listrik merupakan suatu muatan yang
terdiri dari muatan positif dan muatan negatif , dimana sebuah benda akan
dikatakan memiliki energi listrik apabila suatu benda itu mempunyai perbedaan
jumlah muatan .sedangkan muatan yang dapat berpindah adalah muatan negatif dari
sebuah benda,berpindahnya muatan negatif ini disebabkan oleh bermacam gaya atau
energi, misal energi gerak,energi panas dsb.perpindahan muatan
negatif inilah yang disebut dengan energi listrik.karena suatu benda akan
senantiasa mempertahankan keadaan netral atau seimbang antara muatan positif
dan muatan negative. Sehingga apabila jumlah muatan positif lebih besar dari
muatan negative, maka benda tersebut mencari muatan negative untuk mencapai
keadaan seimbang.
Listrik
memiliki besaran-besaran diantaranya sebagai berikut :
- Tegangan Listrik
Tegangan listik yaitu perbedaan potensial listrik antara dua titik dalam
rangkaian listrik, dan dinyatakan dalam satuan volt. Besaran ini mengukur
energi potensial dari sebuah medan listrik yang mengakibatkan adanya
aliran listrik dalam sebuah konduktor listrik. Tergantung pada perbedaan
potensial listriknya, suatu tegangan listrik dapat dikatakan sebagai
ekstra rendah, rendah, tinggi atau ekstra tinggi. Secara definisi tegangan
listrik menyebabkan obyek bermuatan listrik negatif tertarik dari tempat
bertegangan rendah menuju tempat bertegangan lebih tinggi. Sehingga arah
arus listrik konvensional di dalam suatu konduktor mengalir dari tegangan
tinggi menuju tegangan rendah.
- Arus Listrik
Arus listrik adalah banyaknya muatan listrik yang disebabkan dari
pergerakan elektron-elektron, mengalir melalui suatu titik dalam sirkuit
listrik tiap satuan waktu. Arus listrik dapat diukur dalam satuan
couloumb/detik atau Ampere. Contoh arus listrik dalam
kehidupan sehari-hari berkisar dari yang sangat lemah dalam satuan
mikroAmpere seperti di dalam jaringan tubuh hingga arus yang sangat kuat
1-200 kiloAmpere seperti yang terjadi pada petir. Dalam kebanyakan sirkuit
arus searah dapat diasumsikan resistansi terhadap arus listrik adalah
konstan sehingga besar arus yang mengalir dalam sirkuit bergantung pada
voltabese dan resistansi sesuai dengan hukum ohm.
- Hambatan Listrik
Hambatan listrik adalah perbandingan antara tegangan listrik dari suatu
komponen elektronik (misalnya resistor ) dengan arus listrik yang
melewatinya. Hambatan listrik yang mempunyai satuan Ohm. yang dapat
dirumuskan dengan
R adalah hambatan (Ohm)
V adalah tegangan (Volt)
I adalah arus (ampere)
- Gaya Gerak Listrik ( GGL )
Gaya gerak listrik (GGL) adalah besarnya energi listrik yang berubah
menjadi energi bukan listrik atau sebaliknya, jika satu satuan muatan
melalui sumber itu, atau kerja yang dilakukan sumber arus persatuan
muatan. dinyatakan dalam Volt.
- Muatan Listrik
Muatan listrik adalah muatan dasar yang dimiliki suatu benda, yang
membuatnya mengalami gaya pada benda lain yang berdekatan dan juga
memiliki muatan listrik. Simbol Q sering digunakan untuk
menggambarkan muatan. sistem satuan internasional dari satuan Q
adalah coloumb, yang merupakan 6.24 x 1018 muatan dasar. Q
adalah sifat dasar yang dimiliki oleh materi baik itu berupa proton
(muatan positif) maupun elektron (muatan negatif). Muatan listrik total
suatu atom atau materi ini bisa positif, jika atomnya kekurangan elektron.
Sementara atom yang kelebihan elektron akan bermuatan negatif. Besarnya
muatan tergantung dari kelebihan atau kekurangan elektron ini, oleh karena
itu muatan materi/atom merupakan kelipatan dari satuan Q dasar. Dalam atom
yang netral, jumlah proton akan sama dengan jumlah elektron yang
mengelilinginya (membentuk muatan total yang netral atau tak bermuatan).
- Kapasitansi
Kapasitans adalah ukuran jumlah muatan listrik yang disimpan (atau
dipisahkan) untuk sebuah potensial listrik yang telah ditentukan. Bentuk
paling umum dari piranti penyimpanan muatan adalah sebuah kapasitor dua
lempeng/pelat/keping. Jika muatan di lempeng/pelat/keping adalah +Q dan
–Q, dan V adalah tegangan listrik antar lempeng/pelat/keping, maka rumus
kapasitans adalah:
C adalah kapasitansi yang diukur dalam farad
Q adalah muatan yang diukur dalam coloumb
V adalah voltase yang diukur dalam volt
- Induktansi
Induktansi adalah sifat dari rangkaian elektronika yang menyebabkan
timbulnya potensial listrik secara proporsional terhadap arus yang
mengalir pada rangkaian tersebut, sifat ini disebut sebagai induktasi
sendiri. Sedang apabila potensial listrik dalam suatu rangkaian
ditimbulkan oleh perubahan arus dari rangkaian lain disebut sebagai
induktansi bersama. Satuan induktansi dalam satuan internasional adalah
weber per ampere atau dikenal pula sebagai henry (H).
Induktansi muncul karena adanya medan magnet yang ditimbulkan oleh arus
listrik (dijelaskan oleh hukum ampere). Supaya suatu rangkaian elektronika
mempunyai nilai induktansi, sebuah komponen bernama induktor digunakan di
dalam rangkaian tersebut, induktor umumnya berupa kumparan kabel/tembaga
untuk memusatkan medan magnet dan memanfaatkan GGL yang dihasilkannya.
- Kuat Medan Listrik
Medan lisrtik adalah ruang di sekitar benda bermuatan listrik dimana
benda-benda bermuatan listrik lainnya dalam ruang ini akan merasakan atau
mengalami gaya listriArah Medan Listrik.
Kuat medan listrik adalah besaran yang menyatakan gaya coloumb per satuan
muatan di suatu titik.
- Fluks Magnet
Fluk magnetik adalah ukuran total medan magnetik yang
menembus bidang. secara matematis fluk maknetik didefinisikan sebagi perkalian
skalar antara induksi magnetik (B) dengan luas bidang yang tegak lurus pada
induksi magnetik tersebut.
BESARNYA:
f = B A cos q
f = fluks magnetik (weber)
B = induksi magnetik
A = luas bidang yang ditembus garis gayamagnetik
q = sudut antara arah garis normal bidang A dan arah B
Berikut besaran listrik, notasi ( simbol ) dan satuan serta hubungan persamaan
antara besaran :
Besaran listrik satuan dan alat ukurnya :
Hukum Ohm
Pengertian
Hukum Ohm merupakan
sebuah teori yang membahas mengenai hubungan antara Tegangan (Volt), Arus
(Ampere), dan Hambatan listrik dalam sirkuit (Ohm). 1 Ohm adalah hambatan
listrik yang menyebabkan perbedaan satu volt saat arus sebasar 1 Ampere
mengalir.
Bunyi hukum Ohm:
"Kuat
arus listrik pada suatu beban listrik berbanding lurus dengan tegangan dan
berbanding terbalik dengan hambatan".
Rumus
Hukum Ohm:
Lambang dari hambatan adalah R, lambang dari Arus adalah I, dan lambang dari
tegangan adalah V. Berdasarkan hukum Ohm diatas maka bisa diambil rumus sebagai
berikut ini;
|
|
|
Keterangan:
I = Besar
arus yang mengalir pada penghantar => dengan satuan Volt
V = Besar
tegangan pada penghantar => dengan satuan Volt
R = Besar
hambatan => dengan satuan Ohm
|
Berdasarkan patokan rumus diatas maka kita bisa mencari Nilai I, V, dan R pada
suatu rangkaian listrik. Untuk mencari R, caranya cukup dengan menggunakan
logika berdasarkan rumus diatas.
Misal jika 5=10/2, maka 10=5X2 dan 2=10/5. Berdasarkan logika tersebut untuk
mencari V rumusnya adalah V=I X R sedangkan untuk mencari nilai R digunakan
rumus R=V/I.
Pengertian dan Rumus Hukum Kirchoff
Hukum
Kirchoff merupakan salah satu dari banyak rumus yang juga paling sering
digunakan dalam menyelesaikan masalah dan melakukan rekayasa dalam rangkaian
listrik. Dikemukakan oleh seorang ilmuan bernama Gustav Robert Kirchoff. Dalam teorinya terdapat dua hukum
yaitu Hukum Kirchoff I dan II. Hukum Kirchoff I merupakan aturan yang berkaitan
dengan arus sedangkan Hukum Kirchoff II merupakan aturan yang berkaitan
dengan tegangan.
HUKUM KIRCHOFF I
Hukum
Kirchoff I lebih dikenal dengan Hukum Kirchoff Arus atau Kirchoff Current Law (KCL) yang berbunyi :
“Jumlah
arus yang masuk menuju node (titik) percabangan dalam suatu rangkaian listrik
adalah sama dengan jumlah arus yang keluari dari node (titik) percabangan
tersebut”
RUMUS HUKUM KIRCHOFF I
Contoh
:
Pada gambar diatas diketahui bahwa
terdapat 4 arus percabangan. Dimana 3 diantaranya menuju node x dan sisanya
keluar dari node x.
Diketahui :
I1 = 4 A
I2 = 2 A
I3 = 1.5 A
Ditanyakan
:
I4 = ?
Penyelesaian
:
Arus yang masuk adalah I1,
I2 dan I3
Arus yang keluar adalah I4
maka
dapat dirumuskan sebagai berikut :
I1
+ I2 + I3 = I4 atau I4 = I1
+ I2 + I3
maka
I4
= 4 + 2 + 1.5 = 7.5 A
HUKUM KIRCHOFF II
Hukum
Kirchoff I lebih dikenal dengan Hukum Kirchoff Tegangan atau Kirchoff Voltage Law (KVL) yang berbunyi :
“Jumlah
tegangan pada suatu rangkaian listrik tertutup adalah sama dengan nol”.
RUMUS HUKUM KIRCHOFF II
Dimana :
ε = gaya gerak listrik ;
volt (V)
I = arus ; ampere (A)
r = hambatan dalam sumber ; ohm (Ω) *kadang diabaikan
R = hambatan rangkaian; ohm (Ω)
Hukum
Kirchoff II pada umumnya digunakan dalam perhitungan dengan metode Loop
sehingga dalam perhitungannya Hukum Kirchoff II memiliki beberapa tahap dan
aturan sebagai berikut :
- Asumsikan arah
loop pada rangkaian, referensi arah loop dapat dilihat berdasarkan arus
pada rangkaian yang pada umumnya mengalir dari kutub positif (+) menuju
kutub negatif (-). Arah loop juga dapat diasumsikan berlawanan dengan arah
arus sebenarnya. Ketika arah loop berlawanan dengan arah arus sebenarnya,
maka arus pada perhitungan akan bernilai negatif (-).
- Setelah
menentukan asumsi arah loop, maka dapat ditentukan ε bernilai positif atau
negatif. Ketika loop pada awalnya bertemu dengan kutub postif (+) maka ε
akan bernilai negatif, dan sebaliknya apabila loop pada awalnya bertemu
dengan kutub negatif (-) maka ε akan bernilai positif.
Menghitung
Resistor Seri
Pada rangkaian beberapa resistor yang disusun seri,
maka dapat diperoleh nilai resistor totalnya dengan menjumlah semua
resistor yang disusun seri tersebut. Hal ini mengacu pada pengertian bahwa
nilai 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 yang masuk ke percabangan sama
dengan besar 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
TEGANGAN LISTRIK (VOLTAGE)
Definisi
Tegangan
listrik atau yang lebih dikenal sebagai beda potensial listrik adalah perbedaan
potensial listrik antara dua titik dalam rangkaian listrik. Tegangan listrik
merupakan ukuran beda potensial yang mampu membangkitkan medan listrik sehingga
menyebabkan timbulnya arus listrik dalam sebuak konduktor listrik.
Berdasarkan ukuran perbedaan potensialnya, tegangan listrik memiliki empat
tingkatan:
Tegangan ekstra rendah (extra low Voltage)
Tegangan rendah (low Voltage)
Tegangan tinggi (high Voltage)
Tegangan ekstra tinggi (extra high Voltage)
Simbol (rumus)
Sesuai dengan definisi di atas, bahwa tegangan
merupakan perbedaan potensial antara dua titik, yang bisa didefinisikan sebagai
jumlah kerja yang diperlukan untuk memindahkan arus dari satu titik ke titik
lainnya, maka rumus dasar tegangan antara 2 titik adalah:
Va – Vb = ∫E . dI
Dimana Va = potensial di titik a; Vb = potensial di
titik b; E = medan listrik, dan I = arus listrik.
Berdasarkan penerapannya, beda potensial ada pada arus listrik searah (DC) dan
arus listrik bolak- balik (AC). Pada arus searah:
V = √(P.R)
V = I . R
dimana V = tegangan; P = daya; R = hambatan; dan I =
arus.
Sedangkan pada arus bolak-balik:
dimana V = tegangan (Volt); I = arus (Ampere); P = daya (Watt); R = hambatan
(Ohm); Z = impedansi; dan ф adalah beda fase antara I dan V.
Satuan (unit)
Tegangan
listrik memiliki satuan Volt. Simbol untuk tegangan listrik adalah V. namun
dalam referensi-referensi akademis lebih sering digunakan simbol E untuk menyebutkan
tegangan listrik. Hal ini dilakukan agar tidak tertukar dengan simbol satuan
tegangan (Volt) yang juga disimbolkan dengan V.
ARUS LISTRIK (ELECTRIC CURRENT)
Definisi
Arus listrik
merupakan aliran muatan listrik. Aliran ini berupa aliran elektron atau aliran
ion. Aliran ini harus melalui media penghantar listrik yang biasa disebut
sebagai konduktor. Konduktor yang paling banyak digunakan dalam kehidupan
sehari-hari adalah kabel logam.
Ketika dua ujung kabel disambungkan pada sumber tegangan, misalnya baterai,
maka elektron akan mengalir melalui kabel penghantar dari kutub negatif menuju
kutub positif baterai. Aliran elektron inilah yang disebut sebagai aliran
listrik.
Simbol (rumus)
Arus listrik
didefinisikan sebagai jumlah muatan listrik (elektron) yang mengalir melalui
konduktor dalam tiap satuan waktu. Untuk aliran yang kontinu (steady), arus
listrik dirumuskan dalam persamaan berikut:
Dimana I = arus listrik (Ampere) ; Q = jumlah muatan
listrik yag mengalir (Coulomb); t = waktu (sekon).
Satuan (unit)
Satuan untuk besaran arus listrik dalam system (SI) adalah Ampere (A) atau
Coulomb/sekon. 1 Coulomb sendiri setara dengan 6.242 × 1018 elektron yang
mengalir per detik.
DAYA LISTRIK (ELECTRIC POWER)
Definisi
Daya listrik
adalah besar energi listrik yang ditransfer oleh suatu rangkaian listrik
tertutup. Daya listrik sebagai bentuk energi listrik yang mampu diubah oleh
alat-alat pengubah energi menjadi berbagai bentuk energi lain, misalnya energi
gerak, energi panas, energi suara, dan energi cahaya. Selain itu, daya listrik
ini juga mampu disimpan dalam bentuk energi kimia. Baik itu dalam bentuk kering
(baterai) maupun dalam bentuk basah (aki).
Simbol (rumus)
Daya
merupakan jumlah energi listrik yang mengalir dalam setiap satuan waktu
(detik). Sehingga formula daya listrik bisa dituliskan sebagai berikut:
P=W/t
Dimana
P = daya (Watt atau Joule/sekon);
W = energi listrik (Joule);
t = waktu (sekon).
Karena W=V×I×t atau W=I^2×R×t atau W=V^2/R×t, jika W
disubstitusi, maka persamaan daya listrik akan menjadi:
P=V×I atau
P=I^2×R atau
P=V^2/R
dimana P = daya (Watt), V = tegangan (Volt), I = kuat arus (Ampere), dan R =
hambatan (Ohm).
Satuan (unit)
Satuan dari
daya dalam SI adalah Joule/sekon atau Watt.
