Tegangan dan Arus Faktor mental – fisologis, seperti susunan kerja, hubungan antara pekerja dengan

Keselamatan Dan Kesehatan Kerja di Bidang Kelistrikan Electrical Safety 5 Gambar 1.10. Beda Tegangan Di Udara Yang Menyebabkan Petir Selama badai petir, elektron dari awan terlepas dari “induknya” akibat dari gaya turbulensi dan terbawa ke bawah awan, sehingga bagian atas kekurangan elektron menjadi ion positif dan bagian bawah ion negatif. Gaya tolak kemudian membuat elektron terdesak kebawah awan, menyebabkan bumi bermuatan positif. Ratusan ribu volt tercipta dari proses ini. Hal ini dapat menyebabkan udara break down dan sambaran petir terjadi. Muatan statis dan sambaran petir bukanlah sumber tegangan yang praktis dalam bidang kelistrikan. Baterai adalah sumber tegangan yang praktis. Pada sebuah baterai, muatannya dipisahkan oleh reaksi kimia. Sebuah baterai elemen kering dry cell diilustrasikan pada gambar berikut ini. Elektrode bagian dalam terbuat dari batang karbon dan elektrode bagian luarnya terbuat dari lempengan seng. Reaksi kimia antara ammonium-klororitmangan dioksida dengan seng menghasilkan kelebihan elektron, sehingga seng membawa muatan negatif. Reaksi penggantinya menyebabkan batang karbon kekurangan elektron, menyebabkan ia bermuatan positif. Muatan yang terpisah ini menimbulkan tegangan biasanya 1,5 V diantara kedua elektroda. Baterai sangat berguna sebagai sumber tegangan karena rekasi kimia menyebabkan suplai energinya berlangsung secara kontinu, berguna untuk menyalakan lampu atau menggerakkan motor. Baterai Ukuran C, umumnya disebut baterai lampu senter. Gambar 1.11. Konstruksi Dasar Baterai Gambar 1.12. Baterai Ukuran C

B. Definisi Tegangan: Volt

Dalam istilah kelistrikan, energi beda potensial didefinisikan sebagai tegangan. Secara umum, sejumlah energi dibutuhkan untuk memisahkan muatan tergantung pada tegangan yang dihasilkan dan jumlah muatan yang dialirkan. Maka diperoleh definisi, tegangan diantara dua titik adalah sebesar satu volt bila ia membutuhkan energi sebesar 1 Joule untuk menggerakkan muatan 1 coulomb dari satu titik ke titik lainnya. Dalam persamaan dituliskan: V = WQ [Volt,V] 6 Keselamatan Dan Kesehatan Kerja di Bidang Kelistrikan Electrical Safety Dimana W adalah energi dalam joule, Q adalah muatan dalam coulomb, dan V adalah tegangan yang dihasilkan dalam volt. Yang perlu diperhatikan bahwasannya tegangan adalah perbedaan potensial diantara dua titik. Contoh pada baterai, tegangan tampak pada terminal-terminalnya. Sehingga, tegangan tidak akan ada bila dilihat dari satu titik saja, dengan kata lain harus ditentukan dari titik lainnya beda potensial antara dua titik. Prinsip ini juga berlaku untuk sumber tegangan yang lainnya seperti generator dan solar cell. Simbol untuk sumber tegangan DC. Baterai adalah sumber energi listrik yang menyebabkan muatan berjalan mengitari rangkaian. Perpindahan muatan ini disebut dengan arus listrik. Karena salah satu dari terminal baterai selalu positif dan yang lainnya negatif, aliran arus selalu mempunyai arah yang sama dan tetap. Arus yang bergerak satu arah ini disebut DC atau direct current dalam bahasa Indonesia arus searah, dan baterai disebut dengan sumber DC. Simbol sumber DC ditunjukkan pada gambar. Garis yang lebih panjang menyatakan terminal positif + dan yang lebih pendek negatif -. Selama tanda “+” dan “-“ dari baterai tidak terhubung, akan selalu ada tegangan di antara dua titik, tetapi tidak akan ada aliran eletron yang melewati baterai, karena tidak ada jalur yang kontinu yang bisa dilewati elektron. Gambar 1.13.Ilustrasi Perbandingan Antara Baterai dan Reservoir Prinsip yang sama juga terjadi pada reservoir air dan analogi pompa: tanpa jalur pipa dari reservoir ke kolam, energi yang tersimpan dalam reservoir tidak dapat dilepaskan dalam bentuk aliran air. Begitu reservoir telah diisi penuh, tidak akan ada aliran yang terjadi, tidak peduli seberapa besar tekanan dari pompa yang dihasilkan. Yang dibutuhkan hanyalan jalur rangkaian bagi air untuk mengalir dari kolam, ke reservoir, dan kembali ke kolam lagi sehingga terjadi aliran yang kontinu. Kita dapat menyediakan jalur seperti ini pada baterai yaitu dengan menghubungkan sepotong kawat yang menghubungkan kedua terminal baterai. Membentuk suatu putaran tertutup, kita akan melihat aliran kontinu dari elektron: Gambar 1.14. Ilustrasi Aliran Elektron Pada Baterai Keselamatan Dan Kesehatan Kerja di Bidang Kelistrikan Electrical Safety 7 C. Arus Misalkan sebuah baterai dihubungkan seperti pada gambar dibawah ini. Karena elektron tertarik oleh kutub positif dari baterai dan ditolak oleh kutub negatif baterai, elektron tersebut bergerak mengitari rangkaian, melewati kawat, lampu, dan baterai. Pergerakan ini disebut dengan arus listrik. Semakin banyak elektron yang bergerak per detiknya, semakin besar nilai arusnya. Sehingga arus adalah aliran rata-rata perpindahan rata-rata dari muatan. Gambar 1.15. Aliran Elektron Sementara itu, gerakan elektron “bebas” normal pada sebuah induktor adalah acak, tanpa ada arah dan kecepatan tertentu, elektron dapat dipengaruhi gerakannya hingga memiliki keteraturan melalui bahan konduktif. Gerakan sejenis sesama elektron ini yang kita sebut sebagai listrik atau arus listrik. Untuk lebih tepatnya, dapat juga dikatakan sebagai listrik dinamis. Listrik dinamis berbeda dengan listrik statis, karena listrik statis adalah kumpulan muatan listrik yang tidak bergerak. Seperti air yang mengalir melalui pipa yang kosong, elektron dapat melewati ruang kosong diantara atom-atom konduktor. Mungkin konduktor terlihat solid, padat, dan tanpa celah bila dilihat dengan kasat mata, tetapi material yang tersusun atas atom-atom kebanyakan merupakan celahspace kosong. Aliran air ini bisa digunakan untuk memahami gerakan elektron melewati konduktor yang sering disebut arusaliran. Yang perlu diperhatikan di sini adalah tiap-tiap elektron yang bergerak mungkin dianggap sebagai gerakan elektron yang berkelompok. Gerakan awal dan akhir dari aliran elektron yang melewati sepanjang jalur konduktif sebenarnya gerakan yang seketika itu juga bergerak dari ujung konduktor satu ke ujung lainnya, walaupun mungkin gerakan masing-masing elektron bisa saja lambat. Bayangkan saja sebuah tabung yang terisi penuh oleh kelereng. Gambar 1.16. Tabung Kelereng Tabung yang dipenuhi kelereng, seperti konduktor yang terisi penuh oleh elektron yang siap bergerak akibat pengaruh dari luarnya. Bila sebuah kelereng tiba- tiba dimasukkan ke dalam tabung penuh kelereng ini dari sebelah kiri, kelereng lain akan mencoba keluar dari tabung dari sebelah kanan. Walaupun tiap kelereng hanya 8 Keselamatan Dan Kesehatan Kerja di Bidang Kelistrikan Electrical Safety dapat bergerak dalam jarak yang dekat, transfer gerakan melalui tabung ini sebenarnya kilat dari ujung sebelah kiri ke kanan, tidak peduil seberapa panjang tabung itu. Dalam kelistrikan, efek keseluruhan dari suatu ujung konduktor ke ujung lainnya berlangsung dengan cepat, secepat kecepatan cahaya: bergeser secepat 186 000 mil per detik.

D. Ampere

Karena muatan diukur dalam coulomb, berarti aliran rata-rata adalah coulomb per detik. Dalam sistem SI, satu coulomb per detik sama dengan satu ampere biasanya disingkat A. Dari sini, kita dapatkan bahwa satu ampere adalah arus pada suatu rangkaian ketika muatan satu coulomb bergerak melewati suatu titik dalam satu detik. Simbol dari arus adalah I. Secara matematis: I = Qt [ampere,A] Dimana Q adalah muatan dalam coulomb dan t adalah selang waktu dalam detik selama pengukuran. Dari persamaan di atas yang perlu diingat adalah t bukanlah waktu diskrit, tetapi t adalah interval atau selang waktu selama transfer muatan terjadi. Walaupun secara teoritis arus didefinisikan dari rumus diatas, tetapi pada kenyataannya kita mengukur arus menggunakan alat yang disebut ammeter atau amperemeter.

E. Arah arus

Awalnya, diketahui bahwa arus adalah pergerakan dari muatan positif dan muatan positif tersebut bergerak mengitari rangkaian dari terminal positif baterai menuju terminal negatifnya. Seperti ditunjukkan pada gambar a. Dari sinilah hukum, teori dan simbol dari rangkaian dikembangkan. Arah arus seperti ini disebut aliran konvensional yang lebih umum dipakai. Namun setelah penemuan struktur atom, diketahui bahwa sebenarnya pergerakan elektron pada konduktor logam seperti pada gambar b. Namun, karena sudah terlanjur menggunakan arah arus konvensional, maka kebanyakan menggunakan arah arus konvensional. Gambar 1.17. Arah Arus Listrik F. Baterai Baterai adalah sumber dc paling umum. baterai dibuat dalam bermacam macam bentuk, ukuran, dan rating, mulai dari baterai ukuran kecil yang hanya mampu menyuplai arus sebesar beberapa mikroampere hingga baterai otomotif yang mampu menyuplai hingga ribuan ampere. Ukuran umum dari baterai adalah AAA baca:A3, AA baca: A2, C, dan D yang diilustrasikan pada gambar berikut. Semua baterai menggunakan tipe konduktor elektroda yang dibenamkan pada bahan electrolit. Interaksi kimia antara elektroda dan elektrolit menghasilkan tegangan pada baterai.