ILMU BAHAN LISTRIK
Suatu bahan dapat berbentuk padat, cair, atau gas. Wujud bahan tertentu juga bisa berubah karena pengaruh suhu. Selain pengelompokkan berdasarkan wujud tersebut dalam teknik listrik bahan-bahan juga dapat dikelompokkan sebagai berikut.1. Bahan Penghantar (konduktor)
2. Bahan Penyekat (isolator/insulator)
3. Bahan Setengah Penghantar (semi konduktor)
4. Bahan Magnetis.
5. Bahan Super Konduktor.
6. Bahan Nuklir.
7. Bahan Khusus (bahan untuk pembuatan kontak-kontak, untuk sekering, dan sebagainya)
1. Bahan Penghantar (konduktor) adalah bahan yang menghantarkan listrik dengan mudah. Bahan ini mempunyai daya hantar listrik (Electrical Conductivity) yang besar dan tahanan listrik (Electrical Resistance) kecil. Bahan penghantar listrik berfungsi untuk mengalirkan arus listrik. Perhatikan fungsi kabel, kumparan/lilitan pada alat listrik yang anda jumpai. Juga pada saluran transmisi/distribusi. Dalam teknik listrik, bahan penghantar yang sering dijumpai adalah tembaga dan alumunium.
2. Bahan Penyekat (Insulator/isolator) adalah bahan yang befungsi untuk menyekat (misalnya antara 2 penghantar); agar tidak terjadi aliran listrik/kebocoran arus apabila kedua penghantar tersebut bertegangan. Jadi bahan penyekat harus mempunyai tahanan jenis besar dan tegangan tembus yang tinggi. Bahan penyekat yang sering ditemui dalam teknik listrik adalah : plastik, karet, dan sebagainya.
3. Bahan Setengah Penghantar (Semi Konduktor) adalah bahan yang mempunyai daya hantar lebih kecil dibanding bahan konduktor, tetapi lebih besar dibanding bahan isolator. Dalam teknik elektronika banyak dipakai semi konduktor dari bahan germanium (Ge) dan silicon (Si). Dalam keadaan aslinya, Ge dan Si adalah bahan pelikan dan merupakan isolator. Di Pabrik bahan-bahan tersebut diberi kotoran. Jika bahan tersebut dikotori dengan alumunium maka diperoleh bahan semikonduktor type P (bahan yang kekurangan elektron/mempunyai sifat positif). Jika dikotori dengan fosfor maka yang dipeoleh adalah semikonduktor jenis N (bahan yang kelebihan electron, sehingga bersifat negative). Ge mempunyai daya hantar lebih tinggi dibandingkan Si, sedangkan Si lebih tahan panas dibanding Ge.
4. Bahan Magnetik (Magnetic Materials) dikelompokkan menjadi 3 kelompok, yaitu ferro magnetic, para-magnetic dan dia-magnetic. Bahan ferro-magnetic adalah bahan yang mempunyai permeabilitas tinggi dan mudah sekali dialiri garis-garis gaya magnet. Contoh bahan yang mempunyai permeabilitas tinggi adalah besi, besi pasir, stalloy, dan sebagainya. Selain itu sering dijumpai magnet yang merupakan magnet permanen, misalnya alnico, cobalt, baja arang, dan sebagainya. Baja untuk magnet sering dijumpai pada pelat-pelat motor/generator, pelat-pelat transformator, dan sebagainya. Dalam bidang elektronika, digunakan bahan magnet misalnya pada speaker, alat-alat ukur elektronika, dan sebagainya.
5. Bahan Super Konduktor. Pada tahun 1911, Kamerligh Onnes mengukur perubahan tahanan listrik yang disebabkan oleh perubahan suhu Hg dalam helium cair. Dia menemukan bahwa tahanan listrik tiba-tiba hilang pada suhu 4,153°K. Sampai saat ini telah ditemukan sekitar 24 unsur hantaran super dan lebih banyak lagi paduan dan senyawa yang menunjukkan sifat-sifat hantaran super. Temperatur kritisnya berkisar antara 1 samapai 19° Kelvin. Bahan-bahan lead (timah), tin (timah patri), alumunium, dan mercury, pada sushu mendekati 0°K mempunyai resistivitas nol.
6. Bahan Nuklir. Bahan nuklir sering dipakai sebagai bahan baker reaktor nuklir. Reaktor nuklir adalah pesawat yang mengandung bahan-bahan nuklir yang dapat membelah, yang disusun sedemikian sehingga suatu reaksi berantai dapat berjalan dalam keadaan dan kondisi terkendali. Dengan sendirinya syarat agar suatu bahan dapat dipergunakan sebagai bahan bakar nuklir adalah bahan yang dapat mengadakan fisi (pembelahan atom). Dalam reaktor nuklir digunakan bahan bakar uranium 235, plutonium-239, uranium-233.
Dalam pemilihan jenis bahan listrik, selain sifat listrik, perlu dipertimbangkan beberapa sifat lain dari bahan, yaitu :
A. Sifat Mekanis, yaitu perubahan bentuk dari suatu benda padat akibat adanya gaya-gaya dari luar yang bekerja pada benda tersebut. Jadi adanya perubahan itu tergantung kepada besar kecilnya gaya, bentuk benda, dan dari bahan apa benda tersebut dibuat.
Jika tidak ada gaya dari luar yang bekerja, maka ada tiga kemungkinan yang akan terjadi pada suatu benda :
• Bentuk benda akan kembali ke bentuk semula, hal ini karena benda mempunyai sifat kenyal (elastis)
• Bentuk benda sebagian saja akan kembali ke bentuk semula, hal ini hanya sebagian saja yang dapat kembali ke bentuk semula karena besar gaya yang bekerja melampaui batas kekenyalan sehingga sifat kekenyalan menjadi berkurang.
• Bentuk benda berubah sama sekali, hal ini dapat terjadi karena besar gaya yang bekerja jauh melampaui batas kekenyalan sehingga sifat kekenyalan sama sekali hilang.
B. Sifat Fisis, Benda padat mempunyai bentuk yang tetap (bentuk sendiri), dimana pada suhu yang tetap benda padat mempunyai isi yang tetap pula. Isi akan bertambah atau memuai jika mengalami kenaikkan suhu dan sebaliknya benda akan menyusut jika suhunya menurun. Karena berat benda tetap , maka kepadatan benda akan bertambah, sehingga dapat disimpulkan sebagai berikut :
• Jika isi (volume) bertambah (memuai), maka kepadatannya akan berkurang
• Jika isinya berkurang (menyusut), maka kepadatan akan bertambah
• Jadi benda lebih padat dalam keadaan dingin daripada dalam keadaan panas
C. Sifat Kimia, berkarat adalah termasuk sifat kimia dari suatu bahan yang terbuat dari logam. Hal ini terjadi karena reaksi kimia dari bahan itu sendiri dengan sekitarnya atau bahan itu sendiri dengan bahan cairan. Biasanya reaksi kimia dengan bahan cairan itulah yang disebut berkarat atau korosi. Sedangkan reaksi kimia dengan sekitarnya disebut pemburaman.
Pengujian sifat mekanis bahan perlu dilakukan untuk mendapatkan informasi spesifikasi bahan. Melalui pengujian tarik akan diperoleh besaran-besaran kekuatan tarik, kekuatan mulur, perpanjangan, reduksi penampang, modulus elastis, resilien, keuletan logam, dan lain-lain. Selain sifat-sifat tersebut dengan tidak secara terlalu teknis, perlu diperhatikan kekerasan (hardness) dan kemampuan menahan goresan (abrasion). Contoh sifat fisis yang sering diperlukan adalah berat jenis, titik lebur, titik didih, titik beku, kalor lebur, dan sebagainya. Juga sifat perubahan volume, wujud, dan panjang terhadap perubahan suhu. Perkaratan adalah contoh sifat bahan akibat reaksi kimia; reaksi antara logam dengan oksigen yang ada di udara. Sifat kimia juga termasuk sifat bahan yang beracun, kemungkinan mengadakan reaksi dengan garam, asam, dan basa.
intisari
Selain bahan penyekat atau isolator di atas, ada bahan lain yang juga banyak digunakan dalam teknik ketenagalistrikan yaitu bahan penghantar atau sering dinamakan dengan istilah konduktor. Suatu bahan listrik yang akan dijadikan penghantar, juga harus mempunyai si fat-sifat dasar penghantar itu sendiri seperti: koefisien suhu tahanan, daya hantar panas, kekuatan tegangan tarik dan lain-lain.
Disamping itu juga penghantar kebanyakan menggunakan bentuk padat seperti tembaga, aluminium, baja, seng, timah, dan lain-lain. Untuk keperluan komunikasi sekarang banyak digunakan bahan penghantar untuk media transmisi telekomunikasi yaitu menggunakan serat optik.
Erat kaitannya dengan keperluan pembangkitan energi listrik, yaitu suatu bahan magnetik yang akan dijadikan sebagai medium untuk konversi energi, baik dari energi listrik ke energi mekanik, energi mekanik ke energi listrik, energi listrik menjadi energi panas atau cahaya, maupun dari energi listrik menjadi energi listrik kembali. Bahan magnetik ini tentunya harus memenuhi sifat-sifat kemagnetan, dan parameter-parameter untuk dijadikan sebagai bahan magnet yang baik. Dalam pemilihan bahan magnetik ini dapat dikelompokkan menjadi tiga macam, yaitu ferromagnetik, paramagnetik, dan diamagnetik.
Suatu bahan yang sekarang lagi ngetren dan paling banyak sedang dilakukan riset-riset di dunia ilmu pengetahuan dan teknologi yaitu bahan semi konduktor. Berkembangnya dunia elektronika dan komputer saat ini adalah merupakan salah satu peranan dari teknologi semi konduktor. Bahan ini sangat besar peranannya pada saat ini pada berbagai bidang disipilin ilmu terutama di bidang teknik elektro seperti teknologi informasi, komputer, elektronika, telekomunikasi, dan lain -lain. Berkaitan dengan bahan semi konduktor, pada saat ini dapat dikelompokkan menjadi dua macam yaitu semi konduktor dan super konduktor.
KARAKTERISTIK BAHAN PENGHANTAR LISTRIK
Seperti telah kita ketahui, bahwa untuk pelaksanaan penyaluran energi listrik dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu berupa saluran udara dan kabel tanah. Pada saluran Udara, terutama hantaran udara telanjang biasanya banyak menggunakan kawat penghantar yang terdiri atas: kawat tembaga telanjang (BCC, singkatan dari Bare Cooper Cable), Aluminium telanjang (AAC, singkatan dari All Aluminium Cable), Campuran yang berbasis aluminium (Al-Mg-Si), Aluminium berinti baja (ACSR, singkatan dari Aluminium Cable Steel Reinforced) dan Kawat baja yang berisi lapisan tembaga (Cooper Weld).Sedangkan pada saluran kabel tanah, biasanya banyak menggunakan kabel dengan penghantar jenis tembaga dan aluminium, perkembangan yang sangat dominan pada saluran kabel tanah adalah dari sisi bahan isolasinya, dimana pada saat awal banyak menggunakan isolasi berbahan kertas dengan perlindungan mekanikal berupa timah hitam, kemudian menggunakan minyak ( jenis kabel ini dinamakan GPLK atau Gewapend Papier Lood Kabel yang merupakan standar belanda dan NKBA atau Normal Kabel mit Bleimantel Aussenumheullung yang merupakan standar jerman, dan jenis bahan isolasi yang terkini adalah isolasi buatan berupa PVC (Polyvinyl Chloride) dan XLPE (Cross-Linked Polyethylene). Jenis bahan isolasi PVC dan XLPE pada saat ini telah berkembang pesat dan merupakan bahan isolasi yang andal.
Di waktu yang lalu, bahan yang banyak digunakan untuk saluran listrik adalah jenis tembaga (Cu). Namun karena harga tembaga yang tinggi dan tidak stabil bahkan cenderung naik, aluminium mulai dilirik dan dimanfaatkan sebagai bahan kawat saluran listrik, baik saluran udara maupun saluran kabel tanah. Lagipula, kawat tembaga sering dicuri karena bahannya dapat dimanfaatkan untuk pembuatan berbagai produk lain.
Suatu ikhtisar akan disampaikan dibawah ini mengenai berbagai jenis logam atau campurannya yang dipakai untuk kawat saluran listrik, yaitu:
• Tembaga elektrolitik, yang harus memenuhi beberapa syarat normalisasi, baik mengenai daya hantar listrik maupun mengenai sifat-sifat mekanikal.
• Brons, yang memiliki kekuatan mekanikal yang lebih besar, namun memiliki daya hantar listrik yang rendah. Sering dipakai untuk kawat pentanahan.
• Aluminium, yang memiliki kelebihan karena materialnya ringan sekali. Kekurangannya adalah daya hantar listrik agak rendah dan kawatnya sedikit kaku. Harganya sangat kompetitif. Karenanya merupakan saingan berat bagi tembaga, dan dapat dikatakan bahwa secara praktis kini mulai lebih banyak digunakan untuk instalasi-instalasi listrik arus kuat yang baru dari pada menggunakan tembaga.
• Aluminium berinti baja, yang biasanya dikenal sebagai ACSR (Aluminium Cable Steel Reinforced), suatu kabel penghantar aluminium yang dilengkapi dengan unit kawat baja pada inti kabelnya. Kawat baja itu diperlukan guna meningkatkan kekuatan tarik kabel. ACSR ini banyak digunakan untuk kawat saluran hantar udara.
• Aldrey, jenis kawat campuran antara aluminium dengan silicium (konsentrasinya sekitar 0,4 % – 0,7 %), Magnesium (konsentrasinya antara 0,3 % - 0,35 %) dan ferum (konsentrasinya antara 0,2 % - 0,3 %). Kawat ini memiliki kekuatan mekanikal yang sangat besar, namun daya hantar listriknya agak rendah.
• Cooper-weld, suatu kawat baja yang disekelilingnya diberi lapisan tembaga.
• Baja, bahan yang paling banyak digunakan sebagai kawat petir dan juga sebagai kawat pentanahan.
Berdasarkan ikhtisar diatas, dapat dikatakan bahwa bahan yang terpenting untuk saluran penghantar listrik adalah tembaga dan aluminium, sehingga kedua bahan tersebut banyak digunakan sebagai kawat pengantar listrik, baik saluran hantar udara maupun kabel tanah.
KONVERSI DAYA
Ada empat tipe konversi daya, atau dengan kata lain ada empat jenis pemanfatan energi listrik yang berbeda-beda, lihat gambar 1. Pertama dari listrik PLN 220 VAC melalui penyearah yang mengubah listrik AC menjadi listrik DC yang dibebani motor DC. Kedua mobil dengan sumber akumulator 12 V dengan inverter yang mengubah listrik DC menjadi listrik AC dengan tegangan AC 220 V dan dibebani PC. Ketiga dari sumber PLN 220 V dengan AC konverter diubah tegangannya menjadi 180 V untuk menyalakan lampu. Keempat dari sumber Akumulator truk 24 V dengan DC konverter diubah tegangannya menjadi 12 V untuk pesawat CB Transmitter.
Gambar 1. Pemanfaatan energi listrik.
Pada gambar 1 dijelaskan ada empat konverter daya yang terbagi dalam empat kuadran.
1. Kuadrant 1 disebut penyearah fungsinya menyearahkan listrik arus bolak-balik menjadi listrik arus searah. Energi mengalir dari sistem listrik AC satu arah ke sistem DC.
Contoh: Listrik AC 220 V/50 Hz diturunkan melewati trafo menjadi 12VAC dan kemudian disearahkan oleh Diode menjadi tegangan DC 12V.
2. Kuadran 2 disebut DC chopper atau dikenal juga dengan istilah DC-DC konverter. Listrik arus searah diubah menjadi arus searah juga namun dengan besaran yang berbeda.
Contoh: Listrik DC 15V dengan komponen elektronika diubah menjadi listrik DC 5V.
3. Kuadran 3 disebut inverter yaitu mengubah listrik arus searah menjadi listrik arus bolak-balik pada tegangan dan frekuensi yang dapat diatur.
Contoh: Listrik DC 12 V dari akumulator dengan perangkat inverter diubah menjadi listrik tegangan AC 220V, frekuensi 50 Hz.
4. Kuadran 4 disebut AC-AC konverter yaitu mengubah energi listrik arus bolak balik dengan tegangan dan frekuensi tertentu menjadi arus bolak balik dengan tegangan dan frekuensi yang lain. Ada dua jenis konverter AC, yaitu:
• pengatur tegangan AC (tegangan berubah, frekuensi konstan)
• cycloconverter (tegangan dan frekuensi dapat diatur).
Contoh: tegangan AC 220 V dan frekuensi 50 Hz menjadi tegangan AC 110 V dan frekuensi yang baru 100 Hz.
Rancangan konverter daya paling sedikit mengandung lima elemen, lihat gambar 2, yaitu:
(1) sumber energi,
(2) komponen daya,
(3) piranti pengaman dan monitoring,
(4) sistem kontrol lop tertutup dan
(5) beban.
HUKUM-HUKUM DASAR LISTRIK
Dalam dunia listrik dikenal beberapa hukum-hukum dasar listrik, yaitu:1. Hukum Faraday
2. Hukum Ampere-Biot-Savart
3. Hukum Lenz
4. Prinsip Konversi Energi Elektromekanik
Kesemua hukum diatas, bersama dengan hukum kekekalan energi akan menjelaskan mengenai prinsip kerja dasar dari suatu mesin listrik dinamis.
Artikel kali ini akan menjelaskan secara sederhana hubungan kesemua hukum tersebut. Selamat membaca dan semoga bermanfaat.
Hukum Faraday
Michael faraday (1791-1867), seorang ilmuwan jenius dari inggris menyatakan bahwa:
1. Jika sebuah penghantar memotong garis-garis gaya dari suatu medan magnetik (flux) yang konstan, maka pada penghantar tersebut akan timbul tegangan induksi.
2. Perubahan flux medan magnetik didalam suatu rangkaian bahan penghantar, akan menimbulkan tegangan induksi pada rangkaian tersebut.
Kedua pernyataan beliau diatas menjadi hukum dasar listrik yang menjelaskan mengenai fenomena induksi elektromagnetik dan hubungan antara perubahan flux dengan tegangan induksi yang ditimbulkan dalam suatu rangkaian, aplikasi dari hukum ini adalah pada generator. Gambar 1 akan menjelaskan mengenai fenomena tersebut.
Gambar 1. Hukum Faraday, Induksi Elektromagnetik.
Hukum Ampere-Biot-Savart
3 orang ilmuwan jenius dari perancis, Andre Marie Ampere (1775-1863), Jean Baptista Biot (1774-1862) dan Victor Savart (1803-1862) menyatakan bahwa:
“Gaya akan dihasilkan oleh arus listrik yang mengalir pada suatu penghantar yang berada diantara medan magnetik”
Hal ini juga merupakan kebalikan dari hukum faraday, dimana faraday memprediksikan bahwa tegangan induksi akan timbul pada penghantar yang bergerak dan memotong medan magnetik. Hukum ini diaplikasikan pada mesin-mesin listrik, dan gambar 2 akan menjelaskan mengenai fenomena tersebut.
Gambar 2. Hukum Ampere-Biot-Savart, Gaya induksi Elektromagnetik.
Hukum Lenz
Pada tahun 1835 seorang ilmuwan jenius yang dilahirkan di Estonia, Heinrich Lenz (1804-1865) menyatakan bahwa:
“arus induksi elektromagnetik dan gaya akan selalu berusaha untuk saling meniadakan (gaya aksi dan reaksi)”
Sebagai contoh, jika suatu penghantar diberikan gaya untuk berputar dan memotong garis-garis gaya magnetik, maka pada penghantar tersebut akan timbul tegangan induksi (hukum faraday). Kemudian jika pada ujung-ujung penghantar tersebut saling dihubungkan maka akan mengalir arus induksi, dan arus induksi ini akan menghasilkan gaya pada penghantar tersebut (hukum ampere-biot-savart). Yang akan diungkapkan oleh Lenz adalah gaya yang dihasilkan tersebut berlawanan arah dengan arah gerakan penghantar tersebut, sehingga akan saling meniadakan.
Hukum Lenz inilah yang menjelaskan mengenai prinsip kerja dari mesin listrik dinamis (mesin listrik putar) yaitu generator dan motor.
Gambar 3. Hukum Lenz- gaya aksi dan reaksi.
Konversi Energi Elektromekanik
Ketiga hukum dasar listrik diatas terjadi pada proses kerja dari suatu mesin listrik dan hal ini merupakan prinsip dasar dari konversi energi. Secara garis besar, elektromekanik dari mesin listrik dinamis dinyatakan:
“Semua energi listrik dan energi mekanik mengalir kedalam mesin, dan hanya sebagian kecil saja dari energi listrik dan energi mekanik yang mengalir keluar mesin (terbuang) ataupun disimpan didalam mesin itu sendiri, sedangkan energi yang terbuang tersebut dalam bentuk panas”
Sedangkan hukum kekelan energi pertama menyatakan bahwa:
“energi tidak dapat diciptakan, namun dapat berubah bentuk dari satu bentuk energi ke bentuk energi lainnya”
Aplikasi dari 4 dasar prinsip kerja mesin listrik dinamis dan hukum kekalan energi digambarkan sebagai berikut:
Gambar 4. Prinsip Konversi Energi Elektromekanik.
Tanda positif (+) menunjukkan energi masuk, sedangkan tanda negatif (-) menunjukkan energi keluar. Panas yang dihasilkan dari suatu mesin yang sedang melakukan proses selalu dalam tanda negatif (-).
Sedangkan untuk energi yang tersimpan, tanda positif (+) menujukkan peningkatan energi yang tersimpan, sedangkan tanda negatif (-) menunjukkan pengurangan energi yang tersimpan.
Keseimbangan dari bentuk-bentuk energi diatas tergantung dari nilai efisiensi mesin dan sistem pendinginannya.
Fluksi Medan Magnet
Medan magnet tidak bisa kasat mata namun buktinya bisa diamati dengan kompas atau serbuk halus besi. Daerah sekitar yang ditembus oleh garis gaya magnet disebut gaya medan magnetik atau medan magnetik. Jumlah garis gaya dalam medan magnet disebut fluksi magnetik.
Gambar 1. Belitan kawat berinti udara dan garis-garis gaya magnet.
Menurut satuan internasional besaran fluksi magnetik (Φ) diukur dalam Weber, disingkat Wb dan didefinisikan dengan:
”Suatu medan magnet serba sama mempunyai fluksi magnetik sebesar 1 weber bila sebatang penghantar dipotongkan pada garis-garis gaya magnet tsb selama satu detik akan menimbulkan gaya gerak listrik (ggl) sebesar satu volt”
Weber = Volt x detik
[Φ] = 1 Voltdetik = 1 Wb
Belitan kawat yang dialiri arus listrik DC maka didalam inti belitan akan timbul
medan magnet yang mengalir dari kutub utara menuju kutub selatan, seperti diperlihatkan pada gambar 2.
Gambar 2. Daerah Pengaruh medan magnet.
Pengaruh gaya gerak magnetik akan melingkupi daerah sekitar belitan yang diberikan warna arsir. Gaya gerak magnetik (θ) sebanding lurus dengan jumlah belitan (N) dan besarnya arus yang mengalir (I), secara singkat kuat medan magnet sebanding dengan amper-lilit.
θ = I . N
[θ] = Amper-turn
dimana;
θ = Gaya gerak magnetik
I = Arus mengalir ke belitan
N = Jumlah belitan kawat
Contoh : Belitan kawat sebanyak 500 lilit, dialiri arus 2 A.
Hitunglah a) gaya gerak magnetiknya b) jika kasus a) dipakai 1000 lilit berapa besarnya arus ?
Jawaban :
a) θ = I . N = 500 lilit x 2 A = 1.000 Ampere-lilit
b) I = θ /N = 1.000 Amper-lilit/1000 lilit = 1 Ampere.
Kuat Medan Magnet
Dua belitan berbentuk toroida dengan ukuran yang berbeda diameternya. Belitan toroida yang besar memiliki diameter lebih besar, sehingga keliling lingkarannya lebih besar. Belitan toroida yang kecil tentunya memiliki keliling lebih kecil. Jika keduanya memiliki belitan (N) yang sama, dan dialirkan arus (I) yang sama maka gaya gerak magnet (Θ = N.I) juga sama. Yang akan berbeda adalah kuat medan magnet (H) dari kedua belitan diatas.
Persamaan kuat medan magnet adalah:
Dimana:
H = Kuat medan magnet
lm = Panjang lintasan
θ = Gaya gerak magnetik
I = Arus mengalir ke belitan
N= Jumlah belitan kawat
Contoh : Kumparan toroida dengan 6.000 belitan kawat, panjang lintasan magnet 30cm, arus yang mengalir sebesar 200 mA. Hitung besarnya kuat medan magnetiknya
Jawaban :
H = I.N/Im = 0,2 A. 6.000 / 0,3 = 4000 A/m
Kerapatan Fluksi Magnet
Efektivitas medan magnetik dalam pemakaian sering ditentukan oleh besarnya “kerapatan fluksi magnet”, artinya fluksi magnet yang berada pada permukaan yang lebih luas kerapatannya rendah dan intensitas medannya lebih lemah, sedangkan pada permukaan yang lebih sempit kerapatan fluksi magnet akan kuat dan intensitas medannya lebih tinggi.
Kerapatan fluksi magnet (B) atau induksi magnetik didefinisikan sebagai:
“fluksi persatuan luas penampang”
Satuan fluksi magnet adalah Tesla. Persamaan fluksi magnet adalah:
Dimana;
B = Kerapatan medan magnet
Φ = Fluksi magnet
A = Penampang inti
Contoh : Belitan kawat bentuk inti persegi 50mm x 30 mm, menghasilkan kerapatan fluksi magnet sebesar 0,8 Tesla. Hitung besar fluksi magnetnya.
Jawaban: B = Φ/ A, maka Φ = B.A = 0,08T x (0,05 m x 0,03 m) = 1,2 mWb
Elektromagnet
Elektromagnet adalah prinsip pembangkitan magnet dengan menggunakan arus listrik. Aplikasi praktisnya kita temukan pada motor listrik, speaker, relay dsb. Sebatang kawat yang diberikan listrik DC arahnya meninggalkan kita (tanda silang), maka disekeliling kawat timbul garis gaya magnet melingkar, lihat gambar 1. Sedangkan gambar visual garis gaya magnet didapatkan dari serbuk besi yang ditaburkan disekeliling kawat beraliran listrik, seperti dijelaskan pada Prinsip-prinsip kemagnetan pokok bahasan selanjutnya.
Gambar 1. Prinsip elektromagnetik.
Sebatang kawat pada posisi vertikal diberikan arus listrik DC searah panah, maka arus menuju keatas arah pandang (tanda titik). Garis gaya magnet yang membentuk selubung berlapis lapis terbentuk sepanjang kawat. Garis gaya magnet ini tidak tampak oleh mata kita, cara melihatnya dengan serbuk halus besi atau kompas yang didekatkan dengan kawat penghantar tsb. Kompas menunjukkan bahwa arah garis gaya sekitar kawat melingkar. Arah medan magnet disekitar penghantar sesuai arah putaran sekrup (James Clerk Maxwell, 1831-1879). arah arus kedepan (meninggalkan kita) maka arah medan magnet searah putaran sekrup kekanan. Sedangkan bila arah arus kebelakang (menuju kita) maka arah medan magnet adalah kekiri.
Gambar 2. Garis magnet membentuk selubung seputar kawat berarus.
Gambar 3. Prinsip putaran sekrup
Aturan sekrup mirip dengan hukum tangan kanan yang menggenggam, dimana arah ibu jari menyatakan arah arus listrik mengalir pada kawat. Maka keempat arah jari menyatakan arah dari garis gaya elektromagnet yang ditimbulkan.
Arah aliran arus listrik DC pada kawat penghantar menentukan arah garis gaya elektromagnet. Arah arus listrik DC menuju kita (tanda titik pada penampang kawat), arah garis gaya elektromagnet melingkar berlawanan arah jarum jam. Ketika arah arus listrik DC meninggalkan kita (tanda silang penampang kawat), garis gaya elektromagnet yang ditimbulkan melingkar searah dengan jarum jam (sesuai dengan model mengencangkan sekrup). Makin besar intensitas arus yang mengalir semakin kuat medan elektro-magnet yang mengelilingi sepanjang kawat tersebut.
Gambar 4. Elektromagnetik sekeliling kawat.
Elektromagnet pada Belitan Kawat
Jika sebuah kawat penghantar berbentuk bulat dialiri arus listrik I sesuai arah panah, maka disekeliling kawat timbul garis gaya magnet yang arahnya secara gabungan membentuk kutub utara dan kutub selatan. Makin besar arus listrik yang melewati kawat, maka akan semakin kuat medan elektromagnetik yang ditimbulkannya.
Gambar 5. Kawat melingkar berarus membentuk kutub magnet
Jika beberapa belitan kawat digulungkan membentuk sebuah coil atau lilitan, dan kemudian dipotong secara melintang maka arah arus ada dua jenis. Kawat bagian atas bertanda silang (meninggalkan kita) dan kawat bagian bawah bertanda titik (menuju kita).
Gambar 6. Belitan kawat membentuk kutub magnet.
Hukum Tangan Kanan
Hukum tangan kanan untuk menjelas kan terbentuknya garis gaya elektromagnet pada sebuah gulungan atau coil dapat dilihat pada gambar 7. Dimana sebuah
gulungan kawat coil dialiri arus listrik, maka arah arusnya ditunjukkan sesuai dengan empat jari tangan kanan, sedangkan kutub magnet yang dihasilkan ditunjukkan dengan ibu jari untuk arah kutub utara dan kutub selatan arah lainnya.
Gambar 7. Hukum tangan kanan.
Untuk menguatkan medan magnet yang dihasilkan pada gulungan dipasangkan inti besi dari bahan ferromagnet, sehingga garis gaya elektromagnet menyatu. Aplikasinya dipakai pada coil kontaktor atau relay.
Prinsip-Prinsip Kemagnetan
Garis Gaya Magnet - Pada sebuah magnet sebenarnya merupakan kumpulan jutaan magnet ukuran mikroskopik yang teratur satu dan lainnya. Kutub utara dan kutub selatan magnet posisinya teratur (lihat gambar 3). Secara keseluruhan kekuatan magnetnya menjadi besar. Logam besi bisa menjadi magnet secara permanen (tetap) atau bersifat megnet sementara dengan cara induksi elektromagnetik. Tetapi ada beberapa logam yang tidak bisa menjadi magnet, misalnya tembaga dan aluminium, dan logam tersebut dinamakan diamagnetik.
Bumi merupakan magnet alam raksasa, dapat dibuktikan dengan alat yang dinamakan kompas, dimana jarum penunjuk pada kompas akan menunjukkan arah utara dan selatan bumi kita, seperti diperlihatkan pada gambar 1. Karena sekeliling bumi sebenarnya dilingkupi garis gaya magnet yang tidak tampak oleh mata kita tapi bisa diamati dengan kompas keberadaannya.
Gambar 1. Pola garis medan magnet permanen.
Batang magnet memancarkan garis gaya magnet yang melingkupi dengan arah dari utara ke selatan. Pembuktian sederhana dilakukan dengan menempatkan batang magnet diatas selembar kertas, kemudian diatas kertas tersebut ditaburkan serbuk halus besi secara merata, yang terjadi adalah bentuk garis-garis dengan pola melengkung oval diujung-ujung kutub. Ujung kutub utara-selatan muncul pola garis gaya yang kuat. Daerah netral pola garis gaya magnetnya lemah.
Bagian netral magnet artinya tidak memiliki kekuatan magnet. Untuk membuktikan bahwa daerah netral tidak memiliki kekuatan magnet. Ambil beberapa sekrup besi, amatilah tampak sekrup besi akan menempel baik diujung kutub utara maupun ujung kutub selatan. Daerah netral dibagian tengah sekrup tidak akan menempel sama sekali, dan sekrup akan terjatuh.
Gambar 2. Daerah netral pada magnet permanen.
Mengapa besi biasa berbeda logam magnet ? Pada besi biasa sebenarnya terdapat kumpulan magnet-magnet dalam ukuran mikroskopik, tetapi posisi masing-masing magnet tidak beraturan satu dengan lainnya sehingga saling menghilangkan sifat kemagnetannya, lihat gambar 3.
Gambar 3. Perbedaan besi biasa dan magnet permanen.
Arah garis gaya magnet dengan pola garis melengkung mengalir dari arah kutub utara menuju kutub selatan. Didalam batang magnet sendiri garis gaya mengalir sebaliknya, yaitu dari kutub selatan ke kutub utara. Didaerah netral tidak ada garis gaya diluar batang magnet. Pembuktian secara visual garis gaya magnet untuk sifat tarik menarik pada kutub berbeda dan sifat tolak-menolak pada kutub sejenis dengan menggunakan magnet dan serbuk halus besi, gambar 4. Tampak jelas kutub sejenis utara-utara garis gaya saling menolak satu dan lainnya. Pada kutub yang berbeda utara-selatan, garis gaya magnet memiliki pola tarik menarik. Sifat saling tarik menarik dan tolak menolak magnet menjadi dasar bekerjanya motor listrik.
Gambar 4a. Pola garis medan magnet tolak-menolak dan 4b. pola garis medan magnet tarik-menarik.
Gambar 5. Garis medan magnet Utara-Selatan.
Untuk mendapatkan garis gaya magnet yang merata disetiap titik permukaan maka ada dua bentuk yang mendasari rancangan mesin listrik. Bentuk datar (flat) akan menghasilkan garis gaya merata setiap titik permukaannya. Bentuk melingkar (radial), juga menghasilkan garis gaya yang merata setiap titik permukaannya.
Gmbar 6. Garis gaya magnet pada permukaan rata dan silinder.
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 628×10^16 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,
Diklat Sertifikasi Guru @ UM-2008
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 628×10^16 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,
Dasar-Dasar Teknik Listrik
Bahan Ajar Bidang Teknik Elektro dan ElektronikaDiklat Sertifikasi Guru @ UM-2008
qKonduktor dan Isolator
KONDUKTOR (conductor)
KONDUKTOR (conductor)
KONDUKTOR adalah Bahan yang mudah menghantarkan arus listrik.
Konduktor listrik memiliki banyak elektron bebas sehingga mudah menghantarkan listrik
Konduktor memiliki hambatan kecil.
Contoh Bahan Konduktor : Tembaga , perak , aluminium dsb
qISOLATOR (Insulator)
ISOLATOR adalah Bahan yang sukar mengantarkan arus listrik.
Isolator memiliki sedikit elektron bebas sehingga pada isolator elektron sukar mengalir.
Isolator memiliki hambatan besar .Pada tegangan tinggi Isolator dapat bersifat seperti Konduktor.
Contoh Bahan Isolator : Plastik , karet , kayu kering dsb
qSEMIKONDUKTOR (Semiconductor)
SEMIKONDUKTOR adalah Bahan yang memiliki sifat di antara konduktor dan Isolator.
Contoh Bahan Semikonduktor : Karbon , Silikon , Germanium Electricity Tutorial
Electricity TutorialThis tutorial is a brief introduction to the concepts of charge, voltage, and current. This tutorial is not as long and tedious as a college textbook, yet it contains more information than students are likely to find in an elementary schoolbook.
The Atom
On the left is a conceptual drawing of an atom. Atoms are the building blocks of matter. Everything is made of atoms, from rocks, to trees, to stars, to even yourself. An atom consists of a tightly packed nucleus containing one or more protons (colored red in the picture), and usually an equal number of neutrons (gray). Electrons (blue) surround the nucleus, forming an electron cloud. The number of electrons in an electrically stable atom is always equal to the number of protons in the nucleus.Electric Charge
A curious thing happens between protons and electrons: a proton and an electron are always attracted to one another, while a proton will repel other protons, and an electron will repel other electrons. This behavior is caused by something called the electric force. Protons are said to have a positive electric charge, while electrons have a negative electric charge. Two objects with the same type of charge push away from each other, while two objects with opposite charges attract to each other. Since a proton and an electron have opposite electric charges, they are attracted to each other. Two protons, however, move away from each other because of their equal electric charges. The same is true of two electrons, which push away from each other because of their equal negative charges.Electric Balance
Most matter contains an equal number of protons and electrons. The negative electrons balance out the positive protons, and the matter has no overall electrical charge. The word overall is important, since the charges are still there, bouncing around inside the matter. Electrical charges are everywhere, but we just can't sense them because they are in balance. In fact, if you take chemistry, you'll learn that the electric force is the very thing that holds matter together. The next time you pick something up, just think that whatever you are holding is literally filled with electric charge. This is an important fact that many people miss when they study electricity.Static Electricity
Let's say we steal an electron from one atom and give the electron to another atom. One atom will have an overall positive charge and the other will have an overall negative charge. When this happens, the two atoms are called ions. Because ions have an overall electric charge, they can interact with other charged objects. Since like charges repel and opposite charges attract, a positive ion will attract negatively charged objects, such as electrons or other ions, and will repel positively charged objects. A negatively charged ion will attract positively charged objects, and will repel other negatively charged objects.The same is true for larger objects. If you take electrons from one object and place them on another object, the first object will have an overall positive charge while the second will have an overall negative charge. Depending on the types of objects and the amount of charge involved, the electric force may be enough to cause the objects to stick together. This phenomenon is often referred to as "static electricity."
There are several ways to steal electrons from one object and give them to another. Some of the ways include chemical reactions, mechanical motion, light, and even heat. If you rub a glass rod with silk, the electrons in the glass rod will be knocked off and collected on the silk. The glass rod gains an overall positive charge, and the silk gains an overall negative charge. In a battery, chemical reactions are used to force electrons from the positive terminal and place them on the negative terminal.
Measuring Charges
The amount of overall electric charge possessed by an object is measured in coulombs. One coulomb is roughly equal to the amount of charge possessed by 6,000,000,000,000,000,000 (six billion billion) electrons. While this may seem like a huge number at first, it is not really that much, since electrons are so tiny. Just to give you an idea, one coulomb is roughly the amount of charge that flows through a 12-watt automotive light bulb in one second.If the amount of charge possessed by two objects and the distance between them are known, it is possible to calculate the amount of force between the objects using a formula known as Coulomb's law. This law was discovered by Charles Augustin de Coulomb in 1784, and states that the force between two charged objects varies directly as the charges of the objects and inversely as the square of the distance between them. Coulomb's law is given below in formula form:
F is the force, in Newtons.
q and q' are the charges of the two objects, in coulombs.
r is the distance between the objects, in meters.
k is a constant equal to 8.98755×109 N m2 C-2
Voltage
Whenever electrons are taken from one object and placed on another object, causing an imbalance of charge, we say that a voltage exists. That is what somebody means when they say that something has so many volts of electricity. They are describing a difference of charge in two different places. A standard AA battery has a difference of 1.5 volts between its positive and negative terminal, while car battery has a difference of 12 volts between its two terminals, and the everyday type of static electricity that causes things to stick together and occasionally gives you a jolt when you touch a metal object is usually measured in thousands of volts.
Another way to understand voltage is to think of an "electric field." Imagine a plate with positive charge next to a plate with negative charge. If I place a positive charge between these plates, the plates’ electric field will attract the charge to the negative side. Imagine that I place a 1 coulomb positive charge next to the negative plate, and then pull it towards the positive plate. Because the electric field creates a force in the opposite direction, moving the charge requires energy. The amount of energy depends on the distance between the plates and the strength of the electric field created by the plates. We call this energy the electric field’s "voltage." One volt is the amount of energy in joules required to move 1 coulomb of charge through an electric field. Mathematically, 1Volt = 1Joule / 1Coulomb.Volts are useful, because they neatly describe the size and strength of any electric field. Visualizing the electric field between two simple plates is easy, but visualizing the field in a complicated circuit with batteries, motors, light bulbs, and switches is very difficult. Voltage simplifies circuits like these by describing the entire electric field with a single number.
Electric Current
The word current comes from the Latin word currere, which means to run or to flow. An electric current is nothing more than the flow of electric charges. Electric charges can only flow through certain materials, called conductors. Although the electrons in most materials are confined to fixed orbits, some materials, including most metals, have many loose electrons which are free to wander around through the material. Materials with this property act as conductors. When a conductor is placed between two charged objects, these loose electrons are pushed away by the negatively charged object and are sucked into the positively charged object. The result is that there is a flow of charge, called a current, and the two object's charges become balanced. The amount of current flowing through a conductor at any given time in measured in amperes, or amps for short. When you read that something uses so many amps, what you are being told is the amount of current flowing through the device. One ampere is equal to the flow of one coulomb of charge in one second.Batteries and Current
In the previous paragraph, we looked at how current flows from one charged object to another, canceling out the charges of the two objects. Once the charges were canceled, the current stopped. If current were always this short-lived, it would be very impractical. Imagine a flashlight that only lasted a fraction of a second before needing to be recharged! While current does tend to cancel out charges on two objects and then stop flowing, if a charge can be placed on the objects faster than the current can drain the charge, it is possible to keep a current flowing indefinitely. That is what happens in a battery. Chemical reactions within the battery pump electrons from the positive terminal to the negative terminal faster than the device connected to the battery can drain them. The battery will continue to supply as much current as the device requires until the chemicals within the battery are used up, at which point the battery is dead and must be replaced.Resistance
All conductors offer some degree of resistance to the flow of electric current. What happens is this: As electrons travel through the conductor, they bump into atoms, losing some of their movement in jiggling the atom. The result is that the current flowing through the conductor is slowed down, and the conductor is heated. The amount that a given conductor resists the flow of electric current is measured in ohms.Power
Whenever current flows, work is done. A conductor may be heated, a motor may be spun, a bulb might give off light, or some other form of energy may be released. There is a simple law that tells exactly how much work may be done by a flowing current. The amount of work done is equal to the voltage of the supply times the current flowing through the wire. This law is expressed in the form P=IV, where P is the power in watts, I is the current in amps, and V is the voltage in volts. For example, if we find that a light bulb draws half of an amp at 120 volts, we simply multiply the 120 volts by half an amp to find that the bulb draws 60 watts of power.Ohm's Law
Let's say you have a six volt battery and you need to draw two amps of current. What resistance should you make the conductor? Or let's say you have a three volt power supply and a thousand ohm resistor. How much current would flow through the resistor if you were to connect the resistor to the power supply? In order to find the answers to these questions, all you need to do is to use a simple mathematical formula called ohm's law. Ohm's law states that the amount of current flowing through a conductor times the resistance of the conductor is equal to voltage of the power supply. This law is often expressed in the form V=IR, where V is the voltage measured in volts, I is the current measured in amps, and R is the resistance measured in ohms.electric circuit, unbroken path along which an electric current exists or is intended or able to flow. A simple circuit might consist of an electric cell (the power source), two conducting wires (one end of each being attached to each terminal of the cell), and a small lamp (the load) to which the free ends of the wires leading from the cell are attached. When the connections are made properly, current flows, the circuit is said to be “closed,” and the lamp will light. The current flows from the cell along one wire to the lamp, through the lamp, and along the other wire back to the cell. When the wires are disconnected, the circuit is said to be “open” or “broken.” In practice, circuits are opened by such devices as switches, fuses, and circuit breakers (see fuse, electric; circuit breaker; short circuit). Two general circuit classifications are series and parallel. The elements of a series circuit are connected end to end; the same current flows through its parts one after another. The elements of a parallel circuit are connected so that each component has the same voltage across its terminals; the current flow is divided among its parts. When two circuit elements are connected in series, their effective resistance (impedance if the circuit is being fed alternating current) is equal to the sum of the separate resistances; the current is the same in each component throughout the circuit. When circuit elements are connected in parallel, the total resistance is less than that of the element having the least resistance, and the total current is equal to the sum of the currents in the individual branches. A battery-powered circuit is an example of a direct-current circuit; the voltages and currents are constant in magnitude and do not vary with time. In alternating-current circuits, the voltage and current periodically reverse direction with time. A standard electrical outlet supplies alternating current. Lighting circuits and electrical machinery use alternating current circuits. Many other devices, including computers, stereo systems, and television sets, must first convert the alternating current to direct current. That is done by a special internal circuit usually called a power supply. A digital circuit is a special kind of electronic circuit used in computers and many other devices. Magnetic circuits are analogous to electric circuits, where magnetic materials are regarded as conductors of magnetic flux. Magnetic circuits can be part of an electric circuit; a transformer is an example. Equivalent circuits are used in circuit analysis as a modeling tool; a simple circuit made up of a resistor, and an inductor might be used to electrically represent a loudspeaker. Electrical circuits can also be used in other fields of studies. In the study of heat flow, for example, a resistor is used to represent thermal insulation. Operating electric circuits can be used for general problem solving (as in an analog computer).
Kirchhoff's laws |
Kirchhoff's laws [for Gustav R. Kirchhoff], pair of laws stating general restrictions on the current and voltage in an electric circuit. The first of these states that at any given instant the sum of the voltages around any closed path, or loop, in the network is zero. The second states that at any junction of paths, or node, in a network the sum of the currents arriving at any instant is equal to the sum of the currents flowing away.
inductance |
inductance, quantity that measures the electromagnetic induction of an electric circuit component; it is a property of the component itself rather than of the circuit as a whole. The self-inductance, L, of a circuit component determines the magnitude of the electromagnetic force (emf) induced in it as a result of a given rate of change of the current through the component. Similarly, the mutual inductance, M, of two components, one in each of two separate but closely located circuits, determines the emf that each may induce in the other for a given current change. Inductance is expressed in henrys (for Joseph Henry). An inductor is a device designed to produce an inductance, e.g., a coil; an ideal inductor, i.e., one having no resistance or capacitance (see impedance), is often called an inductance.
