang menuju bak penampungan, pipa ini berfungsi untuk mengalirkan air dari tangki ke bak penampungan. Semakin tinggi kedudukan tangki maka air akan semakin deras mengalir, karena semakin tinggi tangki maka energi potensial yang dimiliki akan semakin besar sehingga air memiliki energi lebih besar untuk bergerak. Ketika tangki sudah mulai kosong dan bak penampung sudah mulai penuh air tidak dapat mengalir naik lagi ke tangki, tentunya untuk menaikan air ke tangki diperlukan alat bantu yaitu pompa air. Pompa air berfungsi untuk dapat mempertahankan sirkulasi air dalam suatu rangkaian tertutup, yaitu air mengalir dari tangki menuju bak penampungan dan dari bak menuju tangki air.
Partikel air yang terus menerus mengalir dianalogikan sebagai arus listrik, rangkaian tangki, pipa, bak penampungan dan pompa air merupakan rangkaian tertutup yang dapat dianalogikan sebagai rangkaian listrik. Pompa air yang berfungsi untuk menjaga agar air tetap bersirkulasi dianalogikan sebagai sumber arus. Kedudukan pompa air menggambarkan sebuah alat yang mampu menimbulkan bedapotensial antara dua ujung yang berbeda. Alat yang mampu menghasilkan bedapotensial ini disebut dengan sumber arus (gaya gerak listrik).
GGL atau Gaya gerak listrik merupakan alat yang mampu menghasilkan bedapotensial listrik dan berfungsi untuk memompa elektron dengan cara memberi gaya atau energi pada elektron agar terus mengalir dari potensial rendah ke potensial tinggi.
GGL dapat dihasilkan dalam beberapa cara dan berdasarkan caranya GGL dapat dibedakan menjadi tiga yaitu elektrokimia, fotosel dan induksi elektromagnetik. GGL yang dihasilkan dengan cara elektrokimia adalah baterai dan akimulator, sedangkan GGL yang dihasilkan dengan
cara fotosel adalah potovoltaik dan GGL yang dihasilkan dengn cara induksi elektromagnetik adalah dynamo dan generator.
Dalam rangkain listrik ggl disimbolkan seperti gambar berikut:
Tanda garis tegak yang lebih panjang menandakan kutub positif ggl (+) dan garis yang lebih pendek melambangkan kutub negatif ggl (-). Kutub positif dan kutub negatif pada ggl sering disebut juga dengan anoda dan katoda.
Jika lampu pada sebuah rangkaian listrik tertutup menyala berarti ada arus yang mengalir, semakin terang cahaya lampu yang dihasilkan maka semakin besar arus yang mengalir. Bila kita menggunakan tiga baterai maka lampu akan menyala lebih terang daripada menggunakan satu buah baterai ini membuktikan bahwa besar kecilnya arus yang mengalir dalam suatu rangkaian dengan beban yang tetap dipengaruhi oleh besar kecilnya ggl yang digunakan. Kesimpulannya bahwa ggl-lah yang berperan menghasilkan arus dalam sebuah rangkaian listrik.
2. Arus Searah (DC) dan Arus Bolak-Balik (AC)
Arus listrik didefinisikan sebagai banyaknya muatan listrik yang mengalir dalam satu detik. Dimana arus listrik sebesar 1 Ampere didefinisikan sebagai muatan listrik sebesar 1 Coulomb=628×1016elektron yang mengalir melalui suatu kawat penghantar selama 1 detik.
I = arus listrik (A)
Q= muatan listrik (C)
t =selang waktu (s)
*Arus Searah (DC)
Arus DC adalah arus yang mempunyai nilai tetap atau konstan terhadap satuan waktu, artinya diamanapun kita meninjau arus tersebut pada waktu berbeda akan mendapatkan nilai yang sama
arus searah merupakan aliran elektron dari suatu titik yang energi potensialnya tinggi ke titik lain yang energi potensialnya lebih rendah atau merupakan arus negatif (elektron) yang mengalir dari kutub negatif ke kutub positif. Aliran elektron ini menyebabkan terjadinya lubang-lubang bermuatan positif, yang tampak mengalir dari kutub positif ke kutub negatif.
Arus Searah
*Arus Bolak-Balik (AC)
Arus Bolak-balik (AC) adalah arus yang mempunyai nilai yang berubah terhadap satuan waktu dengan karakteristik akan selalu berulang untuk perioda waktu tertentu (mempunyai perioda waktu : T).
Bentuk gelombang dari listrik arus bolak-balik biasanya berbentuk gelombang sinusoida, karena ini yang memungkinkan pengaliran energi yang paling efisien. Namun dalam aplikasi-aplikasi spesifik yang lain, bentuk gelombang lain pun dapat digunakan, misalnya bentuk gelombang segitiga (triangular wave) atau bentuk gelombang segi empat (square wave).
Arus Bolak-Balik (AC)
Arus Bolak-Balik atau Alternating Current merupakan arus yg bergerak melalui penghantar secara bolak-balik dengan frekuensi yg cepat per detik tanpa ditentukan polaritasnya (kutubnya). Misal di Indonesia, digunakan frekuensi 50hz, maka tiap detiknya arus akan bergerak secara bolak balik dari titik A ke titik B selama 50x dalam 1 detik.
Rumus – rumus untuk menghitung banyaknya muatan listrik, kuat arus dan waktu :
Dimana :
Contoh soal mengenai muatan arus listrik.
Sebuah titik pada rangkaian listrik dilewati oleh muatan listrik sebesar 0,5 Coulomb dalam waktu 2 menit. Berapakah besar arus yang mengalir?
1.Tahanan dan Daya Hantar
Di dalam perumusan bidang elektronika tahanan disimbolkan dengan huruf R. nilai tahanan suatu bahan sebesar 1Ω akan membatasi arus yang mengalir di dalam bahan tersebut sebesar 1ampere jika tegangan yang digunakannya sebesar 1 volt.
Ada 4 faktor yang mempengaruhi besar kecilnya nilai tahanan suatu bahan, yaitu jenis bahan, panjang bahan, luas penampang dan suhu.
*Semakin panjang ukuran konduktor semakin besar pula nilai tahanannya. Nilai tahanan sebanding dengan panjang konduktor.
*Jika luas penampang konduktor diperbesar duakali lipat dari semula maka nilai tahanan konduktor akan turun menjadi setengahnya. Hal ini dikarenakan dengan penambahan luas penampang maka electron akan mendapat jalan yang lebih lebar sehingga lebih leluasa untuk bergerak.
*Nilai tahanan akan naik ketika suhunya dinaikan, besarnya kenaikan tahanan setiap suhunya dinaikan sangat tergantung pada koefisien suhu dari resistannya.
Sebagai contoh sebuah tembaga pada suhu 00C mempunyai tahanan sebesar 50 Ω maka besar tahanan tembaga tersebut pada suhu 1000C adalah 50 + (100 x 0,00427) = 50,427 ohm. Sehingga terlihat bahwa untuk perubahan suhu yang mencapai 1000C kenaikan tahanan tembaga hanya sebesar 0,427 ohm, mungkin untuk keperluan tertentu harga ini bisa diabaikan.
Berdasarkan asumsi ini maka pengaruh nilai tahanan dapat disimpulkan dalam suatu bentuk rumusan sebagai berikut :
Suatu bahan yang dibuat untuk menghambat arus disebut Resistor, tahanan suatu bahan dapat diukur langsung dengan menggunakan alat yang disebut ohm meter. Berbeda dengan pengukuran arus dan tegangan, pengukuran tahanan suatu bahan tidak perlu di rangkai dengan sumber tegangan atau sumber arus.
Contoh soal :
Sebuah konduktor yang terbuat dari bahan aluminium berbentuk sebuah pipa dengan diameter 1 milimeter dan panjang 30 cm. Berapa besar tahanan konduktor tersebut jika tahanan jenis bahan sebesar 26,5 nanoΩm ?
Jawab : Diketahui ρ = 26,5 nanoΩm = 26,5 x 10-9Ωm
ℓ = 30 cm = 0,3m
D = 1 mm = 0,001m
Karena konduktor berbentuk pipa maka penampangnya berbentuk lingkaran,
Sehingga luas penampang A = 3,14 x 0,5 x 10-3 x 0,5 x 10-3
= 0,785 x 10-6
Besar tahanannya :
R = ρ ℓ
A
R = 26,5 x 10-9 ) 3x 10-1) = 0,01Ω
0,785×10-6
Jadi besar tahanan bahan tersebut = 0,01Ω
1. Daya Listrik dan Energi Listrik
Daya merupakan ukuran seberapa banyak kerja yang dilakukan dalam sejumlah waktu yang diberikan, dengan kata lain daya adalah ukuran kecepatan melakukan kerja. Dalam bidang kelistrikan daya didefinisikan sebagai ukuran seberapa cepat energi listrik dialirkan atau digunakan dalam waktu satu detik.
Pada rangkaian listrik, daya listrik sebanding dengan potensial listrik dan arus listrik sehingga dapat dirumuskan sebagai berikut :
P = V x I
Dimana P adalah daya listrik yang memiliki satuan watt 
V adalah tegangan listrik dengan satuan volt (V)
I adalah arus listrik dengan satuan ampere (A)
Satuan daya listrik :
a. watt = joule/detik
b. kilowatt (kW): 1 kW = 1000 W.
Dari satuan daya maka munculah 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 atau setara Joule per detik (J/sec). Daya listrik juga diekspresikan dalam watt 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).
Bila hanya diketahui tegangan jepit dan tahanan dari alat yang digunakan maka arus listrik yang mengalir pada alat tersebut dapat ditentukan melalui hukum ohm :
dengan mensubstitusikan nilai I ke dalam rumus daya akan kita dapatkan hubungan sebagai berikut :
Terlihat jelas bahwa rumus daya diatas merupakan fungsi dari tegangan dan tahanan saja, jika hanya mengetahui arus yang mengalir dan tahanan saja maka daya listrik dapat dihitung dengan rumus :
Perumusan daya di atas merupakan daya yang terpakai atau daya yang hilang, karena energy listrik yang terpakai berubah menjadi energy bentuk lain. Daya yang hilang ini tidak dapat diperoleh lagi, oleh karena itu daya hilang ini sering disebut dengan istilah daya disipasi.
Energi Listrik
Energi adalah kemampuan untuk melakukan usaha. Maka pengertian energi listrik adalah kemampuan untuk melakukan atau menghasilkan usaha listrik (kemampuan yang diperlukan untuk memindahkan muatan dari satu titik ke titik yang lain). Energi listrik dilambangkan dengan W.
Sedangkan perumusan yang digunakan untuk menentukan besar energi listrik adalah :
W = Q.V
keterangan :
W = Energi listrik ( Joule)
Q = Muatan listrik ( Coulomb)
V = Beda potensial ( Volt )
Karena I = Q / t maka diperoleh perumusan :
W = (I.t).V
W = V.I.t
Dimana W = energy listrik (joule)
V = tegangan listrik (volt)
I = arus listrik (ampere)
t = waktu lamanya arus mengalir (detik)
Apabila persamaan tersebut dihubungkan dengan hukum Ohm ( V = I.R) maka diperoleh perumusan :
W = I.R.I.t
Satuan energi listrik lain yang sering digunakan adalah kalori, dimana 1 kalori sama dengan 0,24 Joule selain itu juga menggunakan satuan kWh (kilowatt jam).
Contoh soal :
Sebuah lampu dihubungkan dengan tegangan 6 V sehingga mengalirkan arus 2,5 A selama 1 menit. Berapakah energy listrik yang dipakai oleh lampu ?
Jawab : diketahui V = 6 volt
I = 2,5 ampere
t = 1 menit = 60 detik
Ditanya W?
Penyelesaian W = V.I.t
W = 6 x 2,5 x 60
W = 900 joule
Jadi energi listrik yang dipakai lampu tersebut adalah 900 J.
Jika diperhatikan satuan energi listrik yang digunakan diatas akan menghasilkan deretan angka yang sangat panjang, oleh karena itu untuk menghitung energi listrik menggunakan satuan yang lebih praktis yaitu kWh (kiloWatthours atau kilowattjam). Satuan ini juga yang digunakan PLN untuk menghitung energi listrik yang digunakan pelanggan.
kWh merupakan hasil kali dari daya listrik yang dinyatakan dalam satuan kilowatt dengan waktu yang dinyatakan dalam satuan jam. Hubungan antara kedua satuan tersebut dapat dituliskan seperti berikut:
1 kWh = 1 kilowatt x 1 jam
= 1000 watt x 3600 detik
= 3.600.000 joule
1 kWh = 3,6 x 106 joule atau 1 joule = 1 kWh
3,6 x 106
Contoh :
Sebuah lampu tiap bulannya menghabiskan energi listrik sebesar 720.000 joule. Berapa kWh kah energi listrik yang dihabiskan lampu tersebut ?
Jawab : karena 1 joule = 1 kWh
3,6 x 106
720.000 J = 1 x 720.000 J
3,6 x 106
= 0,2 kWh
Jadi energi listrik yang dikonsumsi lampu tersebut sebesar 0,2 kWh.
diditmtop 
Leave a comment