a. Tujuan Kegiatan Belajar 1
Setelah mempelajari modul ini siswa harus dapat :
1) Menjelaskan struktur benda dan electron bebas dengan benar.2) Menjelaskan perbedaan listrik statis dengan listrik dinamis dengan benar3) Menjelaskan teori aliran listrik dengan benar4) Menjelaskan tentang arus listrik dan cara mengukurnya dengan benar5) Menjelaskan tentang tegangan listrik dan cara mengukurnya dengan benar6) Menjelaskan tentang tahanan listrik dan cara mengukurnya dengan benar7) Menjelaskan Hukum Ohm dengan benar Menjelaskan daya listrik dengan benar
Materi dan atom
Semua benda yang mengisi dan membentuk dunia ini yang dapat dilihat dengan pancaindra disebut materi atau zat. Secara umum materi dikelompokkan menjadi tiga yaitu padat, cair dan gas.
Gambar 1. Bentuk materi dan struktur
Suatu benda bila kita pecah tanpa meningggalkan sifat aslinya akan kita dapatkan partikel yang disebut molekul. Molekul kalau kita pecah lagi akan kita dapatkan beberapa atom. Jadi atom adalah bagian terkecil dari suatu partikel/benda.
Gambar 2. Struktur Atom
Atom terdiri dari inti (nucleus) yang dikelilingi oleh elektron yang berputar mengelilingi inti pada orbitnya masing-masing seperti susunan tata surya. Inti atom sendiri terdiri dari proton dan electron. Proton dan elektron ternyata memiliki muatan listrik, dimana proton memiliki muatan (+) dan elektron memiliki muatan ( - ), sedangkan neutron tidak memiliki muatan atau netral. Atom yang memiliki jumlah proton dan elektron yang sama, dikatakan bermuatan netral. Sesuai dengan hukum alam, atom akan terjadi tarik menarik antara nucleus sehingga elektron akan tetap berada dalam orbitnya masing-masing.
Elektron Bebas
Elektron-elektron yang orbitnya paling jauh dari inti, memiliki daya tarik menarik yang lemah terhadap inti. Elektron-elektron ini bila terkena gaya dari luar, misalnya panas, gesekan atau reaksi kimia akan cenderung lepas dari ikatannya dan pindah ke atom lain. Elektron-elektron yang mudah berpindah ini disebut elektron bebas (free electron), gerakan dari elektron bebas inilah yang menghasilkan bermacam-macam fenomena kelistrikan (seperti loncatan bunga api, cahaya, pembangkitan panas, pembangkitan magnet dan reaksi kimia).
Gambar 3. Elektron bebas
LISTRIK
Listrik merupakan salah satu energi yang banyak digunakan untuk menggerakkan berbagai peralatan atau mesin. Energi listrik tidak dapat dilihat secara langsung, namun dampak atau akibat dari energi listrik dapat dilihat seperti sinar atau cahaya dari bola lampu, dirasakan seperti saat orang tersengat listrik, dibau seperti bau dari kabel yang terbakar akibat hubung singkat, didengar seperti suara bel atau radio.
Gambar 4. Efek listrik
Listrik merupakan sumber energi yang paling mudah dikonversi menjadi energi yang lain, sehingga sebagian besar komponen sistem kelistrikan otomotif merupakan konversi energi listrik menjadi energi yang dikehendaki.
Contoh komponen kelistrikan:
- Baterai merubah energi listrik menjadi energi kimia
- Motor starter merubah energi listrik menjadi energi gerak
- Lampu merubah energi listrik menjadi cahaya dan panas
- Pematik rokok merubah energi listrik menjadi panas
- Selenoid merubah energi listrik menjadi magnet, dan sebagainya.
Jenis Listrik
Listrik dapat dikelompokkan menjadi dua kelompok besar yaitu:
Listrik Statis
Listrik statis merupakan suatu keadaan dimana elektron bebas sudah terpisah dari atomnya masing-masing, tidak bergerak hanya berkumpul dipermukaan benda tersebut. Listrik statis dapat dibangkitkan dengan cara menggosokkan sebuah gelas kaca dengan kain sutra. Setelah digosok gelas kaca akan bermuatan positip dan kain sutra akan bermuatan negatip.
Gambar 5. Listrik statis
Listrik Dinamis
Listrik dinamis merupakan suatu keadaan terjadinya aliran elektron bebas dimana elektron ini berasal dari elektron yang sudah terpisah dari inti masing-masing. Elektron bebas tersebut bergerak bolak-balik melewati suatu penghantar.
Gambar 6. Listrik dinamis
Listrik dinamis dikelompokkan menjadi dua yaitu listrik arus searah (Direct Current) dan arus bolak-balik (Alternating Current). Listrik arus searah elektron bebas bergerak dengan arah tetap, sedangkan listrik arus bolak-balik elektron bergerak bolak-balik bervariasi secara periodik terhadap waktu. Baterai merupakan sumber listrik arus searah, sedangkan alternator merupakan sumber arus bolak balik.
Teori Aliran Listrik
Terdapat dua teori yang menjelaskan bagaimana listrik mengalir:
Teori electron (Electron theory)
Teori ini menyatakan listrik mengalir dari negatip baterai ke positip baterai. Aliran listrik merupakan perpindahan elektron bebas dari atom satu ke atom yang lain.
Teori konvensional (Conventional theory)
Teori ini menyatakan listrik mengalir dari positip baterai ke negatip baterai. Teori ini banyak digunakan untuk kepentingan praktis, teori ini pula yang kita gunakan untuk pembahasan aliran listrik pada buku ini
Gambar 7. Teori aliran listrik
Arus Listrik
Besar arus listrik yang mengalir melalui suatu konduktor adalah sama dengan jumlah muatan (elektron bebas) yang mengalir melalui suatu titik penampang konduktor dalam waktu satu detik. Arus listrik dinyatakan dengan simbol I (intensitas) dan besarnya diukur dengan satuan ampere (disingkat A). Bila dikaitkan dengan elektron bebas, 1 Ampere = Perpindahan elektron sebanyak 6,25 x 1018 suatu titik konduktor dalam waktu satu detik.
Gambar 8. Aliran listrik
|
|
Satuan Dasar |
Arus Kecil |
Arus Besar |
||
|
Simbol |
A |
µA |
mA |
kA |
MA |
|
Dibaca |
Ampere |
Micro Ampere |
Mili Ampere |
Kilo Ampere |
Mega Ampere |
|
Perkalian |
1 |
1 x 10-6 |
1 x 10 -3 |
1 x 103 |
1 x 106 |
|
1/ 1.000.000 |
1/1.000 |
1 x 1.000 |
1 x 1.000.000 |
||
Tabel 1. Satuan arus listrik yang sangat kecil dan besar.
Contoh Konversi :
1). 1.000. 000 µA = 1.000 mA = 1. A = 0,001 kA
2). 0,5 MA = 500 kA = 500. 000 A = 500.000.000 mA
3). 5 A = 5.000 mA = 5.000.000 µA
Gambar 9. Mengukur arus listrik
Mengukur besarnya arus yang mengalir pada suatu rangkaian menggunakan amper meter, pemasangan amper meter dilakukan secara seri dengan beban.
Tegangan Listrik
Tabung A dan B berisi air, dimana permukaan air tabung A lebih tinggi dari permukaan air tabung B, dihubungkan melalui sebuah pipa maka air akan mengalir dari tabung A ke tabung B (gambar a). Besarnya aliran air ditentukan oleh perbedaan tinggi permukaan air kedua tabung, ini disebut dengan tekanan air.
Hal yang sama juga akan terjadi bila kutub listrik A yang mempunyai muatan positip dihubungkan dengan kutub B yang bermuatan negatif oleh kabel C (gambar b), maka arus listrik akan mengalir dari kutub A ke kutub B melalui kabel C. Hal ini terjadi karena adanya kelebihan muatan positip pada kutub A dan kelebihan muatan negatif pada B yang menyebabkan terjadinya beda potensial (tegangan listrik). Perbedaan ini menyebabkan tekanan tegangan menyebabkan arus listrik mengalir. Beda tegangan ini biasa disebut Voltage.
Gambar 10. Konsep Tegangan
Satuan tegangan listrik dinyatakan dengan Volt dengan simbol V. 1 Volt adalah tegangan listrik yang mampu mengalirkan arus listrik 1 A pada konduktor dengan hambatan 1 ohm. Tabel dibawah menunjukkan satuan tegangan listrik yang sangat besar dan kecil.
|
|
Satuan Dasar |
Tegangan Kecil |
Tegangan Besar |
||
|
Simbol |
V |
µV |
mV |
kV |
MV |
|
Dibaca |
Volt |
Micro Volt |
Mili Volt |
Kilo Volt |
Mega Volt |
|
Perkalian |
1 |
1 x 10-6 |
1 x 10 -3 |
1 x 103 |
1 x 106 |
|
1/ 1.000.000 |
1/1.000 |
1 x 1.000 |
1 x 1.000.000 |
||
Tabel 2. Satuan Tegangan Listrik
Contoh Konversi :
1.700.000 µV = 1. 700 mV = 1,7 V
0,78 MV = 780 KV = 780. 000 V = 780.000.000 mV
Mengukur besar tegangan listrik menggunakan volt meter, pengukuran dilakukan secara parallel, cara pemasangan alat ukur seperti gambar dibawah ini.
Gambar 11. Mengukur tegangan baterai
Tahanan / Resistansi Listrik/ Hambatan
Air dengan tekanan yang sama akan mengalir lebih cepat bila dialirkan melalui pipa yang besar, pendek dan permukaan dalamnya halus dibandingkan dengan bila air dialirkan melalui pipa yang ukurannya kecil, panjang dan permukaan bagian dalamnya kasar. Hal ini karena kondisi dari pipa akan berpengaruh terhadap aliran air. Besarnya hambatan ini dikatakan sebagai tahanan pipa. Kejadian ini juga berlaku untuk listrik yang mengalir melalui suatu kabel, dimana listrik juga akan mengalami hambat yang dipenggaruhi oleh diameter penampang, panjang, bahan, dari kabel /penghantar. Hambatan yang dialami listrik ini disebut tahanan/resistansi listrik.
Gambar 12. Konsep Tahanan
Satuan tahanan listrik dinyatakan dengan huruf R (Resistor) dan diukur dengan satuan OHM. Satu ohm adalah tahanan listrik yang mampu menahan arus listrik yang mengalir sebesar satu amper dengan tegangan 1 V.
|
|
Satuan Dasar |
Tegangan
Kecil |
Tegangan Besar |
||
|
Simbol |
W |
µW |
mW |
kW |
MW |
|
Dibaca |
Ohm |
Micro Ohm |
Mili Ohm |
Kilo Ohm |
Mega Ohm |
|
Perkalian |
1 |
1 x 10-6 |
1 x 10 -3 |
1 x 103 |
1 x 106 |
|
1/ 1.000.000 |
1/1.000 |
1 x 1.000 |
1 x 1.000.000 |
||
Tabel 3. Satuan tahanan listrik yang sangat besar dan kecil.
Contoh Konversi :
1.985 mW = 1, 985 W
0,89 MW = 890 kW = 890.000 W
Mengukur tahanan suatu benda maupun rangkaian menggunakan Ohm meter. Amper meter, Volt meter dan Ohm meter merupakan besaran listrik yang sering diukur, untuk itu dibuat alat yang dapat mengukur ketiga parameter tersebut yaitu AVO meter atau multi meter.
Gambar 13. Mengukur tahanan relay
HUKUM OHM
Tahun 1827 seorang ahli fisika Jerman George Simon Ohm (1787-1854) meneliti tentang resistor. Hukum Ohm menjelaskan bagaimana hubungan antara besar tegangan listrik, besar tahanan dan besar arus yang mengalir.
Hukum Ohm mengatakan bahwa besar arus mengalir berbanding lurus dengan besar tegangan dan berbanding terbalik dengan besar tahanan. Hukum ini dapat ditulis:
Gambar 14. Hukum Ohm
Contoh :
Tentukan besar arus (I) yang melewati lampu R= 2 W, bila tegangan (V) berubah dari 12 Volt menjadi 24 Volt, seperti gambar di bawah ini:
Gambar 15a. Hukum Ohm pada tahanan konstan
Gambar 15b. Hukum Ohm pada tahanan konstan
Solusi :
Gambar a. Baterai dirangkai seri sehingga tegangan baterai 12 V + 12 V = 24 V , tahanan lampu tetap 2 Ohm, maka besar arus yang mengalir adalah I = V/R = 24/2 = 12 Amper.
Gambar b. Tegangan 12 V, tahanan lampu 2 Ohm, maka besar arus yang mengalir adalah I = V/R = 12/ 2 = 6 Amper
Kesimpulan :
Bila tahanan tetap sedangkan tegangan turun maka arus yang mengalir juga turun. Sebaliknya bila tahanan tetap tegangan naik maka arus juga naik.
Bila lampu untuk 24 V dipasang pada tegangan 12 V maka lampu redup karena arus yang melewati lampu menjadi kecil. Sebaliknya lampu 12 V dipasang pada sumber baterai 24 V, maka lampu akan putus kerena terbakar sebab arus yang mengalir terlalu besar.
DAYA LISTRIK (P)
Hukum Joule menerangkan tentang daya listrik. Terdapat hubungan antara daya listrik dengan tegangan, arus maupun tahanan. Besar daya listrik diukur dalam watt. Satu watt merupakan besar arus mengalir sebesar 1 Amper dengan beda potensial 1 volt. Hukum Joule dapat ditulis
Bila di subtitusikan hukum Ohm dimana V = I R , maka daya listrik:
Bila disubtitusikan hukum Ohm dimana I = V/R, maka:
Dari ketiga rumusan tersebut daya listrik dapat dirumuskan:
P = V x I P =
I 2 R P = V2
/ R
Dalam banyak kasus pada komponen sistem kelistrikan hanya ditentukan tegangan dan daya. Besar arus arus yang mengalir jarang ditentukan, misal bola lampu kepala tertulis 12 V 36/ 42 W. Arti dari tulisan tersebut adalah bola lampu kepala menggunakan tegangan 12 V, pada posisi jarak dekat daya yang diperlukan 36 watt, sedangkan saat jarak jauh daya yang diperlukan 42 watt.
Contoh :
Tentukan besar arus yang mengalir pada sebuah lampu kepala 12V 36/42 W, saat lampu jarak dekat maupun saat jarak jauh.
Solusi:
Dengan menggunakan rumus I = P/ V didapatkan besar arus
- Jarak dekat I dekat = Pdekat / V = 36 / 12 = 3 A
- Jarak jauh I jauh = P jauh / V = 42 / 12 = 3,5 A
Posting Komentar
Cara bicara menunjukkan kepribadian, berkomentarlah dengan baik dan sopan…