II-1

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Energi

Energi merupakan konsep yang sangat abstrak, energi tidak memiliki

massa, tidak dapat diamati, dan tidak dapat diukur secara langsung, akan tetapi

dapat dirasakan perubahannya. Konsep bentuk energi tidak terlepas dari

perubahan energi, karena yang berubah adalah energi.

Hukum Kekekalan Energi Thermodinamika 1, “Bahwa energi tidak dapat

diciptakan atau dimusnahkan tetapi bisa dirubah dari suatu jenis energi ke bentuk

energi lain”. Energi dapat berada dalam berbagai bentuk, seperti energi panas,

energi cahaya, energi listrik, energi kinetik, energi kimia, energi potensial, energi

nuklir dan lain sebagainya. Ada dua bentuk energi yang kaitannya dengan

mekanika, yaitu energi kinetik dan energi potensial, dapat dilihat pada Gambar

2.1 dibawah ini.

Gambar 2.1 Bentuk energi

Sumber : Sunarti, Titin. Usaha, Energi, dan Usaha. Direktorat Pendidikan Menengah Kejuruan. Departemen Pendidikan Nasional. 2004

h1

h2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-2

1. Energi Kinetik

Setiap benda yang bergerak memiliki energi. Sejumlah kendaraan

yang bergerak dengan laju tertentu di jalan raya juga memiliki energi

kinetik. Benda yang bergerak memiliki kemampuan untuk melakukan

usaha, karenanya dapat dikatakan memiliki energi. Energi pada benda yang

bergerak disebut energi kinetik.

Kata kinetik berasal dari bahasa yunani, kinetokos, yang artinya

“gerak”. Ketika benda bergerak, benda memiliki kecepatan. Dengan

demikian, kita dapat menyimpulkan bahwa energi kinetik merupakan energi

yang dimiliki benda karena gerakannya atau kecepatan.

W = Ek = 1/2 mv2 .......................................(1)

2. Energi Potensial

Istilah potensial memiliki kata dasar “potensi”, yang dapat

diartikan sebagai kemampuan yang tersimpan. Secara umum, energi

potensial diartikan sebagai energi yang tesimpan dalam sebuah benda atau

dalam suatu keadaan tertentu. Energi potensial, karena masih tersimpan,

sehingga baru dimanfaatkan ketika sebuah benda berubah menjadi energi

lain.

Dalam pengertian yang lebih sempit, yakni dalam kajian mekanika,

energi potensial adalah energi yang dimiliki benda karena kedudukan atau

keadaan benda tersebut. Dua contoh energi yang mengacu pada pengertian

ini yakni energi potensial gravitasi dan energi potensial pegas.

a. Energi potensial Garvitasi

Energi potensial gravitasi adalah energi yang dimiliki suatu benda

karena kedudukannya (ketinggiannya) terhadap suatu bidang acuan.

Semakin tinggi diatas permukaan tanah, makin besar energi potensial

yang dimiliki benda tersebut. Dengan demikian, energi potensial (Ep)

gravitasi suatu benda merupakan hasil kali gaya berat benda (mg) dan

ketinggiannya (h). → h2-h1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-3

Ep = mgh ............................................. (2)

b. Energi potensial Pegas

Energi potensial pegas berhubungan dengan benda-benda elastis,

misalnya pegas. Apabila kita melepaskan tekanan pada pegas, maka

pegas tersebut melakukan usaha pada tangan kita.

Persamaan Energi Potensial elastis (Ep pegas)

Epelastis = ½ kx2 .......................................... (3)

Gambar 2.2 Energi potensial pegas

Sumber : Sunarti, Titin. Usaha, Energi, dan Usaha. Direktorat Pendidikan Menengah Kejuruan. Departemen Pendidikan Nasional. 2004

2.2 Energy Harvesting

Energy harvesting (juga disebut sebagai power harvesting atau energy

scavenging) adalah sebuah proses dimana energi diambil dari sumber eksternal

(seperti energi panas matahari, energi dari angin, dan lain sebagainya), diubah,

dan kemudian disimpan. (Sumber : www.wikipedia.com).

Pada dasarnya alat harvesting energy untuk getaran telah terbukti melalui

tiga prinsip yaitu dari Piezoelectric (Sodano et al 2004), electrostatic (Meninger

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-4

et al 2001), and elektromagnetik (Williams et al 1996) yang ditransmisi ke dalam

Micro Elektromekanikal System (MEMS). Dari berbagai cara hanya piezoelectric

mempunyai kelebihan berupa tingginya Power Output, dan mudahnya pembuatan.

Hal diatas merupakan kategori menghasilkan energi secara makro.

Sedangkan untuk menghasilkan energi secara mikro, dalam beberapa tahun ini

juga telah banyak dilakukan riset mengenai energy harvesting dengan mengambil

energi yang ada dilingkungan (ambient energy) antara lain dari cahaya, getaran,

panas, maupun elektromagnetik.

Dengan Pertimbangan tersebut penggunaan harvesting energy dipilih

menggunakan speed bump dengan menggunakan piezoelectric. Di Eropa dan

China misalnya, telah dikembangkan model speed bump yang terbuat dari bahan

plastik atau karet dan tidak bersifat permanen menempel pada jalan raya sehingga

polisi tidur ini portable dan mudah untuk dibawa atau dipindahkan sesuai dengan

kebutuhan, (verma et al 2010).

2.3 Polisi Tidur

Istilah polisi tidur ini berasal dari bahasa Inggris Britania sleeping

policeman. Polisi tidur sudah dicatat Abdul Chaer dalam Kamus Idiom Bahasa

Indonesia (1984) dan diberi makna "rintangan (berupa permukaan jalan yang

ditinggikan) untuk menghambat kecepatan kendaraan". Jadi, ungkapan polisi tidur

pasti sudah ada sebelum tahun 1984.

Kamus Besar Bahasa Indonesia Edisi Pertama (1988) dan Edisi Kedua

(1991), polisi tidur belum terdaftar. Polisi tidur mulai diakui dalam KBBI Edisi

Ketiga (2001) dan diberi makna „bagian permukaan jalan yang ditinggikan secara

melintang untuk menghambat laju kendaraan'.

John M. Echols dan Hassan Shadily mencantumkannya dalam Kamus

Indonesia-Inggris Edisi Ketiga (1989) dan memadankannya dengan traffic bump.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-5

Alan M. Stevens dan A. Ed Schmidgall-Tellings pun mencatat polisi tidur

dalam Kamus Lengkap Indonesia-Inggris (2005) dan menginggriskannya menjadi

speed trap, traffic bump, speed bump.

Polisi tidur atau disebut juga sebagai alat pembatas kecepatan adalah

bagian jalan yang ditinggikan berupa tambahan aspal atau semen yang dipasang

melintang di jalan untuk pertanda memperlambat laju / kecepatan kendaraan.

Untuk meningkatkan keselamatan dan kesehatan bagi pengguna jalan

ketinggiannya diatur dan apabila melalui jalan yang akan dilengkapi dengan

rambu-rambu pemberitahuan terlebih dahulu mengenai adanya polisi tidur,

khususnya pada malam hari, maka polisi tidur dilengkapi dengan marka jalan

dengan garis serong berwarna putih atau kuning yang kontras sebagai pertanda.

Akan tetapi polisi tidur yang umumnya ada di Indonesia lebih banyak

yang bertentangan dengan desain polisi tidur yang diatur berdasarkan Keputusan

Menteri Perhubungan No 3 Tahun 1994 dan hal yang demikian ini bahkan dapat

membahayakan keamanan dan kesehatan para pemakai jalan tersebut.

2.3.1 Peraturan DLLAJ Tentang Polisi Tidur

Dalam pembuatan Perangkat lalu lintas atau polisi tidur ini tidak

seenaknya dibuat, ada berbagai aturan yang harus dilaksanakan, aturan ini ada

pada “KEPUTUSAN MENTERI PERHUBUNGAN NOMOR : KM. 3 TAHUN

1994, tentang ALAT PENGENDALI DAN PENGAMAN PEMAKAI JALAN”

1) BAB II ( JENIS ALAT PENGENDALI DAN PENGAMANAN PEMAKAI

JALAN)

Pasal 2

1. Alat pengendal pemakai jalan yang digunakan untuk pengendalian atau

pembatasan tehadap kecepatan, ukuran muatan kendaraan pada ruas-ruas

jalan terdiri dari :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-6

a. Alat pembatas kecepatan

b. Alat pembatas tinggi dan lebar

2) BAB III (ALAT PENGENDALI PEMAKAI JALAN, Bagian Pertama, Alat

Pembatas kecepatan)

Pasal 3

1. Alat pembatas kecepatan adalah kelengkapan tambahan pada jalan yang

berfungsi untuk membuat pengemudi kendaraan bermotor mengurangi

kecepatan kendaraannya

2. Kelengkapan tambahan sebagaimana dimaksud ayat (1), dapat berupa

peninggian sebagian badan jalan melintang terhadap sumbu jalan dengan

lebar, tinggi, dan kelandaian tertentu.

Pasal 4

1. Alat pembatas kecepatan ditempatkan pada :

a. Jalan dilingkungan pemukiman

b. Jalan yang mempunyai kelas jalan II C

c. Pada jalan-jalan yang sedang dilakukan pekerjaan konstruksi

2. Penempatan sebagaimana dimaksud dalam ayat (1) dilakukan pada posisi

melintang tegak lurus dengan jalur lalu lintas.

3. Lokasi dan pengulangan penempatan alat pembatasan kecepatan

sebagaimana dimaksud dalam ayat (2), disesuaikan dengan hasil

manajemen dan rekayasa lalu lintas.

Pasal 5

2. Penempatan alat pembatas kecepatan pada jalur lalu lintas harus diberi

tanda berupa garis serong dari cat berwarna putih, atau kuning.

Pasal 6

1. Bentuk penampang melintang alat pembatas kecepatan menyerupai

trapesium dan bagian menonjol di atas badan jalan maksimum 12 cm.

2. Penampang sebagaimana dimaksud dalam ayat (1), kedua sisi miringnya

mempunyai kelandaian yang sama maksimum 15%.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-7

3. Lebar mendatar bagian atas sebagaimana dimaksud dalam ayat (1),

proporsional dengan bagian menonjol diatas badan jalan dan maksimum

15 cm.

Pasal 7

1. Alat pembatas kecepatan dapat dibuat dengan mengguanakan bahan yang

sesuai dengan bahan dari badan jalan, karet, atau bahan lainnya yang

mempunyai pengaruh serupa.

2. Pemilihan bahan sebagaimana dimaksud dalam ayat (1) harus

memperhatikan keselamatan pemakai jalan. (lampiran keputusan Menteri Perhubungan, nomor : KM 3 tahun 1994, tanggal 17 Januari

1994)

Gambar 2.3 Contoh pembatas kecepatan

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-8

2.4 Piezoelectric

2.4.1 Pengertian Piezoelectric

Piezolectric sendiri ditemukan oleh Curie bersaudara yang terdiri dari

Pierre Curie dan Jacques Curie pada tahun 1880. Mereka menggabungkan

pengetahuan mereka tentang pyroelectric, suatu kejadian dimana material

menghasilkan sebuah potensial listrik dikarenakan perubahan suhu, dengan

pemahaman mereka terhadap struktur Kristal mendasar yang memunculkan efek

pyroelectric tersebut. Namun Curie bersaudara tidak terlalu membahas efek

piezoelectric secara mendalam, ilmu tentang efek piezoelectric ini dibahas lebih

lanjut oleh Gabriel Lipmann pada tahun 1881 dengan menggunakan prinsip-

prinsip dasar termodinamika.

Piezoelektrisitas adalah sebuah fenomena saat sebuah gaya yang

diterapkan pada suatu segment bahan menimbulkan muatan listrik pada

permukaan segmen bahan tersebut yang disebabkan oleh adanya distribusi muatan

listrik pada sel-sel kristal. Nilai koefisien muatan piezoelectric berada pada

rentang 1 – 100 pico coloumb/Newton. Sehingga besarnya daya yang dihasilkan

tergantung dengan luas dan jenis dari material

2.4.2 Prinsip Kerja Piezoelectric

Efek piezoelektric terjadi jika medan listrik terbentuk ketika material

dikenai tekanan mekanik. Pada saat medan listrik melewati material, molekul

yang terpolarisasi akan menyesuaikan dengan medan listrik, dihasilkan dipole

yang terinduksi dengan molekul atau struktur kristal materi. Fenomena tersebut

dikenal dengan electrostriction.

Lantai piezoelectric ini bekerja dengan prinsip tekanan, saat terjadi

perubahan tekanan alat ini akan menghasilkan listrik dalam jumlah yang kecil,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-9

namun jika digunakan banyak alat ini dalam satu wilayah yang luas maka akan

mampu menghasilkan listrik yang cukup besar.

Gambar 2.4 Piezoelectric

Sumber : Wikipedia

Untuk penggunaan pada kehidupan sehari-hari sebenarnya alat ini sangat

berguna untuk menghasilkan energi, namun pemasanganya harus pada tempat-

tempat tertentu yang potensial dan juga mengalami perubahan tekanan seperti

zebracross ataupun pilisi tidur di jalan raya, sehingga alat ini efektif dalam

menghasilkan listriknya. Dan akan menghemat listrik, yang saat ini masih disuplai

dari PLN, sehingga penggunaan BBM pun dapat dikurangi.

Gambar 2.5 Prinsip kerja piezoelektrik

Sumber : Wikipedia

Pada kristal tertentu, tekanan mekanis →potensial listrik→sebaliknya

potensial listrik → perubahan fisik bahannya. (Bila kristal ini diberi tegangan

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-10

listrik, maka lempengan kristal akan mengalami vibrasi sehingga timbullah

ultrasonik. Sebaliknya, vibrasi pada kristal akan menghasilkan listrik).

q = k.f ....................................................... (4)

q= muatan

k= konstanta piezoelectric

f = gaya

k, quartz = 2,3 pC/N, barium titanate = 140 pC/N.

2.4.3 Spesifikasi Piezoelectric

Piezo Sensor memiliki 2 macam jenis bahan yaitu PVDF dan

Copolymer(Keramik) berikut adalah perbedaan antara kedua bahan tersebut .

Tabel 2.1 Spesifikasi Piezoelectric

Sumber : Christianto, Paulus. Laporan Proyek Piezo Vibration Sensor. Fakultas Teknik. Jurusan Teknik Elektro Universitas Kristen Maranatha. Bandung. 2011

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-11

.Berikut adalah rumus besar nilai kapasitansinya

..........................................(5)

Besar kapasitansi bergantung pada permisitivitas bahan , Luas film PVDF

dan ketebalan PVDF .

Tabel 2.2 Voltase yang dibangkitkan

Sumber : Studi Karakteristik Energi Yang Dihasilkan Vibration Energy Harvesting dengan Memanfaatkan Metode Piezoelectric untuk Pembebanan Frontal dan Lateral . Fakultas Teknik Industri Jurusan Teknik Mesin. ITS. Surabaya.2011

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-12

Bahan Piezoelectric adalah material yang memproduksi medan listrik

ketika dikenai regangan atau tekanan mekanis. Sebaliknya, jika medan listrik

diterapkan, maka material tersebut akan mengalami regangan atau tekanan

mekanis. Bahan piezoelektrik alami diantaranya: Kuarsa (Quartz, SiO2), berlinite,

turmalin dan garam rossel. Bahan Piezoelectric buatan diantaranya: Barium

titanate (BaTiO3), Lead zirconium titanate (PZT), Lead titanate (PbTiO3) dsb.

Material Piezoelectric adalah keramik yang terpolarisasi, seperti material

quartz (SiO2) atau barium titanate (BaTiO3) yang akan menghasilkan medan

listrik material berubah dimensinya akibat gaya mekanik. Keramik yang

terpolarisasi disini yaitu beberapa bagian molekul bermuatan positif dan sebagian

yang lain bermuatan negative dengan elektroda-elektroda yang menempel pada

dua sisi yang berlawanan. Pada saat medan listrik melewati material, molekul

yang terpolarisasi akan menyesuaikan dengan medan listrik, dihasilkan dipole

yang terinduksi dengan molekul atau struktur kristal materi.

Tabel 2.3 Property piezoelectric

Sumber : Wikipedia : piezoelectric tranduser

Penyesuaian molekul akan mengakibatkan material berubah dimensi

sekitar 0.1% dari volume bendanya itu sendiri. Fenomena tersebut dikenal dengan

electrostriction (efek Piezoelectric) Barium titanate dan zirconate titanate

merupakan material Piezoelectric buatan manusia. Dialam ada banyak material

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-13

alami yang dapat memberikan efek Piezoelectric, seperti berlinite, kuarsa,

turmalin, dan garam rossel. Material jenis ini antara lain yaitu lapisan tipis

rhombohedral lead zirconium titanate (PZT) sebagai actuator untuk MEMS,

lapisan tipis aluminium nitride (AIN) sebagai filterfr atau resonantor (orde GHZ)

berbasis efek surface acoustic wave (SAW), komposit piezoelektrik seperti serbuk

keramik PTCa yang didispersikan dalam epoxy digunakan sebagai actuator

pembalik (listrik menjadi energi mekanik).

Tabel 2.4 Properties of Some Piezolectric Materials

material Density

(Mg/m3)

Dielectric

constant

Curie

temerature

(°C)

Saturation

polarization

(C/m2)

Coupling

coefficient,

K

Quartz 2.65 4.6 575

Li2SO4 2.06 10/3

BaTiO3 5.7 1900 130 0.26 0.38

PbTiO3 7.12 43 494

PZT-4 7.6 1300 320 0.5 0.56

PZT-5 7.7 1700 365 0.5 0.66

LiNbO3 4.64 29 1210 0.74 0.035

Rochelle salt 5000 24

# lead zirconate titanate Sumber : Sources: Hanbook of Tables for Applied Engineering Science,

2nd ed., CRC Press, Boca Raton, FL (1973), and A.I. Moulson and J.M.Herbert, Electroceramics,

Champman and Hall, london (1990)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-14

2.4.4 Kelebihan Piezoelectric

Elemen Piezoelectric mempunyai beberapa kelebihan penting

dibandingkan mekanisme sensor yang lain. Pertama dan yang utama adalah fakta

bahwa piranti tersebut membangkitkan sendiri tegangannya. Karena itu elemen ini

tidak memerlukan daya dari luar untuk operasionalnya. Untuk suatu aplikasi di

mana konsumsi daya sangat terbatas, piranti Piezoelectric sangat berguna.

2.4.5 Kelemahan dan Kekurangan Material Piezoelcktric

Piezoelectric bukanlah suatu dielektrik yang bagus. Ada sedikit kebocoran

muatan pada material piezoelektrik. Karena fenomena ini, ada suatu konstanta

waktu penyimpanan tegangan pada Piezoelectric setelah diberikan suatu gaya.

Konstanta waktu ini tergantung pada kapasitansi elemennya dan pada resistansi

kebocorannya. Konstanta waktunya berada pada orde 1 detik. Karena efek ini,

Piezoelectric kurang bermanfaat untuk mendeteksi besaran static seperti berat

suatu benda.

Kekurangan utama sensing Piezoelectric ini adalah sensitifitasnya hanya

bagus untuk sinyal yang berubah‐ubah terhadap waktu. Piezoelectric tidak dapat

beroperasi untuk aplikasi‐aplikasi yang membutuhkan sensitifitas terhadap

besaran statik. Meskipun demikian, jika ada sinyal yang berubah terhadap waktu,

perlu adanya pemikiran yang serius pada penggunaan elemen sensing

Piezoelectric

2.5 Dasar Teori Listrik

2.5.1 Kelistrikan.

Kita ketahui bahwa suatu materi terdiri dari atom-atom, yang memiliki

sejumlah partikel dasar, yaitu proton yang bermuatan listrik positif, dan netron

yang tak bermuatan yang berada dalam inti atom serta elektron yang bermuatan

listrik negatif yang bergerak pada orbit disekitar inti atom. Secara normal, suatu

atom bermuatan listrik netral karena muatan listrik negatif dari elektron setimbang

dengan muatan listrik proton. Atom-atom ini akan bermuatan listrik positif bila

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-15

kehilangan elektron dan menjadi bermuatan listrik negatif bila mendapatkan

elektron dari atom-atom lain.

Pada teori rangkaian, arus umumnya dipandang sebagai gerakan muatan

listrik positif, hal ini sesuai dengan konvensi dari Benjamin Franklin (1706 –

1790), yang menyatakan bahwa listrik bergerak dari positif menuju negatif. Kita

ketahui bahwa arus pada penghantar logam adalah gerakan elektron bebas dari

atom-atom logam, yang kita ketahui bermuatan listrik negatif. Dengan demikian

arah arus listrik berlawanan dengan arah gerakan elektron.

Terdapat beberapa jenis arus yang umum digunakan, yaitu arus listrik

searah (DC) seperti yang dihasilkan oleh catu daya untuk peralatan elektronika,

Batere dan sumber listrik arus searah lainnya dan arus listrik bolak-balik atau AC

yang umumnya merupakan fungsi sinusoid yang digunakan pada peralatan rumah

tangga atau mesin-mesin industri.

Alat ukur Arus listrik disebut Ampere meter. Alat ini harus dihubungkan

seri dengan beban yang akan diukur, seperti ditunjukkan pada Gambar di bawah.

Agar ampere meter ini tidak mempengaruhi besarnya arus yang diukur, maka

tahanan dalam ampere meter harus nol.

V

A

RI

Gambar 2.6 Contoh pengukuran arus listrik

Sumber : Wikipedia, Jurnal teori dasar listrik

Muatan dalam suatu konduktor yang berupa elektron-elektron bebas dapat

bergerak secara acak. Jika kita menghendaki agar gerakannya menyatu (tidak

acak), maka kita harus memberikan gaya gerak listrik (Electromotive Force-

EMF). Dengan demikian suatu kerja telah dilakukan pada suatu muatan. Kita

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-16

mendefinisikan Tegangan pada suatu elemen adalah kerja yang dilakukan untuk

menggerakkan satu muatan (1 C) dari satu terminal ke terminal lain. Satuan dari

tegangan atau beda potensial disebut dengan V disingkat dengan V. Satuan ini

diambil dari nama ahli fisika berkebangsaan Italia, yaitu Alessandro Giuseppe

Antonio Anastasio Va (1745 – 1827), yang menemukan batere Va.

Selanjutnya kita menyatakan tegangan dengan huruf V dan menggunakan

tanda +, - untuk menyatakan polaritasnya seperti ditunjukkan pada Gambar di

bawah. Nampak bahwa terminal A lebih positif “volt” V dibanding terminal B.

Cara yang lain untuk menyatakan tegangan ini adalah dengan menyatakan beda

potensialnya, yaitu terminal A memiliki potensial lebih tinggi sebesar “volt” V

dibanding terminal B.

A B+ -v

Gambar 2.7 Polaritas Tegangan.

Sumber : Wikipedia, Jurnal teori dasar listrik

Beberapa orang menyatakan tegangan pada suatu elemen sebagai tegangan

jatuh atau tegangan naik. Dengan mengacu pada Gambar di atas, tegangan jatuh

terjadi jika arus listrik mengalir dari A ke B, dan tegangan naik jika arus mengalir

dari B ke A.

Kita juga dapat menyatakan potensial pada suatu titik terhadap titik yang

lain dengan subskrip ganda, seperti VAB = - VAB. Alat ukur Tegangan listrik

disebut V meter. Alat ini harus dihubungkan paralel dengan beban yang akan

diukur, seperti ditunjukkan pada Gambar di bawah. Agar V meter ini tidak

mempengaruhi besarnya tegangan yang diukur, maka tahanan dalam ampere

meter harus tak hingga.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-17

V VR

Gambar 2.8 Cara pengukuran tegangan Sumber : Wikipedia, Jurnal teori dasar listrik

Dibawah ini juga akan diuraikan beberapa teori dasar listrik beserta rumus

dan satuannya dan hukum – hukum kelistrikan yang berhubungan dengan tugas

akhir ini.

Arus listrik adalah muatan-muatan negatif (elektron-elektron) yang

mengalir dari potensial rendah ke potensial tinggi. Mengenai arus listrik ini

diselidiki oleh Andre Marie Ampere, yang mengatakan : (Kuat) Arus listrik

adalah banyaknya muatan listrik yang mengalir dalam suatu penghantar setiap

sekon (detik). Pernyataan tersebut dapat ditulis dengan rumus :

I = 𝑄

𝑡 ............................................................. (6)

dimana : I = Arus listrik dalam satuan Ampere ( A )

Q = Muatan listrik dalam satuan Coulomb ( C )

t = Waktu dalam satuan sekon ( dt )

1 Ampere yaitu apabila dalam suatu penghantar mengalir muatan sebesar satu

coulomb selama satu sekon ( detik ).

1 Ampere = 1 𝐶𝑜𝑢𝑙𝑜𝑚𝑏

1 𝑆𝑒𝑘𝑜𝑛 (1 Coulomb = 6,3 x 1018 elektron)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-18

Ketiga rumus ini dapat diingat dengan menggunakan segitiga seperti berikut ini :

Q 1. I = 𝑄

𝑡

2. Q = I x t I t

3. t = 𝑄

𝐼

Tegangan Listrik dinyatakan dengan notasi V ( volt ) atau voltage dan juga dinyatakan dengan huruf E dari EMF yaitu singkatan Electro Motive Force

( gaya gerak listrik ) dan satuan tegangan Listrik adalah V.

Tegangan listrik atau Potensial listrik yaitu energi atau tenaga yang

menyebabkan muatan-muatan negatif (elektron-elektron) mengalir dalam suatu

penghantar.

Pernyataan tersebut dapat ditulis dengan rumus :

V = 𝑊

𝑄 ...............................................................(7)

dimana : V = Tegangan listrik dalam satuan volt (V)

W = Energi /tenaga/ kerja listrik dalam satuan Joule (J)

Q = Muatan listrik dalam satuan Coulomb (C)

George Simon Ohm telah melakukan percobaan - percobaan dan

membuktikan bahwa terdapat hubungan yang erat antara arus listrik (I), tegangan

listrik (V) dan hambatan listrik/Resistor (R). Hubungan tersebut dikenal dengan

Hukum Ohm, yang berbunyi :

Dalam suatu rangkaian tertutup (Closed Circuit) Kuat arus listrik (I)

sebanding atau berbanding lurus dengan tegangan listriknya (V), dan berbanding

terbalik dengan hambatan listriknya (R).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-19

Gambar 2.9 Rangkaian arus Sumber : Wikipedia, Jurnal teori dasar listrik

Daya Listrik adalah usaha listrik dalam suatu penghantar setiap detik.

Pernyataan ini dapat ditulis dengan rumus :

P = 𝑊

𝑡 atau P =

( 𝑉.𝐼.𝑡)

𝑡 maka P = V x I ...................... (8)

Keterangan : P = Daya listrik dalam satuan W

V = Tegangan listrik dalam satuan V

I = Arus listrik dalam satuan A

W = Usaha listrik dalam satuan J

W = V x I x t

t = Waktu dalam satuan sekon (dt)

Jika kita hubungkan antara Hukum Ohm dengan Daya Listrik maka diperoleh :

a) P = V x I jika I = 𝑉

𝑅 maka

b) P = V x 𝑉𝑅

= 𝑉𝑅

2

c) P = I x I x R = I2 x R

Jadi untuk menentukan besarnya Daya Listrik dapat kita selesaikan dengan

menggunakan tiga buah rumus seperti di atas.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-20

2.5.2 Batere atau Accumulator

Batere atau akumulator adalah sebuah sel listrik dimana didalamnya

berlangsung proses elektrokimia yang reversibel ( dapat berbalikan ) dengan

efisiensinya yang tinggi. Yang dimaksud dengan proses elektrokimia reversibel,

adalah didalam batere dapat berlangsung proses pengubahan kimia menjadi tenaga

listrik ( proses pengosongan ), dan sebaliknya dari tenaga listrik menjadi tenaga

kimia ( pengisian kembali dengan cara regenerasi dari elektroda-elektroda yang

dipakai, yaitu dengan melewatkan arus listrik dalam arah ( polaritas ) yang

berlawanan didalam sel.

Tiap sel batere ini terdiri dari dua macam elektroda yang berlainan, yaitu

elektroda positif dan elektroda negatif yang dicelupkan dalam suatu larutan kimia.

2.5.3 Dioda

Dioda adalah merupakan jenis komponen pasif. Dioda memiliki dua

kaki/kutub yaitu kaki anoda dan kaki katoda . Dioda terbuat dari bahan semi

konduktor tipe P dan semi konduktor tipe N yang di sambungkan.

Semi konduktor tipe P berfungsi sebagai Anoda dan semi konduktor tipe

N berfungsi sebagai katoda. Pada daerah sambungan 2 jenis semi konduktor yang

berlawanan ini akan muncul daerah deplesi yang akan membentuk gaya barier

.Gaya barier ini dapat ditembus dengan tegangan + sebesar 0.7 V yang dinamakan

sebagai break down Vage, yaitu tegangan minimum dimana dioda akan bersifat

sebagai konduktor/penghantar arus listrik.

Dioda bersifat menghantarkan arus listrik hanya pada satu arah saja, yaitu

jika kutub anoda kita hubungkan pada tegangan + dan kutub katoda kita

hubungkan dengan tegangan – (kita beri bias maju dengan tegangan yang lebih

besar dari 0.7 V) maka akan mengalir arus listrik dari anoda ke katoda (bersifat

konduktor). Jika polaritasnya kita balik (kita beri bias mundur) maka arus yang

mengalir hampir nol atau dioda akan bersifat sebagai isulator.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-21

Karena sifat dioda yang bekerja sebagai konduktor jika kita beri bias maju

dan bekerja sebagai isulator pada bias mundur, maka dioda sering digunakan

sebagai penyearah (rectifier) arus bolak-balik. Contoh penggunaannya adalah

pada rangkaian adaptor, DC power supply (Catu Daya DC) dsb.

Menurut bahan semi konduktor yang digunakan dalam pembuatannya,

dioda ada 2 jenis yaitu :

1. Dioda silikon: Dibuat dari bahan silikon.

2. Dioda germanium: Dibuat dari bahan germanium.

Jenis-jenis dioda dan penggunaannya :

Gambar 2.10 Dioda

Sumber : Wikipedia, Berkas: Dioda

Dioda Schottky (diambil dari nama seorang ahli fisika Jerman Walter H.

Schottky; juga dikenal sebagai diode pembawa panas) adalah diode

semikonduktor dengan tegangan rendah.

Dioda Schottky adalah tipe khusus dari diode dengan tegangan yang

rendah. Ketika arus mengalir melalui diode akan ditahan oleh hambatan internal,

yang menyebabkan tegangannya menjadi kecil di terminal diode. Dioda normal

antara 0.7-1.7 V, sementara diode Schottky tegangan kira-kira antara 0.15-0.45 V.

Dioda Schottky menggunakan simpangan logam-semikonduktor sebagai

Sawar Schottky (dari sebuah simpangan semikonduktor-semikonduktor seperti

dalam diode konvensional). Sawar Schottky ini dihasilkan dengan waktu kontak

yang sangat cepat dan tegangan yang rendah.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-22

Perbedaan yang paling penting antara p-n dan diode Schottky adalah dari

membalikkannya waktu pemulihan, ketika beralih dari keadaan tidak

menghantarkan ke keadaan menghantarkan dan sebaliknya. Dimana dalam diode

p-n waktu pemulihan balik dapat dalam orde ratusan nano-detik dan kurang dari

100 nano-detik untuk diode cepat.

Aplikasi termasuk perlindungan muatan pada sel surya yang dihubungkan

dengan batere timbal-asam dan dalam mode saklar-sumber listrik; dalam kedua

kasus rendahnya tegangan akan meningkatkan efisiensi. Dioda silicon standar

tegangan kira-kira sekitar 0.7 V dan diode germanium 0.3 V.

Gambar 2.11 Schottky diode schematic symbol Sumber : Wikipedia, Berkas: Dioda

2.5.4 Lampu LED

Kata LED merupakan singkatan dari light-Emitting Diode (dioda cahaya)

ialah suatu semikonduktor yang memancarkan cahaya monokromatik yang tidak

koheren ketika diberi tegangan maju. Gejala ini termasuk bentuk

elektroluminesensi. Warna yang dihasilkan bergantung pada bahan semikonduktor

yang dipakai, dan bisa juga ultraviolet dekat atau inframerah dekat.

Gambar 2.12 LED Sumber : Wikipedia, berkas: LED

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II-23

Lampu LED memiliki beberapa keunggulan dari lampu konvensional yang

sebelumnya kita gunakan (neon,bohlam dan lainnya) sehingga lampu LED layak

disebut sebagai lampu masa depan dan mulai digunakan dari sekarang.

Beberapa Keuntungan yang didapat apabila menggunakan lampu Led

ketimbang lampu neon / pijar :

Dengan menggunakan lampu LED kita bisa menghemat tagihan listrik

,lampu pijar hanya bisa mengubah sekitar 8 % dari konsumsi listrik yang

digunakan menjadi cahaya, dibandingkan dengan lampu LED yang bisa

mengubah dua kali lipat yaitu sekitar 15-25% .

LED menghasilkan panas lebih sedikit. Dengan begitu selain hemat

konsumsi listrik dari lampu juga hemat untuk konsumsi lsitrik pendingin.

Lampu LED bebas dari bahaya merkuri jadi sangat aman digunakan

dimana saja.

Lampu LED jauh lebih tahan lama, 60 kali dari lampu pijar dan 10 kali

dari lampu nion.

Lampu LED memiliki desain yang elegan,bahkan bisa memperindah

interior di ruangan.

Lampu LED memiliki efisiensi yang lebih banyak dibandingkan dengan

lampu pijar/ tungsten, maupun lampu fluorescent. Lampu LED tidak

menghasilkan panas seperti lampu pijar, tidak merusak kesehatan seperti lampu

fluorescent,dan lebih tahan lama. 1 W lampu LED menghasilkan 100 lumen.