Dasar dasar Ilmu Kelistrikan

  MK DASAR-DASAR KELISTRIKAN PTIK JPTE FT UNM, 2014 SANATANG, S.Pd. M.T.

  SANATANG, S.Pd. M.T.

  1

  

  Satuan­satuan Dasar dan Turunan _ Mengukur Sudut _ Satuan dan Simbol­simbol Listrik _ Tegangan dan Resistansi _ Hukum Ohm _ Resistansi dan Resistivitas _ Energi dan Daya SATUAN­SATUAN DASAR DAN  TURUNAN 

  International System of Units (SI) adalah sistem  satuan yang telah dibakukan untuk  mendeskripsikan berbagai variabel seperti  _ panjang, massa, dan waktu  SI ini didasarkan pada tujuh 

  satuan dasar dan  Satuan­satuan turunannya

TABEL 1. SATUAN DASAR SI

  Singkat No Kuantitas Satuan an

  1 Arus listrik ampere A

  2 Panjang meter m

  3 Intensitas candela cd cahaya

  4 Massa kilogram kg

  5 Suhu Kelvin K

  6 Waktu detik s

  7 Kerapatan zat mol mol

  

  0 K setara dengan ­273°C dan 

  interval sebesar 1K 

  sama dengan 

  

interval sebesar 1°C

TABEL 2. SATUAN TURUNAN SI

  Kuantitas Satuan

  Turunan Singkat an

  Kesetaraan (dalam satuan-satuan dasar) Kapasitansi farad F A s V ^-1 Muatan coulomb C A s Energi joule J N m Gaya newton N kg m s ^-1 Frekuensi herz Hz s ^-1 Iluminasi lux Lx lm m ^-2 Induktansi henry H V s A ^-1 Fluks Cahaya lumen Lm cd sr Fluks Magnetik weber Wb Vs Potensial volt

  V W A ^-1 Daya watt W J s ^-1 Resistansi ohm Ω

  V A ^-1

  CONTOH­CONTOH 1.

  Satuan kerapatan­fIuks didefinisikan sebagai jumlah  fIuks magnetik per satuan luas. Nyatakan ini dalam  satuan­satuan dasar.

  2. Satuan  potensial  listrik,  volt  (V),  didefinisikan 

  sebagai  beda  potensial  antara  dua  titik  di  dalam  suatu  penghantar  yang  ketika  mengalirkan  arus  sebesar  1  ampere  (A),  menyebabkan  disipasi   daya  sebesar 1 watt (W). Nyatakan volt (V) dalam joule (J)  dan coulomb (C).

  3. BIT, BYTE adalah satuan apa?

  PENYELESAIAN 

  Satuan SI untuk fIuks adalah weber (Wb). Luas  adalah panjang kali lebar dan dalam satuan SI  ₂ dasar dinyatakan sebagai meter persegi (m ),  _{2 ­2 } sehingga diperoleh  Wb/m  atau Wb m .  Untuk potensial listrik:

  

MENGUKUR SUDUT



  Pada rangkaian analog  dan rangkaian a.c., 

sinyal­sinyal merupakan 

gelombang­gelombang 

yang berulang (seringkali 

_ berbentuk sinusoidal)

Acuan di sembarang titik 

dengan cara peninjauan  berdasarkan waktu 

tempuh sejak awal siklus 

atau dari sudutnya  (sebuah siklus dimulai  pada 0° dan berakhir  pada 360°.

  

Pengukuran lain adalah radian, yaitu sudut yang terbentuk 

di pusat sebuah lingkaran oleh sebuah busur lingkaran yang 

panjangnya sama dengan jari­jari lingkaran tersebut

   Satu revolusi sirkular penuh  setara dengan satu rotasi  sebesar 360° atau 2pi radian (1pi  ≈

  3,142). Jadi, satu radian setara 

dengan 360/2p

 derajat (±57,3°).  Perubahan dari derajat ke radian, bagi dengan 57,3.

  Perubahan dari radian ke derajat, kalikan dengan 57,3. CONTOH­CONTOH 1.

  Nyatakan seperempat sebuah revolusi siklus  dalam derajat dan radian

  radian 3. Nyatakan sebuah sudut sebesar 2,5 radian  dalam derajat

PENYELESAIAN

   _o

  Terdapat 360  dalam satu siklus penuh, sehingga  terdapat 360/4 atau 90° dalam seperempat  _ lingkaran.

  Terdapat 2pi radian dalam satu lingkaran penuh,  sehingga terdapat 2pi/4 radian atau pi/2

   radian  _ dalam seperempat lingkaran

  Konversi derajat ke radian, bagi dengan 57,3,  _ sehingga  215° = 215/57,3 = 3,75 radian Konversi radian ke derajat, kalikan 57,3, sehingga           2,5 radian = 2,5 x 57,3 =143,25°. SATUAN DAN SIMBOL­SIMBOL  LISTRIK _{Satuan Singkat Simbo Catatan Amper A} an l _{I Satuan arus-listrik (suatu arus sebesar 1 A mengalir di dalam sebuah konduktor ketika sebuah muatan sebesar 1 C b Coulom C Q Satuan muatan-listrik atau kuantitas kelistrikan} dipindahkan dalam interval waktu sebesar 1 detik) Farad F C Satuan kapasitansi (sebuah kapasitor memiliki kapasitansi

_{potensial 1 V pada kedua pelatnya)}

_{sebesar 1 F ketika muatan sebesar 1 C menghasilkan beda} Henry H L Satuan induktansi (sebuah induktor memiliki induktansi _{sebesar 1 A/s menghasilkan beda potensial 1 V pada kedua sebesar 1 H ketika arus yang berubah-ubah secara konstan}

_{Hertz Hz f Satuan frekuensi (suatu sinyai memiliki frekuensi sebesar 1 Hz}

_{jika satu siklus penuh terjadi dalam interval waktu 1 detik)} termitalnya) _{Siemen S G Satuan konduktansi (kebalikan dari resistansi) Detik s t Satuan waktu Ohm Ω R Satuan resistansi} Joule J E Satuan energi Tesla T B Satuan kerapatan fiuks magnetik (suatu kerapatan fluks _{pada permukaan seluas 1 meter persegi) sebesar 1 T dihasilkan ketika suatu fiuks sebesar 1 Wb ada}

_{Watt W P Satuan daya (setara dengan energi 1 J yang digunakan dalam}

Volt ^{V V Satuan potensial-listrik (ggl atau beda potensial)} _{waktu 1 s)}

PERKALIAN DAN SUB­PERKALIAN

  Awalan Singkatan Pengali (eksponen) tera T

  10 ¹² (= 1 000 000 000 000) giga G

  10 ⁹ (= 1 000 000 000) mega M

  10 ⁶ (= 1 000 000) kilo k

  10 ³ (= 1 000) (tidak ada) (tidak ada) 10 (= 1) centi c 10 ^-2 (= 0.01) milli m 10 ^-3 (= 0.001) micro µ 10 ^-6 (= 0.000 001) nano n 10 ^-9 (= 0.000 000 001) pico p 10 ^-12 (= 0.000 000 000 001)

  

CONTOH­CONTOH SOAL DAN PENYELESAIAN

Soal _

  Sebuah lampu tanda membutuhkan arus listrik sebesar 0,075 A.  Nyatakan arus ini dalam mA. _ Sebuah pemancar radio gelombang­menengah beroperasi pada  frekuensi 1495 kHz. Nyatakan frekuensi dari pemancar tersebut  dalam MHz.  _ Sebuah kapasitor bernilai 27.000 pF. Nyatakan ini dalam µF

  Penyelesaian _

  0,075 A = 75 mA _ 1495 kHz = 1,495 MHz. _ 27.000 pF = 0,027 µF 

  _ TEGANGAN DAN RESISTANSI Gaya gerak listrik (ggl) adalah kemampuan suatu sumber 

energi (misal: baterai) untuk menghasilkan arus dalam sebuah 

_ konduktor Arus konvensial suatu rangkaian mengalir dari titik yang  potensialnya lebih positif ke titik potensial negatif terbesar  _ (elektron bergerak ke arah yang berlawanan).  Arus yang mengalir berbanding lurus dengan ggl yang  _ diterapkan. 

Arus yang mengalir juga ditentukan oleh dimensi­dimensi fisik 

  (panjang dan luas penampang) dan material pembentuk  _ konduktor tersebut. 

Jumlah arus yang akan mengalir pada suatu konduktor ketika 

suatu ggl diberikan berbanding terbalik dengan resistansi  konduktor tersebut. Oleh karena itu, resistansi berfungsi sebagai 

pelawan aliran arus, makin tinggi resistansi, makin kecil arus 

yang mengalir (dengan asumsi ggl yang diberikan konstan).

HUKUM OHM

  Arus yang mengalir pada  sebuah penghantar adalah  rasio beda potensial pada  ujung­ujung konduktor 

terhadap hambatan penghantar 

tersebut pada suhu konstan.  Hubungan ini dikenal sebagai  hukum Ohm, yaitu: 

  I = V/R I adalah arus [ampere (A)], V 

adalah beda potensial [volt (V)], 

dan R adalah resistansi [ohm 

  Ω ( )]. Rumus ini dapat disusun  dalam bentuk segitiga CONTOH­CONTOH SOAL 

  Ω Sebuah resistor 12  dihubungkan ke sebuah  baterai 6 V. Berapakah arus yang akan mengalir  _ melalui resistor ini?

  Arus sebesar 100 mA mengalir melalui sebuah  Ω resistor 56  . Berapakah jatuh tegangan yang  _ akan muncul pada resistor tersebut?

  Jatuh tegangan sebesar 15 V muncul pada  sebuah resistor yang dilalui oleh aliran arus  sebesar 1 mA. Berapakah nilai resistansinya? PENYELESAIAN 

  Diketahui: V = 6 V dan R = 12 Ω _ I = V/R = 6 V/12   = 0,5 A (atau 500 mA) Ω _ Jadi, akan ada arus sebesar 500 mA yang mengalir  melalui resistor tersebut.

   Diketahui: I = 100 mA = 0.1 A dan R = 56  .

  Ω _ V = I x R = 0,1 A x 56   = 5,6 V Ω _ Jadi, akan ada beda potensial sebesar 5,6 V yang timbul  pada resistor tersebut.

   Diketahui: V = 15 V dan I = 1 mA = 0,001 A  _ R = V/I = 15 V/0,001 A = 15.000   = 15 k

  Ω Ω RESISTANSI DAN RESISTIVITAS 

  Resistansi suatu konduktor logam berbanding lurus  dengan panjang konduktor tersebut dan berbanding  _ terbalik dengan luas penampang konduktor.  Resistansi berbanding lurus dengan  resistivitas 

  ( _ resistansi jenis).  Resistivitas didefinisikan sebagai resistansi yang terukur 

antara muka­muka yang berlawanan dari sebuah kubus 

_ yang memiliki rusuk­rusuk sepanjang 1 cm.

  Resistansi suatu konduktor adalah: ρ

R =   x l/A

Ω ρ

  

R adalah resistansi konduktor ( ),   adalah resistivitas 

Ω ( m), l adalah panjang (m), dan A adalah luas  ₂ penampang (m ). 

  

SIFAT­SIFAT LISTRIK BERBAGAI JENIS 

LOGAM

  Logam Resistivitas Konduktivitas Koefisien _{o o} (Ωm) 20 C Relatif (Cu = 1) suhu R/ C _-8

  Perak 1.626 x 10 _-8 1.06 0.0041 Tembaga 1.724 x 10 1.00 0.0039 (digulung) _-8 Tembaga 1.777 x 10 0.97 0.0039 (dibentang) _-8 Aluminium 2.803 x 10 _-7 0.61 0.0040 Baja Lunak 1.380 x 10 _-7 0.12 0.0045 Timah 2.140 x 10 0.08 0.0040 CONTOH­CONTOH Soal _

  

Sebuah kumparan dari gulungan kawat tembaga sepanjang 8 m berpenampang  1 

mm _ ² . Tentukanlah resistansi kumparan tersebut Tentukan jatuh tegangan antara ujung­ujung sebuah kawat dengan resistivitas 1,6  x 10 ^­8   m, panjang 20 m, berpenampang 1 mm ^{Ω 2}  membawa arus sebesar 5 A. 

  Penyelesaian _ Nilai ρ  untuk tembaga adalah 1,724 x 10 ^­8   m. Panjang kawat (l) 8 m dan luasnya  ^Ω (A) adalah 1 mm ²  atau 1 x 10 ^­6  m ² . Jadi, resistansi kumparan adalah: Atau R = 13,792 x 10 ^­2  = 0,13792 Ω _

Pertama­tama, harus diketahui resistansi kawatnya (seperti pada Contoh 1.17):

    _ Jatuh tegangan ini dapat dihitung dengan mempergunakan hukum Ohm: V = I x R = 5 A x 0,32   = 1,6 V ^Ω

sehingga akan timbul jatuh tegangan sebesar 1,6 V antara ujung­ujung kawat tersebut

  _ ENERGI DAN DAYA

Energi adalah kemampuan untuk melakukan kerja sementara daya adalah kecepatan 

_ dilakukannya kerja. _ Pada rangkaian listrik, energi diberikan oleh baterai atau generator.  Energi dapat juga tersimpan di dalam komponen­komponen seperti kapasitor dan  _ induktor.  Energi listrik dikonversi menjadi bentuk­bentuk energi yang lain oleh komponen­ _a) komponen seperti : _b) Resistor dalam bentuk panas,  _c) Kapasitor menyimpan muatan listrik,  _d) Induktor dalam bentuk medan magnet,  _e) Pengeras suara (menghasilkan energi bunyi),  Dioda pemancar cahaya  _ (light emitting diodelLED) menghasilkan cahaya.

  Satuan energi adalah joule (J) dan daya dalam watt (W).

   Suatu daya sebesar 1W adalah  hasil energi yang digunakan dengan kecepatan 1 J per detik.

  

P = E/t

Keterangan: P adalah daya [watt (W)], E adalah energi [joule (J)], dan  t adalah waktu [detik (s)]. Daya di 

dalam suatu rangkaian listrik setara dengan hasil perkalian antara tegangan dan arus. 

Jadi,

  

P=I x V

  _ LANGKAH­LANGKAH

  Hubungan P = I x V dapat digabungkan dengan  hubungan yang diperoleh dari hukum Ohm (V =  I x R) untuk menghasilkan dua hubungan  _ berikutnya.  Pertama, substitusi terhadap V akan  menghasilkan: _{2 } P = I x (I x R) = I R

  Kedua, substitusi terhadap I

   akan 

  menghasilkan: ₂ P = (V/R) x V = V /R CONTOH­CONTOH DAN  PENYELESAIAN

  1. Arus sebesar I = 1,5 A diperoleh dari sebuah baterai V = 3 V.  Berapakah daya yang diberikan? 

   

  Penyelesaian

  P = I x V = 1,5 A x 3 V = 4,5 W Jadi, daya yang diberikan adalah sebesar 4,5 W.

    Ω

  2. Jatuh tegangan sebesar 4 V timbul pada sebuah resistor 100  .  Berapakah daya yang terdisipasi di dalam resistor tersebut?

   

  Penyelesaian ₂

  Ω P = V /R (di mana V = 4 V dan R = 100  ): ₂

  Ω P = V /R = (4 V x 4 V)/100   = 0,16 W Jadi, resistor tersebut mendisipasikan daya sebesar 0,16 W (atau  160 mW).

   

  3. Berapakah daya yang terdisipasi di dalam resistor  bila arus sebesar 20 mA mengalir melalui resistor  Ω

  1 k . tersebut?  

  Penyelesaian ₂

  Ω P = I  x R = (20 mA x 20 mA) x 1 k  = 400 mW Jadi, daya yang terdisipasi di dalam resistor  tersebut adalah sebesar 400 mW.