Upload
fachnur-firdaus
View
234
Download
0
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Teknik Tenaga listrik
Citation preview
TUGAS I
TEKNIK TENAGA LISTRIK
HUBUNGAN ANTARA ARUS, TAHANAN DAN
TEGANGAN
Fachnur Firdaus I T
06214515
Teknik Tenaga Listik
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
UNIVERSITAS TRISAKTI
JAKARTA 2014
1. Arus (AMPERE)
Arus listrik adalah banyaknya muatan listrik yang mengalir tiap satuan waktu. Muatan listrik bisa
mengalir melalui kabel atau penghantar listrik lainnya.
I = Q/T
Pada zaman dulu, Arus konvensional didefinisikan sebagai aliran muatan positif, tetapi
sebernanya bahwa arus listrik itu dihasilkan dari aliran elektron yang bermuatan negatif ke arah
yang sebaliknya. Satuan SI untuk arus listrik adalah ampere (A). berikut ini adalah contoh
perhitungan definisi dari arus listrik.
Contoh : Sebuah batere memberikan arus 0,5 A kepada sebuah lampu selama 2 menit. Berapakah
banyaknya muatan listrik yang dipindahkan ?.
Jawab :
Diketahui : I = 0,5 amp
t = 2 menit.
Ditanyakan : Q (muatan listrik).
Penyelesaian : t = 2 menit = 2 x 60 = 120 detik
Q = I x t
= 0,5 x 120 = 60 coulomb.
Amper adalah satuan kuat arus listrik yang dapat memisahkan 1,118 milligram perak dari nitrat
perak murni dalam satu detik. rapat arus ialah besarnya arus listrik tiap-tiap mm2
luas penampang
kawat. Rumus-rumus dibawah ini untuk menghitung besarnya rapat arus, kuat arus dan
penampang kawat.
S
Iq
SqI
q
IS
Dimana : S = Rapat arus [ A/mm²]
I = Kuat arus [ Amp]
Q = luas penampang kawat [ mm²]
Terdapat 2 jenis arus listrik. Yaitu arus searah (Dirrect Curren) dan arus bolak-balik (alternative
curren) :
I.1 RANGKAIAN ARUS SEARAH
Pada suatu rangkaian akan mengalir arus, apabila dipenuhi syarat-syarat sebagai berikut :
1. Adanya sumber tegangan
2. Adanya alat penghubung
3. Adanya beban
Gambar I.1 : Rangkaian arus.
Sumber tegangan pada rangkaian ini bisa saja battery atau accu. Deskripsi rangkaian diatas
adalah ketika 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.
HUKUM KIRCHOFF.
Pada setiap rangkaian listrik, jumlah aljabar dari arus-arus yang bertemu di satu titik adalah nol
(I=0).
Gambar I.2 : Loop arus “ KIRCOFF “
Sumber tegangan
I
BEBAN
Su
m
be
r
te
ga
ng
an
I1
I4
I2
I5
I3
Jadi :
I1 + ( -I2 ) + ( -I3 ) + I4 + ( -I5 ) = 0
I1 + I4 = I2 + I3 + I5
I.2 RANGKAIAN ARUS BOLAK-BALIK
Bila sebatang penghantar digerakan sedemikian rupa didalam medan magnet, hingga garis-garis
medan magnet terpotong bebas didalam penghantar akan bekerja gaya, yang menggerakan
elektron tersebut sejurus dengan arah penghantar. Akibatnya ialah penumpukan elektron
(pembawa muatan negatip) disebelah bawah dan kekurangan elektron yang sebanding diujung
batang sebelah atas. Didalam batang penghantar terjadi tegangan, selama berlangsungnya
gerakan penghantar didalam medan magnet.
Membangkitkan tegangan dengan bantuan medan magnet dinamakan menginduksikan, dan
kejadian itu sendiri dinamakan induksi tegangan
arus bertambah pada
Peruba
han
positip
Peruba
han
negatif
arus bertambah pada
arah positif
arus berkurang pada
arah positif
arah negatif
arus berkurang
pada arah negatif
I +
I -
O t / s
Gambar I.3 : Bentuk Arus Bolak-Balik 1 Fasa
Gambar I.4 : Prinsip Membangkitkan Arus Bolak-Balik
3 Fasa.
arus bertambah pada
Peruba
han
positip
Perubahan
negatif
arus bertambah pada
arah positif
arus berkurang pada
arah positif
arah negatif
arus berkurang
arah negatif
I +
I -
O t / s
6Oº 12Oº
Gambar I.5 : Bentuk Arus Bolak-Balik 3 Fasa
2. Hambatan (OHM)
Hambatan listrik adalah perbandingan antara tegangan listrik dari suatu komponen elektronik
(misalnya resistor) dengan arus listrik yang melewatinya. Hambatan listrik dapat dirumuskan
sebagai berikut:
R = V/I
Atau di mana V adalah tegangan dan I adalah arus. Satuan SI untuk Hambatan adalah Ohm (R).
Tahanan difinisikan sbb :
1 (satu Ohm / Ω) adalah tahanan satu kolom air raksa yang panjangnya 1063 mm dengan
penampang 1 mm² pada temperatur 0º C. Resistor Adalah suatu hambatan dari suatu benda
sebagai penghantar atau Isolator. Besarnya hambatan (Resistansi ) dari bahan dapat dirumuskan
sebagai berikut :
Tahanan suatu bahan /material tergantung pada :
A
LR
dimana : R = Besarnya Hambatan ( Ω )
ρ = Hambatan Jenis (Ωm )
L = Panjang bahan ( m )
A = Luas penampang ( mm2 )
Dapat dikatakan sebagai penghantar ( Konduktor ) apabila mempunyai nilai tahanan yang rendah.
Seperti Logam, Logam Campuran, Larutan asam. Disebut sebagai Isolator karena mempunyai
hambatan isolasi yang tinggi. Misal : Mika, gelas, Karet, PVC
Hubungan Tahanan (R ) dengan temperature ( T ) adalah :
Sudut Linear selalu sama pada mumnya, bila temperature naik nilai tahanan ( R ) juga ikut naik.
Apabila kenaikkannya linear,maka hubungan antara R dan T
dimana :
R0 = Tahanan pada 00C
Rt = Tahanan pada t0C
T = Temperature
ά = Koefisien suhu tahanan
ά
R
t C
234,5 C
R0
Rt1
t1 ? tC
ά1
R
t C
234,5 C
R0
R2
t2 ? tC
ά2R1
t1
1
2020
100
200
1
22002
1001
111
1....................1
1
tttR
tR
R
RtRR
tRR
100
200
1
2
1
1
tR
tR
R
R
1
2020 11
tt
= 1
2020 11
tt
= 21
2
020101 tttt
kti.....terbuttα1RR1)....1(1
121212212 tttt
R
R
Hambatan dapat dirangkai dengan 2 jenis yaitu rangkaian seri dan paralel
Rangkaian Seri Resistor
Rangkaian Seri Resistor adalah sebuah rangkaian yang terdiri dari 2 buah atau lebih Resistor
yang disusun secara sejajar atau berbentuk Seri. Dengan Rangkaian Seri ini kita bisa
mendapatkan nilai Resistor Pengganti yang kita inginkan.
Rumus dari Rangkaian Seri Resistor adalah :
Rtotal = R1 + R2 + R3 + ….. + Rn
Dimana :
Rtotal = Total Nilai Resistor
R1 = Resistor ke-1
R2 = Resistor ke-2
R3 = Resistor ke-3
Rn = Resistor ke-n
Berikut ini adalah gambar bentuk Rangkaian Seri :
)(1 1212 ttRR
tRRt .101
Contoh Kasus untuk menghitung Rangkaian Seri Resistor
Seorang Engineer ingin membuat sebuah peralatan Elektronik, Salah satu nilai resistor yang
diperlukannya adalah 4 Mega Ohm, tetapi Engineer tidak dapat menemukan Resistor dengan nilai
4 Mega Ohm di pasaran sehingga dia harus menggunakan rangkaian seri Resistor untuk
mendapatkan penggantinya.
Penyelesaian :
Ada beberapa kombinasi Nilai Resistor yang dapat dipergunakannya, antara lain :
1 buah Resistor dengan nilai 3,9 Mega Ohm
1 buah Resistor dengan nilai 100 Kilo Ohm
Rtotal = R1 + R2
3,900,000 + 100,000 = 4,000,000 atau sama dengan 4 Mega Ohm.
Atau
4 buah Resistor dengan nilai 1 Mega Ohm
Rtotal = R1 + R2 + R3 + R4
1 MOhm + 1 MOhm + 1 MOhm + 1 MOhm = 4 Mega Ohm
Rangkaian Paralel Resistor
Rangkaian Paralel Resistor adalah sebuah rangkaian yang terdiri dari 2 buah atau lebih Resistor
yang disusun secara berderet atau berbentuk Paralel. Sama seperti dengan Rangkaian Seri,
Rangkaian Paralel juga dapat digunakan untuk mendapatkan nilai hambatan pengganti.
Perhitungan Rangkaian Paralel sedikit lebih rumit dari Rangkaian Seri.
Rumus dari Rangkaian Seri Resistor adalah :
1/Rtotal = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + ….. + 1/Rn
Dimana :
Rtotal = Total Nilai Resistor
R1 = Resistor ke-1
R2 = Resistor ke-2
R3 = Resistor ke-3
Rn = Resistor ke-n
Berikut ini adalah gambar bentuk Rangkaian Paralel :
Contoh Kasus untuk Menghitung Rangkaian Paralel Resistor
Terdapat 3 Resistor dengan nilai-nilai Resistornya adalah sebagai berikut :
R1 = 100 Ohm
R2 = 200 Ohm
R3 = 47 Ohm
Berapakah nilai hambatan yang didapatkan jika memakai Rangkaian Paralel Resistor?
Penyelesaiannya :
1/Rtotal = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3
1/Rtotal = 1/100 + 1/200 + 1/47
1/Rtotal = 94/9400 + 47/9400 + 200/9400
1/Rtotal = 341 x Rtotal = 1 x 9400 (→ Hasil kali silang)
Rtotal = 9400/341
Rtotal = 27,56
Jadi Nilai Hambatan Resistor pengganti untuk ketiga Resistor tersebut adalah 27,56 Ohm.
Hal yang perlu diingat bahwa Nilai Hambatan Resistor (Ohm) akan bertambah jika menggunakan
Rangkaian Seri Resistor sedangkan Nilai Hambatan Resistor (Ohm) akan berkurang jika
menggunakan Rangkaian Paralel Resistor.
Pada Kondisi tertentu, kita juga dapat menggunakan Rangkaian Gabungan antara Rangkaian Seri
dan Rangkaian Paralel Resistor.
Daya Hantar
Didifinisikan sebagai 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.
RG
GR
1
1
Dimana : R = Tahanan kawat listrik [ Ω/ohm]
G = Daya hantar arus [Y/mho]
Tahanan penghantar besarnya berbanding terbalik terhadap luas penampangnya.
Bila suatu penghantar dengan panjang l , dan penampang q serta tahanan jenis (rho), maka
tahanan penghantar tersebut adalah :
qR
Dimana : R = tahanan kawat [ Ω/ohm]
= panjang kawat [meter/m]
= tahanan jenis kawat [Ωmm²/meter]
q = penampang kawat [mm²]
faktot-faktor yang mempengaruhi nilai resistance, karena tahanan suatu jenis material sangat
tergantung pada :
panjang tahanan
luas penampang konduktor.
jenis konduktor
temperatur.
Pada suatu rangkaian tertutup :
Gambar : Rangkaian arus
Besarnya arus I berubah sebanding dengan tegangan V dan berbanding terbalik dengan beban
tahanan R, atau dinyatakan dengan Rumus :
,
V
R I
R Sumber tegangan
E
Daya (P) :
P = I x V
P = I x I x R
Contoh :
Suatu beban yang mempunyai tahanan R = 100 , dihubungkan kesumber tegangan ( V ) yang
besarnya 220 Volt.
Berapa besar arus ( I ) dan daya (P) yang mengalir pada rangkaian tersebut?.
Jawab :
3. Tegangan (Volt)
Tegangan listrik (kadang disebut sebagai Voltase) adalah perbedaan potensi listrik antara dua
titik dalam rangkaian listrik, dinyatakan dalam satuan volt. Besaran ini mengukur energi
potensial sebuah medan listrik untuk menyebabkan aliran listrik dalam sebuah konduktor listrik.
Tergantung pada perbedaan potensi listrik satu tegangan listrik dapat dikatakan sebagai ekstra
rendah, rendah, tinggi atau ekstra tinggi. Satuan SI untuk Tegangan adalah VOLT (V).
V= I .R
I = …. A
220 Volt R = 100
Daya (P) :
P = I x V
P = 2,2 x 220
V
I =
R
220
I = = 2,2 A
100
Besar arus (I) yang mengalir :
Pada gambar di atas, besarnya tegangan akan berbading lurus dengan arus, jadi semakin besar
sumber tegangan (V) akan semakin besar arus yang mengalir (I) dan sebaliknya. Besarnya arus
dan resistansi pada rangkaian seri adalah berbanding terbalik yakni semakin besar resistansi (R)
akan semakin kecil arus yang mengalir (I). Hubungan antara daya (P), tegangan (V), dan arus (I)
adalah berbanding lurus. Semakin besar tegangan (V) maka daya pun akan semakin besar,
demikian pula jika arus yang mengalir semakin besar, maka daya pun akan semakin besar. P = I x
V, P adalah daya dalam Watt (W), I adalah arus dalam Ampere (A), dan V adalah tegangan
dalam Volt (V). P = V . I atau P = I2 . R atau P = V
2/ R
Dimana :
P : daya, dalam satuan watt
V : tegangan dalam satuan volt
I : arus dalam satuan ampere
Contoh Soal Latihan:
Sebuah bangunan rumah tangga memakai lampu dengan tegangan pada instalansi lampu rumah
tangga tersebut adalah 220 Volt, dan arus yang mengalir pada lampu tersebut adalah 10
ampere, berapakah hambatan pada lampu tersebut, hitunglah?
JAWAB :
Diketahui: V = 220 Volt
I = 10 Amper
Dit : hambatan…………….?
Jawaban:
R = V/R
R = 220/10 = 22 ohm
Jadi hambatan yang mengalir adalah 22 ohm
Contoh Soal Latihan:
Didalam suatu rumah tinggal, terpasang sebuah lampu dengan tegangan 220 Volt, setelah di
ukur dengan amper meter arusnya adalah 2 ampere, hitunglah daya yang di serap lampu
tersebut ?
JAWAB :
diketahui: V = 220 Volt
I = 2 Amper
Dit : Daya…………….?
Jawaban:
P = V.I
P = 220. 2 = 440 Watt
Hukum OHM
Pada dasarnya sebuah rangkaian listrik terjadi ketika sebuah penghantar mampu dialiri electron
bebas secara terus menerus. Aliran yang terus-menerus ini yang disebut dengan arus, dan sering
juga disebut dengan aliran, sama halnya dengan air yang mengalir pada sebuah pipa.
Tenaga (the force) yang mendorong electron agar bisa mengalir dalam sebauh rangkaian
dinamakan tegangan. Tegangan adalah sebenarnya nilai dari potensial energi antara dua titik.
Ketika kita berbicara mengenai jumlah tegangan pada sebuah rangkaian, maka kita akan
ditujukan pada berapa besar energi potensial yang ada untuk menggerakkan electron pada titik
satu dengan titik yang lainnya. Tanpa kedua titik tersebut istilah dari tegangan tersebut tidak ada
artinya.
Elektron bebas cenderung bergerak melewati konduktor dengan beberapa derajat pergesekan,
atau bergerak berlawanan. Gerak berlawanan ini yang biasanya disebut dengan hambatan.
Besarnya arus didalam rangkaian adalah jumlah dari energi yang ada untuk mendorong electron,
dan juga jumlah dari hambatan dalam sebuah rangkaian untuk menghambat lajunya arus. Sama
halnya dengan tegangan hambatan ada jumlah relative antara dua titik. Dalam hal ini, banyaknya
tegangan dan hambatan sering digunakan untuk menyatakan antara atau melewati titik pada suatu
titik.
Untuk menemukan arti dari ketetapan dari persamaan dalam rangkaian ini, kita perlu menentukan
sebuah nilai layaknya kita menentukan nilai masa, isi, panjang dan bentuk lain dari persamaan
fisika. Standard yang digunakan pada persamaan tersebut adalah arus listrik, tegangan ,dan
hambatan.
Symbol yang digunakan adalah standar alphabet yang digunakan pada persamaan aljabar. Standar
ini digunakan pada disiplin ilmu fisika dan teknik, dan dikenali secara internasional. Setiap unit
ukuran ini dinamakan berdasarkan nama penemu listrik. Amp dari orang perancis Andre M.
Ampere, volt dari seorang Italia Alessandro Volta, dan ohm dari orang german Georg Simon
ohm.
Simbol matematika dari setiap satuan sebagai berikut “R” untuk resistance (Hambatan), V untuk
voltage (tegangan), dan I untuk intensity (arus), standard symbol yang lain dari tegangan adalah
E atau Electromotive force. Simbol V dan E dapat dipertukarkan untuk beberapa hal, walaupun
beberapa tulisan menggunakan E untuk menandakan sebuah tegangan yang mengalir pada sebuah
sumber ( seperti baterai dan generator) dan V bersifat lebih umum.
Salah satu dasar dalam perhitungan elektro, yang sering dibahas mengenai satuan couloumb,
dimana ini adalah besarnya energi yang setara dengan electron pada keadaan tidak stabil. Satu
couloumb setara dengan 6.250.000.000.000.000.000. electron. Symbolnya ditandai dengan Q
dengan satuan couloumb. Ini yang menyebabkan electron mengalir, satu ampere sama dengan 1
couloumb dari electron melewati satu titik pada satu detik. Pada kasus ini, besarnya energi listrik
yang bergerak melewati conductor (penghantar).
Sebelum kita mendefinisikan apa itu volt, kita harus mengetahui bagaimana mengukur sebuah
satuan yang kita ketahui sebagai energi potensial. Satuan energi secara umum adalah joule
dimana sama dengan besarnya work (usaha) yang ditimbulkan dari gaya sebesar 1 newton yang
digunakan untuk bergerak sejauh 1 meter (dalam satu arah). Dalam british unit, ini sama halnya
dengan kurang dari ¾ pound dari gaya yang dikeluarkan sejauh 1 foot. Masukkan ini dalam suatu
persamaan, sama halnya dengan I joule energi yang digunakan untuk mengangkat berat ¾ pound
setinggi 1 kaki dari tanah, atau menjatuhkan sesuatu dengan jarak 1 kaki menggunakan parallel
pulling dengan ¾ pound. Maka kesimplannya, 1 volt sama dengan 1 joule energi potensial per 1
couloumb. Maka 9 volt baterai akan melepaskan energi sebesar 9 joule dalam setiap couloum dari
electron yang bergerak pada sebuah rangkian.
Satuan dan symbol dari satuan elektro ini menjadi sangat penting diketahui ketika kita
mengeksplorasi hubungan antara mereka dalam sebuah rangkaian. Yang pertama dan mungkin
yang sangat penting hubungan antara tegangan, arus dan hambatan ini disebut hokum ohm.
Ditemukan oleh Georg Simon Ohm dan dipublikasikannya pada sebuah paper pada tahun 1827,
The Galvanic Circuit Investigated Mathematically. Prinsip ohm ini adalah besarnya arus listrik
yang mengalir melalui sebuah penghantar metal pada rangkaian, ohm menemukan sebuah
persamaan yang simple, menjelaskan bagaimana hubungan antara tegangan, arus, dan hambatan
yang saling berhubungan.
HUKUM OHM
E = I R
I = E / R
R = I / E
Kesimpulan :
1. Tegangan dinyatakan dengan nilai volts disimbolkan dengan E atau V.
2. Arus dinyatakan dengan amps, dan diberi symbol I
3. Hambatan dinyatakan dengan ohms diberi symbol R
4. Hukum Ohm: E = IR ; I = E/R ; R = E/I
5. Besarnya daya pada suatu rangkaian dapat di hitung dengan :
P = V . I atau P = I2 . R atau P = V2/ R
Dimana :
P : daya, dalam satuan watt
V : tegangan dalam satuan volt
I : arus dalam satuan ampere