KELISTRIKAN TIPE LISTRIK DAN SIFAT-SIFATNYA TEORI DASAR ...tkrautomotive92.files.wordpress.com/2015/11/book_2_ok.pdf · magnet dapat terjadi karena adanya aliran listrik, hal ini

New Step 1 Training Manual - Dasar-dasar kelistrikan 63

DASAR-DASAR KELISTRIKAN

KELISTRIKAN

1. Komposisi dari benda-benda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 642. Elektron bebas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

TIPE LISTRIK DAN SIFAT-SIFATNYA

1. Listrik statis dan listrik dinamis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 652. Arus listrik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 653. Tegangan dan daya elektromotif . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 684. Tahanan listrik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

TEORI DASAR SIRKUIT LISTRIK

1. Teori dasar tentang sirkuit kelistrikan apakah sirkuit listrik itu? . . . . . 732. Hukum ohm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 733. Tahanan rangkaian . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 754. Kerja dan daya listrik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

PENGARUH ARUS LISTRIK

1. Aksi pembangkit panas oleh arus listrik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 812. Aksi magnet yang disebabkan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 823. Aksi kimia dari arus listrik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

Book_2_ok.indd 63 8/19/2011 3:45:48 AM

DASAR-DASAR KELISTRIKAN — Kelistrikan

64 New Step 1 Training Manual - Dasar-dasar kelistrikan

DASAR-DASAR KELISTRIKAN

Sebagian besar peralatan kelistrikan digunakan pada kendaraan. Barangkali untuk pertama kali sulit untuk melakukan servis peralatan kelistrikan, karena peralatan tersebut digerakkan oleh listrik yang tidak dapat dilihat dengan mata manusia. Tetapi Anda akan menemukan bahwa kelistrikan bekerja sesuai dengan contoh (pattern) tertentu didasarkan pada sifat-sifat dan kerjanya kelistrikan.

Kemudian penting sekali untuk Anda menguasai sepenuhnya tentang dasar-dasar kelistrikan dengan tujuan untuk dapat memahami konstruksi dan cara kerja peralatan-peralatan kelistrikan yang digunakan pada kendaraan.

KELISTRIKAN

1. KOMPOSISI DARI BENDA-BENDA

Suatu benda bila kita bagi sampai bagian yang terkecil tanpa meninggalkan sifat aslinya, kita akan mendapatkan suatu partikel yang disebut molekul. Kemudian bila molekul ini kita bagi lagi maka kita akan dapatkan bahwa molekul terdiri dari beberapa atom.

Semua atom terdiri dari inti yang dikelilingi oleh partikel-partikel yang sangat tipis, yang biasa disebut dengan elektron-elektron yang berputar mengelilingi inti dengan orbit yang berbeda-beda. Inti sendiri terdiri dari proton dan neutron dalam jumlah yang sama (kecuali atom hydrogen yang kekurangan jumlah neutron).

Proton dan elektron mempunyai suatu hal yang sama yaitu muatan listrik (electrical charge). Muatan listrik pada proton diberi muatan positif (+) sedangkan listrik pada elektron diberi tanda negatif (–), sedangkan neutron sendiri tidak bermuatan (netral). Dikarenakan jumlah muatan listrik positif pada proton dalam suatu atom adalah sama dengan jumlah muatan listrik negatif pada elektron, maka atom akan bermuatan netral.

Sesuai dengan hukum alam dari atom, dimana akan terjadi gaya tarik-menarik antara elektron dan inti (jumlah etektron dan proton sama) maka elektron akan tetap berada dalam orbitnya masing-masing.

Book_2_ok.indd 64 8/19/2011 3:45:51 AM

DASAR-DASAR KELISTRIKAN — Tipe Kelistrikan dan Sifat-Sifatnya


Tanpa menyentuh kedua benda tersebut dan menghubungkan dengan konduktor, muatan listrik akan tetap berada pada permukaan batang kaca atau kain sutera. Karena tidak terjadi gerakkan maka tipe kelistrikan ini disebut listrik statis.

Dalam rumus elektron bebas, listrik statis adalah suatu keadaan dimana elektron bebas sudah terpisah dari atomnya masing-masing, akan tetapi tidak bergerak dan hanya berkumpul di atas permukaan benda tersebut.

2. ELEKTRON BEBAS

Elektron-elektron yang orbitnya paling jauh dari inti disebut valence elektron. Karena elektron yang mampunyai orbit paling jauh dari inti gaya tariknya lemah, maka elektron ini mempunyai gaya kaluar dari orbitnya dan berpindah ke atom yang lain.

Tembaga, perak atau logam lainnya, valensi elektronnya akan bergerak hampir bebas terhadap intinya, dengan demikian elektron ini disebut elektron bebas.

Berbagai karakteristik dan macam aksi kelistrikan seperti loncatan listrik statis (static electricity spark), pembangkitan panas. reaksi kimia atau aksi magnet dapat terjadi karena adanya aliran listrik, hal ini disebabkan adanya elektron bebas.

TIPE LISTRIK DAN SIFAT-SIFATNYA

1. LISTRIK STATIS DAN LISTRIK DINAMIS

Ada dua tipe listrik yaitu listrik statis dan listrik dinamis. Listrik dinamis dapat dibagi menjadi lagi menjadi arus searah (DC) dan arus bolak-balik (AC).

LISTRIK STATIS

Bila benda konduktor seperti sebatang kaca (glass rod) digosok dengan kain sutera, kedua permukaan, batang kaca dan sutera menjadi bermuatan listrik satu bermuatan positif dan satu lagi bermuatan negatif.

Bila Anda keluar dari kendaraan, Anda kadang-kadang manyentuh pintu atau bagian lain dari kendaraan dan merasakan adanya kejutan listrik.

Kejadian ini juga disebabkan oleh listrik statis yang dibangkitkan oleh kendaraan dan badan manusia.

REFERENSI

Book_2_ok.indd 65 8/19/2011 3:45:54 AM



LISTRIK DINAMIS

Listrik dinamis adalah suatu keadaan terjadinya elektron-elektron bebas dimana elektron-elektron ini berasal dari elektron-elektron yang sudah terpisah dari atomnya masing-masing dan melalui suatu benda yang sifatnya konduktor.

Bila elektron-elektron bebas bergerak dengan arah yang tetap, maka listrik dinamis ini disebut listrik arus searah (DC). Bila arah gerakan dan jumlah (besar arus) bervariasi secara periodik terhadap waktu, maka listrik dinamis ini disebut listrik bolak-balik (AC).

Pada bab berikut, kita akan mendiskusikan tentang arus listrik, tegangan dan tahanan, yang menggunakan arus listrik searah (DC), sebagai contoh:

2. ARUS LISTRIK

APAKAH ARUS LISTRIK ITU ?

Bila kita menghubungkan baterai dan lampu dengan kabel tembaga seperti pada gambar di bawah ini maka lampu akan menyala. Arus listrik akan mengalir dari positif (+) ke negatif (-).

Pada gambar terlihat bahwa arus listrik akan mengalir berlawanan arah dengan aliran elektron pada pengantar (kabel). Bila kita membicarakan aliran listrik, yang dimaksud adalah arus "konvensional", bukan aliran elektron pada kenyatannya.

REFERENSI

Book_2_ok.indd 66 8/19/2011 3:46:01 AM



SATUAN PENGUKURAN ARUS LISTRIK

Besar arus listrik yang mengalir melalui konduktor adalah sama dengan jumlah elektron bebas yang melewati panampang konduktor setiap detik.

Arus listrik dinyatakan dengan I (Intensity) sedangkan besar arus listrik dinyatakan dengan satuan amper, disingkat A.

Satu amper A sama dengan pergerakkan 6,25 x 1018 elektron bebas yang melewati konduktor setiap detik.

Untuk satuan arus listrik yang sangat kecil ataupun yang sangat besar, lihat tabel di bawah ini :

Contoh konversi

1.000 mA = 1 A

0.01 mA= 10 A

KEJADIAN-KEJADIAN YANG DISEBABKAN OLEH ARUS LISITRIK

Bila arus mengalir pada konduktor atau elektron akan menyebabkan (menimbulkan) tiga kejadian:

a. Pembangkitan panas

Bila arus melewati konduktor, akan menghasilkan panas. Contohnya meliputi: Head Light, Cigarette Lighter, Fuse dll.

b. Aksi kimia

Bila aksi kimia terjadi pada elektrolit (cairan yang dapat dilalui (dialiri) arus listrik) akan menyebabkan arus listrik mengalir. Baterai bekerja berdasarkan prinsip ini.

c. Aksi magnet

Bila arus listrik mengalir pada kabel atau kumparan akan menghasilkan medan magnet disekitarnya.

Prinsip ini digunakan pada ignition coil, alternator, motor starter dan macam-macam solenoid.

1. 1018 adalah penulisan sederhana (penyeder-hanaan penulisan) dari angka 10 dengan diikuti oleh 18 buah angka nol atau 1.000.000.000.000.000.000 jadi 6,25 x 1018 = 6,25 x 1018 =

6.250.000.000.000.000.000.

2. 6,25 x 1018 elektron disebut 1 coloumb (disingkat C) muatan listrik, 1 amper sama dengan 1 Coloumb setiap detik.

REFERENSI

Book_2_ok.indd 67 8/19/2011 3:46:03 AM



3. TEGANGAN DAN DAYA ELEKTROMOTIF

Bila dua buah tangki air yang berbeda tingginya dihubungkan oleh pipa seperti pada gambar, air akan mengalir dari tangki yang lebih tinggi ke tangki yang lebih rendah. Hal ini disebabkan adanya perbedaan ketinggian permukaan, yang disebut Head yang menyebabkan terjadinya tekanan (perbedaan potensial) sehingga air akan mengalir dari tangki yang lebih tinggi ke tangki yang lebih rendah.

Hal yang sama, bila lampu dihubungkan dengan baterai oleh kabel seperti pada gambar di bawah, arus listrik akan mengalir dari baterai ke lampu dan lampu akan menyala.

Hal ini disebabkan adanya kelebihan muatan negatif (elekton bebas) pada terminal negatif baterai dan kelebihan muatan positif (penerimaan elektron bebas) pada terminal positif baterai. Perbedaan ini menyebabkan terjadinya "tekanan tegangan" seperti perbedaan potensial yang dihasilkan oleh perbedaan ketinggian permukaan (Head) air dari kedua tangki, dan 'tegangan listrik' menyebabkan arus listrik akan mengalir dan lampu akan menyala. Tegangan listrik ini disebut dengan perbedaan potensial atau biasa disebut VOLTASE (kadang-kadang juga disebut dengan electromotive force atau AMF).

SATUAN PENGUKURAN TEGANGAN LISTRIK DAN DAYA ELEKTROMOTIF

Satuan tegangan listrik dan daya elektromotif dinyatakan dengan "VOLT" dengan simbol V. 1 volt adalah tegangan listrik atau potensial yang dapat mengalirkan arus listrik sebesar 1 amper pada konduktor dengan tahanan 1 ohm. Untuk satuan tegangan yang sangat kecil ataupun yang sangat besar, lihatlah tabel di bawah :

Contoh konversi:

12.000 mV = 12 V

24.000 V = 24 kV

Book_2_ok.indd 68 8/19/2011 3:46:08 AM



4. TAHANAN LISTRIK

KONDUKTOR, SEMI KONDUKTOR DAN NON-KONDUKTOR

Gambar di bawah menunjukkan tangki-tangki dengan ketinggian yang sama tetapi dihubungkan oleh pipa-pipa dengan diameter yang berbeda. Meskipun ketinggiannya sama, tetapi air akan mengalir lebih mudah bila tangki-tangki dihubungkan dengan pipa yang lebih besar dibandingkan tangki yang dihubungkan dengan pipa yang lebih kecil.

Kejadian ini juga berlaku untuk listrik, dimana listrik akan lebih mudah mengalir melalui beberapa material (benda) dan akan lebih sulit mengalir melalui benda yang lain. Dalam hal tahanan terhadap aliran listrik, maka benda-benda digolongkan ke dalam tiga kategori.

a. Konduktor

Material yang dapat dialiri arus listrik disebut dengan konduktor, misalnya: emas, perak, tembaga, alumunium, dan besi.

b. Non-konduktor/lsolator

Material yang tidak dapat dialiri arus listrik dengan mudah atau tidak dapat mengalir sama sekali seperti kaca, karet, kertas, plaslik, vinil atau porselen disebut dengan non-konduktor atau isolator.

c. Semi Konduktor

Material dimana arus listrik dapat mengalir tetapi tak semudah bila melewati konduktor disebut dengan semikonduktor. Material yang termasuk kategori ini misalnya silikon dan germanium.

Konduktor dan Non-konduktor keduanya digunakan pada komponen listrik pada kendaraan, seperti pada gambar di bawah.

Book_2_ok.indd 69 8/19/2011 3:46:12 AM



TAHANAN LISTRIK

Bila arus listrik mengalir melalui suatu benda, elektron-elektron bebas tidak dapat bergerak maju dengan lembut karena elektron-elektron akan tertahan atom-atom yang dibentuk oleh benda tersebut. Derajat kesulitan dari elektron-elektron untuk bergerak lewat benda tersebut (yaitu derajat kesulitan dari arus listrik dapat mengalir melalui material tersebut), disebut dengan tahanan listrik.

SATUAN PENGUKURAN TAHANAN LISTRIK

Tahanan listrik dinyatakan dengan huruf R, dan diukur dengan satuan OHM (dengan simbol = omega). Satu ohm adalah tahanan listrik yang mampu menahan arus listrik yang mengalir sebesar satu amper dengan tegangan satu volt. Untuk satuan tahanan listrik yang sangat kecil ataupun yang sangat besar, lihat tabel di bawah.

Contoh Konversi

1.489 m = 1,48

14.000 = 14 k

200 = 0,2 k

HUBUNGAN ANTARA DIAMETER DAN PANJANG KONDUKTOR DENGAN TAHANAN LISTRIK

Bila elektron bebas bergerak di dalam konduktor yang berpenampang lebih besar, maka tahanan akan lebih rendah, ini berarti arus listrik akan tetap mengalir melalui konduktor yang berdiameter lebih besar. Tetapi bila arus listrik harus mengalir pada jarak yang lebih jauh, voltase akan lebih besar karena harus melewati atom yang lebih banyak jumlahnya.

Kesimpulannya, tahanan listrik (R) dari konduktor akan berbanding lurus dengan panjang konduktor dan berbanding terbalik terhadap luas penampang konduktor.

R = Tahanan listrik..........................

p = Tahanan spesifik/jenis............ m

I = Panjang konduktor....................m

A = Luas penampang konduktor....m2

Apabila kita menerapkan rumus ini pada kabel-kabel yang digunakan pada kendaraan, maka tahanannya akan menjadi lebih besar, kabel lebih kecil dan panjang.

Book_2_ok.indd 70 8/19/2011 3:46:13 AM



HUBUNGAN ANTARA TEMPERATUR DAN TAHANAN LISTRIK

Tahanan listrik pada konduktor akan berubah-ubah dengan adanya perubahan temperatur, biasanya tahanan listrik akan bertambah bila temperatur naik.

Hal tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut. Bila sebuah lampu dihubungkan dengan baterai melalui kawat, dan kawat tersebut kemudian dipanaskan dengan api, maka lampu akan semakin redup. Ini berarti bahwa temperatur kawat bertambah dan tahanan juga akan naik.

Thermistor, adalah salah satu tipe dari semikon-duktor yang akan merubah tahanannya dalam dua cara yang disebabkan oleh temperatur. Thermistor yang menambah tahanannya bila temperatur meningkat (sama seperti halnya logam) disebut dengan Positif Temperature Coefficient (PTC) thermistor. Tipe thermistor yang lain, nilai tahanannya berkurang bila temperatur bertambah, disebut dengan Negative Temperature Coefficient (NTC) thermistor.

Dengan menggunakan hubungan antara temperatur dan tahanan, kita akan mangetahui temperatur konduktor dengan mengukur tahanannya.

REFERENSI

Book_2_ok.indd 71 8/19/2011 3:46:17 AM



TAHANAN SAMBUNGAN (CONTACT RESISTANCE)

Bila penyambungan kabel ke baterai atau ke beban keadaannya kurang baik, atau bila terdapat karet pada switch yang menghubungkan dua komponen, maka arus listrik menjadi tidak mudah mengalir. Tahanan terjadi disebabkan oleh hubungan yang kurang baik disebut tahanan sambungan.

Bila arus listrik mengalir melewati bagian yang terdapat tahanan sambungan tersebut, maka akan menimbulkan panas. Panas ini akan mempercepat timbulnya karat dan tahanan sambungan akan bertambah besar, tahanan sambungan dapat diperkecil dengan cara membersihkan daerah sambungan dan mengeraskan sambungan.

TAHANAN ISOLATOR

Seperti yang telah dijelaskan pada sebelumnya bahwa karet, vinyl, mica, keramik dan sebagainya digunakan untuk mencegah/menghalangi mengalirnya arus listrik antara konduktor-konduktor. Sifat dan bahan-bahan ini disebut kemampuan tahanan isolator dan dinyatakan dengan nilai tahanan (resistance value).

Fakta yang dapat kita bicarakan tentang tahanan isolator ditunjukkan dengan dapat mengalirnya arus listrik antara konduktor-konduktor melalui isolator pada kondisi tertentu.

Dalam kondisi tertentu misalnya terjadi keretakan pada isolator, kebocoran arus listrik akan mengalir lemah melalui isolator tersebut dan terjadi percikan api yang akan menimbulkan kotoran menempelnya air atau kototan lain pada permukaan isolator. Dan nantinya akan menjadikan bahan yang berfungsi sebagai konduktor kelistrikan.

Book_2_ok.indd 72 8/19/2011 3:46:18 AM

DASAR-DASAR KELISTRIKAN — Sirkuit Kelistrikan, Teori Dasar


TEORI DASAR SIRKUIT LISTRIK SIRKUIT LISTRIK

TEORI DASAR

1. TEORI DASAR TENTANG SIRKUIT KELISTRIKAN APAKAH SIRKUIT LISTRIK ITU?

Pada gambar di bawah ditunjukkan baterai, fuse, swtich dan lampu, masing-maing dihubungkan dengan kabel sehingga arus listrik akan mengalir dari terminal positif baterai kabel pengantar

Fuse Saklar (switch) kabel pengantar lampu kabel pengantar kemudian ke terminal negatif baterai. Rangkaian dimana arus listrik dapat mengalir disebut sirkuit listrik.

BEBAN

Pada gambar di bawah, klakson (horn) ditempatkan pada lampu. Perlengkapan lain (conton lain: lampu, motor wiper, dsb.) yang menggunakan kelistrikan disebut beban. Dalam sirkuit kelistrikan semua beban dikategorikan sebagai tahanan.

SIRKUIT LITRIK PADA KENDARAAN

Dalam sirkuit kelistrikan kendaraan salah satu ujung kabel dari setiap beban dihubungkan dengan body kendaraan atau rangka yang berfungsi sebagai konduktor untuk mengalirkan arus ke baterai. Selanjutnya bodi atau rangka disebut dengan massa (ground - earth) dari sirkuit (berarti bagian dari sirkuit yang mengembalikan arus ke baterai).

2. HUKUM OHM

APAKAH HUKUM OHM ITU?

Bila tegangan diberikan pada sirkuit kelistrikan, maka arus akan mengalir ke sirkuit. Berikut ini hubungan khusus antara tegangan (voltase), arus dan tahanan dalam sirkuit. Ukuran arus yang mengalir akan berbanding lurus dengan tegangan yang diberikan dan berbanding terbalik terhadap tahanan.

Hubungan ini disebut dengan Hukum Ohm dapat ditunjukkan seperti berikut:

Arus listrik = Tegangan : Tahanan

Dimana:

Book_2_ok.indd 73 8/19/2011 3:46:22 AM



b. Hukum ini juga dapat digunakan untuk menghitung tegangan yang diperlukan agar arus mengalir melalui tahanan.

Tegangan = Arus listrik x Tahanan

Dalam sirkuit berikut ini diasumsikan bahwa tahanan adalah 4 . Besarnya tegangan yang diperlukan agar arus sebesar 3 A dapat mengalir melalui Tahanan dapat dihitung sebagai berikut:

Dalam praktek istilah "I = V/R" berarti "A = V/ ". 1 pada tahanan memungkinkan 1 A arus mengalir

dalam satu sirkuit bila tegangan 1 V diberikan pada sirkuit.

PENGGUNAAN HUKUM OHM

Hukum Ohm dapat digunakan untuk menentukan suatu tegangan (V), arus (I) atau tahanan (R) pada sirkuit kelistrikan, dapat ditentukan tanpa pengukuran yang aktual, bila diketahui nilai dari dua faktor yang lain.

a. Hukum ini dapat digunakan untuk menentukan besar arus yang mengalir pada sirkuit bila tegangan diberikan pada tahanan. Seperti sebelumnya, Hukum Ohm adalah :

Arus listrik = Tegangan/Tahanan

Pada sirkuit berikut diasumsikan bahwa tahanan adalah 2 dan tegangan yang diberikan adalah 12 V. Jadi arus yang mengalir pada sirkuit dihitung sebagai berikut :

V = 12 V R = 2

I = ...?

V = ...? R = 4

I = 3 A

3 A 4 12

Book_2_ok.indd 74 8/19/2011 3:46:23 AM



c. Contoh lain pemakaian Hukum Ohm digunakan untuk menghitung tahanan listrik bila tegangan yang diberikan pada sirkuit dan arus listrik yang mengalir pada sirkuit diketahui:

Tahanan listrik = Tegangan/Arus listrik

Dalam sirkuit berikut ini diasumsikan bahwa tegangan adalah 12V diberikan pada sirkuit dan arus listrik yang mengalir adalah 4 A, Jadi nilai tahanan listrik (beban/hambatan) dapat dihitung sebagai berikut:

3. TAHANAN RANGKAIAN

Pada satu sirkuit kelistrikan biasanya digabungkan lebih dari satu tahanan listrik atau beban. Beberapa tahanan listrik mungkin dirangkaikan di dalam sirkuit dengan salah satu diantara tiga metode penyambungan berikut ini:

a. Rangkaian Seri

b. Rangkaian Paralel

c. Rangkaian Seri - Paralel

Harga jumlah tahanan dari seluruh tahanan yang dirangkaikan di dalam sirkuit disebut dengan tahanan total (combined resistance). Metode rangkaian seri-paralel sering digunakan pada kelistrikkan kendaraan.

RANGKAIAN SERI

Bila dua atau lebih lampu (tahanan R dan R2, dsb.) dirangkaikan di dalam sirkuit seperti pada gambar di bawah, hanya ada satu jalur dimana arus dapat mengalir. Tipe penyambungan seperti ini, disebut rangkaian seri. Besar arus listrik yang mengalir selalu sama pada setiap tempat/titik pada rangkaian seri.

Tahanan kombinasi (combined resistance) R0 pada sirkuit adalah sama dengan jumlah dari masing-

masing tahanan R dan R2.

Selanjutnya, kuat arus listrik yang mengalir pada

sirkuit dapat dihitung sebagai berikut :

V = 12 V R = ...?

I = 4 A

Book_2_ok.indd 75 8/19/2011 3:46:24 AM



Tahanan R0 (jumlah tahanan R1 dan R2 yang dirangkaikan seri pada sirkuit seperti pada gambar) dan arus listrik yang mengalir pada sirkuit dapat dihitung sebagai berikut:

PENURUNAN TEGANGAN (VOLTAGE DROP)

Bila arus listrik mengalir di dalam sirkuit, dengan adanya tahanan listrik di dalam sirkuit akan menyebabkan tegangan turun setelah melewati tahanan. Besarnya perubahan tegangan dengan adanya tahanan disebut dengan penurunan tegangan (voltage drop).

Bila arus mengalir pada sirkuit, penurunan tegangan V1 dan V2 setelah melewati R1 dan R2 dapat dihitung dengan Hukum Ohm (Besar arus adalah sama pada R1 dan R2 karena dirangkaikan secara serie).

V1 = R1 I

V2 = R2 I

Penjumlahan penurunan tegangan seteleh melewati tahanan akan sama dengan tegangan sumbernya (VT).

VT = V1 + V2

Penurunan tegangan seteteh melewati R1 dan R2 pada sirkuit di bawah dapat dihitung sebagai berikut:

Book_2_ok.indd 76 8/19/2011 3:46:29 AM



RANGKAIAN PARALEL

Pada rangkaian paralel, dua atau lebih tahanan (R , R , dsb.) dihubungkan di dalam sirkuit seperti pada gambar, salah satu dari setiap ujung resistance dihubungkan ke bagian yang bertegangan tinggi (positif) dari sirkuit dan ujung lainnya dihubungkan ke bagian yang lebih rendah (negatif).

Tegangan baterai dialirkan ke seluruh resistor di dalam sirkuit yang dihubungkan secara paralel.

Tahanan R (kombinasi tahanan R dan R ) pada rangkaian paralel dapat dihitung sebagai berikut:

dari perhitungan di atas, jumlah arus yang mengalir pada sirkuit dapat dihitung berdasarkan Hukum Ohm sebagai berikut:

Jumlah arus adalah sama dengan jumlah arus I dan I yaitu arus yang mengalir melalui masing-masing resistor R dan R .

I = I + I

Karena tegangan baterai adalah sama pada seluruh resistance, kuat arus I dan I dapat dihitung berdasarkan Hukum Ohm sebagai berikut:

Tahanan R (kombinasi dari tahanan R dan R

yang dihubungkan secara paralel pada rangkaian saperti gambar di bawah), total arus yang mangalir pada rangkaian, besar arus I dan I yang mengalir ke masing-masing resistor R dan R dapat dihitung sebagai berikut:

Book_2_ok.indd 77 8/19/2011 3:46:36 AM



RANGKAIAN SERI PARALEL

Sebuah resistance dan beberapa lampu dapat dihubungkan pada rangkaian seperti pada gambar di bawah. Jenis atau metode rangkaian ini disebut rangkaian seri-paralel, dan adalah suatu kombinasi dari rangkaian seri dan paralel.

Kombinasi tahanan R dalam rangkaian seri paralel ini dapat dihitung sebagai berikut

a. Menghitung kombinasi tahanan R , yaitu kombinasi tahanan R , dan R yang dihubungkan secara paralel.

b. Kemudian menghitung kombinasi tahanan R , yaitu kombinasi tahanan dari R dan R , yang dihubungkan secara seri.

Besar arus yang mengalir melalui rangkaian dapat dihitung berdasarkan Hukum Ohm sebagai berikut:

Tegangan yang bakerja pada R dan R dapat dihitung dengan rumus :

Besar arus I , I dan I, yang mengalir melalui tahanan R , R dan R pada rangkaian seri paralel seperti gambar di bawah dapat dihitung sebagai berikut:

Book_2_ok.indd 78 8/19/2011 3:46:40 AM



4. KERJA DAN DAYA LISTRIK (ELECTRIC POWER AND WORK)

KERJA dapat didefinisikan sebagai jumlah total energi (energi listrik atau lainnya) yang digunakan untuk melakukan suatu pekerjaan (nyata). TENAGA adalah berapa lamanya kerja itu berlangsung dengan memperhitungkan waktu. Sebagai contoh sebuah benda seberat 10 kg dipindahkan sejauh 2 meter jumlah kerja yang diperlukan adalah 20 kg m (20 kilogram meter; yaitu 10 kg dikalikan 2 meter), tanpa memperhitungkan berapa lamanya waktu untuk melakukan kerja tersebut. Tetapi bila kita memperhitungkan berapa lama kerja itu berlangsung, maka kita menggunakan satuan kg m/detik (kilogram meter per delik). Bila diperlukan waktu 1 detik untuk memindahkan benda 10 kg pada jarak 2 meter maka DAYA (Power = P) yang diperlukan adalah 20 kgm/detik.

TENAGA LISTRIK (Electric Power)

Bila arus listrik mengalir ke dalam suatu sirkuit, energi listrik dirubah dalam bentuk panas, energi radiasi (sinar), energi mekanis dan sebagainya ke dalam beberapa bentuk kerja. Bila tegangan (V) dihubungkan dengan blower motor, sebagai contoh, motor tersebut akan berputar. Hal ini disebabkan energi listrik dirubah ke dalam bentuk energi mekanis untuk melakukan kerja.

Bila tegangan 12 V diberikan (dihubungkan ke sebuah lampu dengan tahanan 12 maka arus sebesar 1 A akan mengalir dan menyalakan lampu. Hal ini disebabkan energi listrik (yang diberikan dari baterai) dirubah ke dalam bentuk energi panas pada filament lampu dan menghasilkan sinar, sehingga filament akan menyala disebabkan oleh kerja listrik. Jumlah kerja yang dilakukan oleh listrik ini dalam

satuan waktu (misal 1 detik) disebut dengan daya listrik dengan simbol P (Power) dan diukur satuan Watt (W).

Dengan mengumpamakan tegangan dihubungkan ke lampu dan arus akan mengalir ke lampu tersebut, maka akan didapatkan suatu hubungan atau rumus yang menyatakan daya listrik P pada lampu tersebut:

P = V I

Dengan kata lain, 1 W adalah didefinisikan sebagai daya listrik yang dibutuhkan (diperlukan) bila tegangan 1 V dihubungkan ke lampu dan arus 1 A mengalir melalui lampu tersebut (ingat bahwa 1 A adalah sama dengan 1 C perdetik). Pada contoh di atas jumlah daya listrik P (diukur dalam satuan Watt = W) yang diperlukan pada lampu setiap detik :

P = V I

= 12 V 1A = 12 W

Dengan mensubstitusikan Hukum Ohm (V = R I) kita dapat menentukan persamaan daya listrik.

Book_2_ok.indd 79 8/19/2011 3:46:44 AM



Besarnya daya listrik yang digunakan dapat ditentukan sebagai barikut bila tahanan lampu adalah 12 dan arus yang mengalir adalah 2A.

Besarnya daya listrik yang digunakan dapat ditentukan sebagai berikut bila tahanan lampu adalah 3 dan besarnya tegangan yang bekerja pada lampu adalah 12 V.

Untuk satuan daya listrik yang sangat kecil ataupun sangat besar, lihat tabel di bawah:

Satuan Dasar Arus Kecil Arus Besar

SIMBOL W mW kV MV

DIBACA Watt Milli Watt Kilo Watt Mega Watt

PERKALIAN 1 1 10-3 1 103 1 106

Contoh konversi:

1.000 mW = I W

100 W = 0,1 kW

KERJA LISTRIK

Jumlah kerja yang dilakukan oleh listrik disebut sebagai kerja listrik. Simbol W (jangan dialirkan sama dengan "W" singkatan dari "Watt") digunakan untuk menyatakan kerja listrik, yang dihitung dalam satuan Watt detik (Ws). Jumlah energi listrik W yang digunakan dapat ditentukan sebagai berikut bila tenaga listrik p dipergunakan untuk beberapa waktu t.

W = Pxt

Karena P = V x I maka rumus di atas dapat dinyatakan

Jumlah energi listrik yang digunakan bila lampu 12 W menyala selama 10 detik dapat dihitung sebagai berikut:

Bila tegangan 12 V diberikan pada lampu dan dialiri arus 2 A, maka lampu akan menyala selama energi listrik yang digunakan dapat dihitung

Selain satuan watt detik (Ws) digunakan juga satuan

Wh = Watt hour (Watt jam).

= Energi listrik yang digunakan bila daya listrik 1 W berlangsung selama 1 jam.

kWh = Kilowatt hour (Kilowatt jam).

Energi listrik yang digunakan bila daya listrik 1 KW berlangsung selama 1 jam. (Satuan ini digunakan untuk menghitung rekening listrik PLN).

Book_2_ok.indd 80 8/19/2011 3:46:50 AM

DASAR-DASAR KELISTRIKAN — Pengaruh Arus Listrik


PENGARUH ARUS LISTRIK

Arus listrik mengalir pada beberapa gejala akan terjadi

a. Pembangkit panasb. Aksi magnetc. Aksi kimia

1. AKSI PEMBANGKIT PANAS OLEH ARUS LISTRIK

PEMBANGKITAN PANAS

Bila arus listrik mengalir melalui cigarette lighter pada kendaraan kabel nichrome pada cigarette lighter akan menjadi panas dan berwarna merah. Hal ini disebabkan energi listrik yang diserap oleh kabel tahanan nichrome dirubah menjadi energi panas. Kejadian panas yang dibangkitkan bila arus listrik mengalir melalui resistor disebut dengan aksi pembangkitan listrik.

Besarnya energi yang diserap dihitung dengan satuan Joule (disingkat J), dimana 1 Joule = Wattdetik, artinya: 1 Joule adalah jumlah energi listrik yang di hasilkan oleh arus listrik sebesar 1 amper yang mengalir pada tahanan (resistor) 1 Ohm selama 1 detik. Atau dapat juga dikatakan bahwa daya listrik dengan kapasitas sebesar 1 Watt akan menghasilkan 1 Joule bila bekerja selama 1 detik.

Jumlah energi listrik yang dihasilkan oleh 12 V dengan arus sebesar 6 A selama 20 detik dapat dihitung sebagai berikut:

Dengan kata lain, bila energi listrik 1 joule diubah sepenuhnya ke dalam panas, akan menghasilkan kira-kira 0,24 kalori dari panas. Oleh karena itu energi listrik dijelaskan dalam watt, detik (W = P x t) diubah ke dalam panas yang dijelaskan dengan rumus berikut:

Dengan kata lain, bila energi listrik sebesar 1 J dapat dirubah menjadi energi panas sebesar 0,24 kalori. Dari uraian tersebut di atas dapat disimpulkan :

Rumus di atas disebut dengan Hukum Joule, dan panas yang dihasilkan bila arus listrik mengalir melalui tahanan disebut panas Joule. Energi listrik sebesar 1440 J yang dihasilkan oleh 12 V dengan arus 6 A pada contoh di atas adalah:

Besar energi panas yang dihasilkan oleh lampu besar 55 W dengan tegangan baterai 12 V yang menyala selama 30 menit adalah sebesar:

Book_2_ok.indd 81 8/19/2011 3:46:52 AM



2. AKSI MAGNET YANG DISEBABKAN

ARUS LISTRIK

Salah satu fungsi utama dari kelistrikan adalah menimbulkan gaya magnet. Pada bab ini akan dibahas mengenai magnet alam dan hubungan antara kelistrikan dengan kemagnetan.

MAGNET ALAM

Magnet

Dari pengalaman, kita semua mengetahui bahwa akan terjadi kemagnetan di sekeliling magnet. Magnet akan menarik metal (logam) karena mempunyai kemagnetan.

Semua benda yang mempunyai kemagnetan disebut magnet.

Bila magnet diletakkan pada serbuk besi, sarbuk besi akan menempel pada ujung dari magnet dan tidak ada yang menempel pada bagian tengah magnet. Tempat (bagian) pada magnet yang mempunyai kemagnetan yang kuat disebut dengan kutub magnet atau kutub (pole).

Bila magnet batang digantungkan dengan sebuah tali seperti pada gambar di bawah, maka magnet akan menunjuk ke arah kutub Selatan dan kutub Utara bumi. Kutub yang menunjuk kearah kutub Utara bumi disebut kutub Utara (U), dan kutub yang menunjuk ke kutub Selatan disebut kutub Selatan (S). Magnet selalu mempunyai kutub U dan S

Bila dua jarum yang bermagnet diletakkan berdekatan satu dengan yang lain, kutub yang sama (Selatan misalnya) akan saling tolak-menolak sedangkan kutub yang berbeda (kutub U dan Kutub S) akan saling tarik-menarik satu sama lain. Gaya tarik-menarik dan tolak-menolak disebut gaya magnet.

Medan Magnet dan Fluksi Magnet

Bila serbuk besi ditaburkan di atas kaca dan sebuah magnet berbentuk tapal kuda ditempatkan di bawah kaca, serbuk besi akan membentuk formasi seperti gambar di bawah. Ini menandakan bahwa serbuk besi dipengaruhi oleh kedua kutub U dan S dari magnet tersebut.

Serbuk besi nampaknya tersebar disepanjang garis-garis yang Tidak terlihat. Garis-garis ini disebut garis gaya magnet (magnetic line) dan secara keseluruhan disebut fluksi magnet (magnetic flux). Meskipun tidak terdapat serbuk membentuk garis gaya magnet, dianggap seolah-olah ada disekeliling magnet, bila kutub U suatu magnet dan kutub S magnet lainnya didekatkan satu dengan yang lainnya di bawah sepotong kaca, dengan serbuk besi tersebar di atasnya, dengan mudah dikatakan bahwa saling tertarik satu dengan yang lainnya, seperti pada gambar kiri atas halaman berikutnya. Fluksi magnet dapat digambarkan seperti yang ditunjukkan disebelah kanannya.

Book_2_ok.indd 82 8/19/2011 3:46:55 AM



Bila kutub-kutub yang polaritasnya sama (U dan U atau S dan S) saling didekatkan seperti pada gambar di bawah terjadi saling tolak-menolak. Fluksi magnet penolakan dapat digambarkan seperti pada gambar kanan bawah.

Fluksi magnet mempunyai beberapa karakteristik

a. Fluksi magnet dimulai dari kutub U dan berakhir di kutub S suatu magnet atau magnet-magnet.

b. Arah dari fluksi magnet adalah sesuai dengan arah kutub U jarum magnet bila jarum berada di dalam fluksi.

c. Seperti halnya sabuk karet, garis gaya magnet di dalam fluksi berusaha sependek mungkin, sejajar dan sedekat mungkin dengan poros U-S dari medan magnet. Pada saat yang sama, cenderung menolak garis gaya magnet lainnya yang searah, sehingga juga cenderung membentuk busur keluar dari poros U-S.

ARUS LlSTRIK DAN KEMAGNETAN

Andaikan suatu kabel diarahkan Utara-Setalan, dan dialirkan arus seperti pada gambar. Bila jarum magnet ditempatkan langsung di bawah kawat, kutub U jarum magnet berputar sampai menunjukan ke arah barat, tegak lurus kawat. Hal ini karena medan magnet yang terbentuk akibat arus listrik mengelilingi kawat dan mempengaruhi arah jarum.

Sekarang bila sepotong kertas dan kawat disusun seperti pada gambar di bawah, kemudian kawat dialiri arus listrik. Serbuk besi yang disebarkan akan membentuk lingkaran-lingkaran. Kerapatan serbuk besi makin mendekati titik, makin padat, yang menunjukkan bahwa medan magnet makin kuat.

Book_2_ok.indd 83 8/19/2011 3:46:59 AM



Sekarang letakkan beberapa jarum magnet kecil pada kertas. Jarum akan menunjuk seperti pada gambar di bawah. Kita dapat menyatakan arah fluksi dan arah dimana jarum menunjuk.

Arah arus dan arah fluksi magnet dapat dinyatakan dengan "kaidah amper dan sekrup ulir kanan".

Ketika arus listrik searah dengan gerakan sekrup ulir kanan saat diputar masuk, fluksi magnet yang searah dengan arah gerakan dari sekrup.

Hubungan antara arah garis dan arah ditunjukkan pada gambar di bawah.

Sekarang, apa yang terjadi pada fluksi magnet konduktornya melingkar dan bukan kawat lurus. Bila konduktor lurus secara bertahap dibengkokkan, akan membentuk lingkaran (gambar A sampai D). Fluksi dari setiap titik lingkaran adalah sama arahnya dalam hal ini, searah jarum jam bila dilihat dari bawah), gabungan ini membentuk fluksi yang lebih besar dan lebih kuat.

Dengan kata lain, bila arus mengalir di dalam kumparan. Arah fluksi magnet sedemikian rupa sehingga kutub U dan S dihasilkan di dalam coil seperti pada gambar di bawah.

Bila konduktor dililitkan membentuk kumparan dalam suatu tabung, seperti pada gambar C, disebut solenoid.

Tanda "X" di dalam lingkaran ( ) (menunjukkan arah arus menjauhi kita; tanda ( ) menunjukkan bahwa arah arus mendekati kita.

REFERENSI

Book_2_ok.indd 84 8/19/2011 3:47:06 AM



Bila arus mengalir di dalam solenoid seperti pada gambar di bawah, arah fluksi magnet sedemikian rupa sehingga kutub S yang dihasilkan berada di bawah solenoid, sedangkan kutub U berada di atas. Jumlah garis gaya magnet juga bertambah sebanding dengan jumlah gulungan dan kumparan.

Bila arus mengalir di dalam solenoid, jumlah garis gaya magnet bertambah sebanding dengan besarnya arus. Prinsip solenoid yang diuraikan di atas dapat dipergunakan untuk relay. Bila kita tempatkan logam yang dapat bergerak, mudah terkena magnet (misalnya, plunger) di bawah solenoid, dan dengan mengalirkan arus melalui solenoid, logam akan bergerak ke arah solenoid. Hal ini karena medan magnet yang dihasilkan solenoid menyebabkan logam menjadi magnet sehingga tertarik. Akan tetapi bila medan magnet kurang kuat. logam tidak akan tertarik.

Bila kita letakkan inti besi (iron core) di dalam solenoid, garis gaya magnet yang dihasilkan akan bertambah. Akibatnya solenoid dapat menarik logam dengan lebih kuat. Hal ini karena di samping fluksi dari kumparan itu sendiri ditambah garis gaya magnet pada inti besi.

GAYA ELEKTROMAGNETIK

Gaya elektromagnetik ialah gaya yang bekerja pada konduktor bila arus mengalir pada konduktor di dalam medan magnet. Gaya ini digunakan untuk menggerakan starter, motor wiper dan jarum penunjuk ammeter, volt meter, dan lain-lainnya.

Arah Gaya Elektromagnet

Kita umpamakan kutub U dan S magnet ditempatkan berdekatan satu dengan yang lainnya, dan konduktor diletakkan di tengahnya, seperti pada gambar, kemudian arus listrik dialirkan melalui konduktor.

Book_2_ok.indd 85 8/19/2011 3:47:11 AM



Garis-garis gaya magnet di atas konduktor adalah lebih kecil karena fluksi magnet yang dihasilkan oleh magnet arahnya berlawanan dengan arah fluksi yang dihasilkan arus listrik. Sebaliknya garis-garis gaya magnet di bawah konduktor adalah lebih besar karena arah-arahnya sama (searah).

Karena garis gaya magnet bekerja serupa dengan sabuk karet, garis gaya magnet cenderung menjadi lurus. Tendensi ini di bawah konduktor lebih kuat dari pada di atasnya, sehingga konduktor terdorong ke atas. Gaya ini disebut Gaya Eleklromagnetik.

Arah gaya elektromagnetik dapat ditentukan dari kaidah lain yang disebut kaidah tangan kiri Fleming.

Untuk memahami kaidah ini, bukalah tangan kiri, dengan menunjukkan ibu jari tegak lurus jari telunjuk, dan jari telunjuk tegak lurus jari tengah. Kemudian tunjukkan jari telunjuk searah dengan fluksi magnet, dan jari tengah searah dengan arah arus listrik. Maka arah ibu jari akan menunjukkan arah gaya elektromagnetik atau arah gerakan konduktor.

3. AKSI KIMIA DARI ARUS LISTRIK

Bila dua plat logam dimasukkan ke dalam larutan garam atau asam sulfat, dan lain-lain, kemudian lampu dan baterai dihubungkan seperti pada gambar, lampu akan menyala. Hal ini membuktikan bahwa telah terbentuk sirkuit listrik dan arus melalui cairan. Bila listrik melalui larutan seperti ini, akan terjadi aksi (reaksi) kimia pada permukaan plat logam.

Pengisian baterai ialah dengan reaksi kimia seperti ini. Reaksi kimia tipe ini juga digunakan di dalam elektrolis untuk menghasilkan hydrogen dan oxygen, electroplating dan lain-lain.

Book_2_ok.indd 86 8/19/2011 3:47:16 AM



REFERENSI

Prinsip Aksi Kimia

Bila sejumlah elektron membantu molekul-molekul atau atom-atom suatu zat untuk bertambah atau berkurang karena suatu sebab, dan molekul atau atom menjadi bermuatan positif atau negatif secara keseluruhan, maka disebut ion. Garam ialah kombinasi chlorine (Cl) dan sodium (Na).

Bila garam dilarutkan ke dalam air, akan terpisah menjadi ion sodium positif (Na+) dan ion chlorine negatif (Cl-). Larutan yang mengandung ion positif dan negatif ini disebut elektrolit.

Ion chlorine (Cl-) tertarik ke plat logam yang dihubungkan ke terminal positif baterai (plat bermuatan positif ini disebut anoda), dan ion sodium (Na+) tertarik ke plat logam (katoda) yang dihubungkan ke terminal negatif baterai. Ion chlorine (Cl-) pada anoda membebaskan

elektron (e-) dan menjadi gas chlorine. Karena ion sodium (Na+) pada katoda tidak menerima elektron dengan mudah, elektron tertarik oleh ion hidrogen (H+) yang terpisah dari air karena air menjadi busuk dekat katoda. Akibatnya, gas hydrogen terjadi di sana. Karena elektron-elektron dilepaskan oleh satu plat dan diterima oleh lainnya, proses ini menunjukkan arus yang mengalir diantara plat-plat. Selanjutnya, bila elektron dipertukarkan, terbentuk gas chlorine pada anoda, gas hyrogen pada katoda, dan sodium hydroxide (Na OH) di dalam elektrolit. Proses ini disebut reaksi kimia. Hal ini berarti bahwa kita mempunyai arus listrik yang menyebabkan terjadinya reaksi kimia.

Book_2_ok.indd 87 8/19/2011 3:47:17 AM



Book_2_ok.indd 88 8/19/2011 3:47:18 AM

Documents

KELISTRIKAN TIPE LISTRIK DAN SIFAT-SIFATNYA TEORI DASAR ...tkrautomotive92.files.wordpress.com/2015/11/book_2_ok.pdf · magnet dapat terjadi karena adanya aliran listrik, hal ini