MAKALAH TEKNIK LISTRIK DAN ELEKTRONIKA TENTANG DASAR-DASAR KELISTRIKAN Oleh : ABDUL AZIZ MANGGALA S K2512002 ABDUL WAHID AROHMAN K2512004 ADHIMAS BAYU SUDIBYA K2512008 ROSANDI SURYA WIJAYA K2512064 PROGRAM STUDI PENDIDIKAN TEKNIK MESIN FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
MAKALAH TEKNIK LISTRIK DAN ELEKTRONIKA
TENTANG DASAR-DASAR KELISTRIKAN
Oleh :
ABDUL AZIZ MANGGALA S K2512002
ABDUL WAHID AROHMAN K2512004
ADHIMAS BAYU SUDIBYA K2512008
ROSANDI SURYA WIJAYA K2512064
PROGRAM STUDI PENDIDIKAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
2013
KATA PENGANTAR
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDULKATA PENGANTARDAFTAR ISIBAB I. PENDAHULUAN
A. Latar BelakangB. Rumusan Masalah
BAB II. PEMBAHASANA. Definisi ListrikB. Teori AtomC. Arus ListrikD. Tegangan ListrikE. Perlawanan ListrikF. Muatan ListrikG. Rangkaian ListrikH. Perhitungan
BAB III. PENUTUPA. Simpulan
DAFTAR PUSTAKA
BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar BelakangListrik merupakan salah satu sumber energi yang sangat vital
bagi kehidupan manusia. Dalam kesehariannya hampir semua pesawat membutuhkan energi listrik. Karena energi listrik dapat dikonversikan menjadi bentuk energi lain, seperti panas dingin, mekanik, cahaya, kimia, dan sebagainya.
Atom merupakan bagian terkecil dari suatu molekul, dimana didalamnya terdapat inti atom dan kulit atom. Kulit atom atau sering disebut elektron memiliki valensi yang berbeda pada tiap-tiap atom. Jika suatu elektron berpindah dari atom satu ke atom yang lain, maka akan terjadi suatu muatan listrik.
Teori kelistrikan merupakan suatu teori yang membahas tentang hal-hal kelistrikan. Diantaranya tentang adanya arus listrik, tegangan listrik, muatan listrik, hambatan listrik, dan lain-lain.
Listrik dimanfaatkan untuk kehidupan sehari-sehari dengan cara dialirkan pada sirkuit atau rangkaian listrik. Terdapat beberapa rangkaian dasar listrik, antara lain seri, paralel, dan campuran. Rangkaian tersebut mempunyai fungsi dan kegunaan masing-masing. Jika dalam sebuah rangkaian tersebut terdapat sebuah aktifitas kerja kelistrikan, maka akan terjadi sebuah perhitungan.
Dari semua latar belakang diatas, maka dalam makalah ini akan dibahas mengenai dasar-dasar kelistrikan. Yang menyangkut tentang definisi listrik, teori atom, teori kelistrikan, dan perhitungan pada rangkaian listrik.
B. Rumusan Masalah1. Apakah definisi listrik?2. Bagaimanakah teori mengenai atom?3. Apakah arus listrik itu?4. Apakah tegangan listrik itu?5. Apakah perlawanan listrik itu?6. Apakah muatan listik itu?7. Bagaimana perhitungan pada rangkaian listrik?
BAB II
PEMBAHASAN
A. Definisi Listrik
B. Teori Atom1. Definisi Atom
Atom adalah suatu satuan dasar materi, yang terdiri atas inti
atom serta awan elektron bermuatan negatif yang mengelilinginya.Inti
atom terdiri atas proton yang bermuatan positif, dan neutron yang
bermuatan netral (kecuali pada inti atom Hidrogen-1, yang tidak
memiliki neutron). Elektron-elektron pada sebuah atom terikat pada
inti atom oleh gaya elektromagnetik. Sekumpulan atom demikian pula
dapat berikatan satu sama lainnya, dan membentuk sebuah molekul.
Atom yang mengandung jumlah proton dan elektron yang sama
bersifat netral, sedangkan yang mengandung jumlah proton dan
elektron yang berbeda bersifat positif atau negative dan disebut
sebagai ion. Atom dikelompokkan berdasarkan jumlah proton dan
neutron yang terdapat pada inti atom tersebut.
Istilah atom berasal dari BahasaYunani (ἄτομος/átomos, α-
τεμνω), yang berarti tidak dapat dipotong ataupun sesuatu yang tidak
dapat dibagi-bagi lagi. Konsep atom sebagai komponen yang tak dapat
dibagi-bagi lagi pertama kali diajukan oleh para filsuf India dan
Yunani. Pada abad ke-17 dan ke-18, para kimiawan meletakkan dasar-
dasar pemikiran ini dengan menunjukkan bahwa zat-zat tertentu tidak
dapat dibagi-bagi lebih jauh lag imenggunakan metode-metode kimia.
Selama akhir abad ke-19 dan awal abad ke-20, para fisikawan berhasil
menemukan struktur dan komponen-komponen subatom di dalam
atom, membuktikan bahwa 'atom' tidaklah tak dapat dibagi-bagi lagi.
Di mana adalah arus listrik, adalah muatan listrik, dan adalah waktu (time). Sedangkan secara umum, arus listrik yang mengalir pada suatu waktu tertentu adalah:
Dengan demikian dapat ditentukan jumlah total muatan yang dipindahkan pada rentang waktu 0 hingga melalui integrasi:
Sesuai dengan persamaan di atas, arus listrik
adalah besaran skalar karena baik muatan maupun waktu
merupakan besaran skalar.
Dalam banyak hal sering digambarkan arus listrik dalam suatu
sirkuit menggunakan panah, salah satunya seperti pada diagram di
atas. Panah tersebut bukanlah vektordan tidak membutuhkan operasi
vektor. Pada diagram di atas ditunjukkan arus mengalir masuk melalui
dua percabangan dan mengalir keluar melalui dua percabangan lain.
Karena muatan listrik adalah kekal maka total arus listrik yang
mengalir keluar haruslah sama dengan arus listrik yang mengalir ke
dalam sehingga . Panah arus hanya menunjukkan
arah aliran sepanjang penghantar, bukan arah dalam ruang.
2. Arah arus
Arah arus elektron merupakan arus pergerakan elektron dari
kutub negatif menuju kutub positif. Pada kutub negatif pembangkit
tegangan (kelebihan elektron), elektron bebas pada ujung penghantar
didorong menuju beban. Pada kutub positif (kekurangan elektron)
elektron bebas pada ujung penghantar yang lain tertarik. Dengan
demikian secara umum terjadi arus elektron dengan arah tertentu.
Arah Arus Listrik (elektron) mengalir dari kutub negatif pembangkit tegangan melalui beban menuju kutub positif.
Pengetahuan teori elektron zaman dulu menduga bahwa sebagai penanggung jawab terhadap mekanisme penghantaran didalam logam adalah pembawa muatan positif dan oleh karenanya arus mengalir dari kutub positif melalui beban menuju kutub negatif.
Jadi berlawanan dengan arah arus Listrik elektron yang sebenarnya sebagaimana diutarakan dimuka. Meskipun pada saat ini telah dibuktikan adanya kekeliruan anggapan pada mulanya, namun didalam teknik listrik untuk praktisnya anggapan arah arus tersebut tetap dipertahankan. Sehingga ditemui adanya perbedaan antara arah arus Listrik (elektron) terhadap arah arus secara teknik atau secara konvensional juga disebut arah arus.
Arah Arus listrik mengalir dari kutub positip pembangkit tegangan melalui beban menuju kutub negatip.
D. Tegangan ListrikTegangan listrik (kadang disebut sebagai Voltase) adalah
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.
Tegangan listrik dibagi menjadi dua jenis, yaitu tegangan AC dan DC. Alat yang dipergunakan untuk mengukur besar tegangan listrik, antara lain: voltmeter, dan osiloskop. Voltmeter bekerja dengan cara mengukur arus dalam sirkuit ketika dilewatkan melalui resistor dengan nilai tertentu. Sesuai hukum Ohm, besar tegangan sebanding dengan besar arus untuk nilai resistansi sama. Prinsip kerja potensiometer adalah menimbang tegangan yang diukur dengan tegangan yang sudah diketahui besarnya dengan menggunakan sirkuit jembatan. Sedang osiloskop bekerja dengan cara menggunakan tegangan yang diukur untuk membelokkan elektron di layar monitor, sehingga di layar akan tercipta grafik dari elektron yang telah dibelokkan. Grafik ini sebanding dengan besar tegangan yang diukur.
E. Perlawanan ListrikHambatan listrik adalah perbandingan antara tegangan listrik dari
suatu komponen elektronik (misalnya resistor) dengan arus listrik yang melewatinya. Hambatan listrik dapat dirumuskan sebagai berikut:
Atau di mana V adalah tegangan dan I adalah arus. Satuan SI untuk Hambatan adalah Ohm (R). Berikut ini merupakan kode warna untuk resistor empat gelang yang merupakan salah satu dari jenis tahanan lsitrik.
Gambar. Kode Warna ResistorF. 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 coulomb, 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)
G. Rangkaian ListrikRangkaian seri dan parallelRangkaian Seri adalah salah satu rangkaian listrik yang disusun secara sejajar (seri). Baterai dalam senter umumnya disusun dalam rangkaian seri.Rangkaian Paralel adalah salah satu rangkaian listrik yang disusun secara berderet (paralel). Lampu yang dipasang di rumah umumnya merupakan rangkaian 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. Hal inilah yang menyebabkan susunan paralel dalam rangkaian listrik menghabiskan biaya yang lebih banyak (kabel penghubung yang diperlukan lebih banyak). 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 gabungan antara rangkaian seri dan rangkaian paralel disebut rangkaian seri-paralel (kadang disebut sebagai rangkaian campuran atau rangkaian kombinasi).
Resistor
Rangkaian seri
Jumlah hambatan total rangkaian seri sama dengan jumlah hambatan tiap- tiap komponen (resistor).
Jumlah kebalikan hambatan total rangkaian paralel sama dengan jumlah dari kebalikan hambatan tiap- tiap komponen (resistor).
H. Perhitungan
Menghitung Rangkaian Pengganti Seri Paralel Hambatan- Dalam rangkaian listrik, hambatan dapat dirangkai secara seri, paralel, atau kombinasi (gabungan) dari keduanya. Setiap susunan rangkaian memiliki fungsi tertentu.
a. Rangkaian Seri Hambatan
Ketika Anda ingin memperkecil kuat arus yang mengalir pada rangkaian atau membagi tegangan listrik, Anda dapat melakukannya dengan menyusun beberapa hambatan secara seri, seperti yang diperlihatkan pada Gambar 8.6. Perhatikanlah bahwa hambatan-hambatan dikatakan tersusun seri jika satu sama lain tersambung hanya pada satu terminalnya. Pada Gambar 8.6(a), terminal kanan hambatan R1 tersambung dengan terminal kiri hambatan R2 di titik b dan terminal kanan R2 tersambung dengan terminal kiri R3 di titik
c. Rangkaian hambatan seri ini ekivalen dengan sebuah hambatan pengganti seri seperti pada Gambar 8.6(b).
Gambar 8.6 (a) Rangkaian seri hambatan. (b) Hambatan pengganti seri.
Ekivalensi antara hambatan pengganti seri dan hambatan-hambatan yang dirangkai seri, ditentukan sebagai berikut. Pada Gambar 8.6(a), tegangan total antara titik a dan titik d memenuhi persamaan Vad = Vab + Vbc + Vcd
Sesuai dengan Hukum Ohm, V = IR maka persamaan tersebut dapat ditulis
Vad = I1R1 + I2R2 + I3R3
Gambar 8.7 (a) Hambatan tersusun paralel. (b) hambatan penggantinya.
Pada rangkaian seri, arus yang mengalir pada tiap hambatan besarnya sama, yakni I1 = I2 = I3 = I, maka Vad dapat ditulis lagi sebagai berikut.
Vad = I(R1 + R2 + R3)
Adapun dari Gambar 8.6(b) diperoleh
Vad = IRs
Dengan membandingkan dua persamaan terakhir diperoleh
Rs =R1 + R2 + R3 …………. (8–8)
Persamaan (8–8) menunjukkan bahwa hambatan-hambatan yang dirangkai seri akan memberikan hambatan total (pengganti) yang lebih besar daripada nilai setiap hambatannya.
Hubungan seri untuk resistor dapat disimpulkan :
1. Hubungan seri bertujuan untuk memperbesar hambatan rangkaian.2. Hubungan seri berfungsi sebagai pembagi tegangan.3. Kuat arus yang melewati setiap hambatan adalah sama.
Hambatan yang disusun paralel berfungsi untuk membagi arus atau memperkecil hambatan total. Pada susunan paralel, setiap hambatan saling tersambung pada kedua terminalnya, seperti yang diperlihatkan pada Gambar 8.7(a). Tegangan pada setiap hambatan sama, yakni V1 = V2 = V3 = V.
Hambatan ekivalen paralel diperlihatkan pada Gambar 8.7(b). Pada Gambar 8.7(a), arus I yang keluar dari baterai terbagi menjadi tiga yakni I1, I2, dan I3 yang masing-masing mengalir melalui R1, R2, dan R3.
Hubungan antara arus listrik tersebut memenuhi persamaan
I = I1 + I2 + I3
Sesuai dengan Hukum Ohm, I= V/R maka persamaan di atas dapat ditulis
I = V1/R1 + V2/R2 + V3/R3
Oleh karena V1 = V2 = V3 = V maka persamaan tersebut dapat ditulis lagi sebagai berikut
1/V = (1/R1 + 1/R2 + 1/R3)
sehingga persamaan tersebut dapat ditulis menjadi:
1/Rp = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3
Hubungan paralel untuk resistor dapat disimpulkan :
1. Hubungan paralel bertujuan untuk memperkecil hambatan rangkaian.2. Hubungan paralel berfungsi sebagai pembagi arus.3. Beda potensial pada setiap ujung-ujung hambatan adalah sama.
Contoh soal rangkaian resistor
1. Tentukan hambatan pengganti antara titik a dan b dari rangkaian berikut.
Rangkaian tersebut merupakan kombinasi dari rangkaian seri dan paralel. Prinsip penyelesaian masalah tersebut adalah menyederhanakan rangkaian sedemikian sehingga menjadi rangkaian seri atau paralel. Pada rangkaian tersebut, jika Anda telusuri dari a ke b, antara titik c dan d terdapat hambatan-hambatan yang dirangkai paralel. Di lain pihak, antara c dan d melalui cabang paling kanan terdapat hambatan 2 Ω, 1 Ω, dan 3 Ω yang dirangkai seri dan dapat diganti dengan sebuah hambatan ekivalen 6 Ω (2 Ω + 1 Ω + 3 Ω). Hambatan ekivalen 6 Ω ini paralel dengan hambatan 6 Ω pada cabang c – d sebelah kiri. Selanjutnya, antara titik c dan d, hambatan penggantinya (paralel 6 Ω dan 6 Ω) adalah
1/Rcd = 1/6 + 1/6 + 2/6 = 1/3
sehingga diperoleh Rcd = 3 Ω.
Selanjutnya, Rac, Rcd, dan Rbd menjadi tersusun seri. Dengan demikian, diperoleh Rad = Rac + Rcd + Rbd = 4 + 3 + 5 = 12 Ω.