TeknikTeknik ElektroElektro dandan TeknikTeknik MesinMesin
SekolahSekolah TinggiTinggi TeknologiTeknologi (STT) (STT) TexmacoTexmaco
20122012
Hukum Ohm, Energi dan Daya
SudarmaSudarma, , SPd.SSTSPd.SST..SudarmaSudarma, , SPd.SST.MTSPd.SST.MT..
Hukum Ohm, Energi dan Daya - By. Sudarma, SPd.SST.MT. 2
Pembahasan
Hukum Ohm
Energi dan daya
Daya pada rangkaian listrik
Rating daya resistor
Konversi energi dan tegangan jatuh padaresistor
Sumber daya (power supply)
Hukum Ohm, Energi dan Daya - By. Sudarma, SPd.SST.MT. 3
Hukum Ohm
Hukum Ohm menjelaskan bagaimana tegangan, arus danresistansi dalam rangkaian saling berhubungan secara matematis
Hukum Ohm dapat ditulis dalam tiga bentuk yang ekivalen
Bergantung dari kuantitas yang diperlukan
Hukum Ohm, Energi dan Daya - By. Sudarma, SPd.SST.MT. 4
Hukum Ohm
Jika tegangan pada resistor meningkat, arus pada resistor tersebut akan meningkat juga; dan sebaliknya
Jika tegangan meningkat dua kali, arus juga meningkat dua kali
Jika tegangan berkurang setengahnya, arus akan berkurangsetengahnya juga
Hukum Ohm, Energi dan Daya - By. Sudarma, SPd.SST.MT. 5
Hukum Ohm
Pada tegangan konstan, jika resistansi berkurang maka arusakan meningkat; dan sebaliknya
Jika resistansi berkurang setengahnya, arus meningkat dua kali
Jika resistansi meningkat dua kali, arus berkurang menjadisetengahnya
Hukum Ohm, Energi dan Daya - By. Sudarma, SPd.SST.MT. 6
Hukum Ohm untuk arus :
Untuk resistansi tetap, jika tegangan yang diberikan padarangkaian meningkat, maka arus akan meningkat; dansebaliknya
Untuk tegangan tetap, jika resistansi pada rangkaian meningkat, maka arus akan berkurang; dan sebaliknya
Formula Hukum Ohm
R
VI =
R
VI =
R
VI =
R
VI =
R
VI =
R konstan
V konstan
Hukum Ohm, Energi dan Daya - By. Sudarma, SPd.SST.MT. 7
Formula Hukum Ohm
Hukum Ohm untuk tegangan :
Tegangan (volt) dapat dihitung bila arus (ampere) danresistansi (ohm) diketahui
Hukum Ohm untuk resistansi :
Resistansi (ohm) dapat ditentukan bila tegangan (volt) danarus (ampere) diketahui
IRV =
I
VR =
Hukum Ohm, Energi dan Daya - By. Sudarma, SPd.SST.MT. 8
Relasi Linier Arus - Tegangan
Pada rangkaian yang bersifat resistif, arus dan tegangan linier secara proporsional
Linier artinya jika satu besaran meningkat atau berkurang dengannilai tertentu, maka besaran lainnya akan meningkat atau berkurangdengan nilai tertentu yang sama
Hukum Ohm, Energi dan Daya - By. Sudarma, SPd.SST.MT. 9
Aplikasi Hukum Ohm
Hukum Ohm, Energi dan Daya - By. Sudarma, SPd.SST.MT. 10
Contoh Aplikasi Hukum Ohm - 1
Berapa besar arus yang mengalir dalam rangkaian ?
Jawab :
Gunakan hukum Ohm I=V/R untuk menghitung arus
Pada rangkaian mengalir arus sebesar 5 A.
Hukum Ohm, Energi dan Daya - By. Sudarma, SPd.SST.MT. 11
Metrik Satuan
Resistansi
Ohm (Ω)
Ribuan ohm : kilohm (kΩ)
Jutaan ohm : megohm (MΩ)
Arus
Ampere (A)
Miliampere (mA)
Microampere (µA)
Tegangan
Volt (V)
Kilovolt (kV)
Hukum Ohm, Energi dan Daya - By. Sudarma, SPd.SST.MT. 12
Contoh Aplikasi Hukum Ohm - 2
Berapa tegangan yang terukur pada resistor ?
Jawab :
Hukum Ohm, Energi dan Daya - By. Sudarma, SPd.SST.MT. 13
Contoh Aplikasi Hukum Ohm - 3
Ammeter menunjukkan arus sebesar 5 mA dan voltmeter menunjukkan 150 V. Tentukan nilai R.
Jawab :
Hukum Ohm, Energi dan Daya - By. Sudarma, SPd.SST.MT. 14
Energi dan Daya
Hukum Ohm, Energi dan Daya - By. Sudarma, SPd.SST.MT. 15
Definisi
Bila ada arus melalui resistor, maka energi listrikdikonversi menjadi panas atau energi lain (mis. cahaya)
Contoh : bola lampu pijar yang menjadi panas
Arus melalui filamen yang menghasilkan cahaya, jugamenghasilkan panas yang tidak diinginkan karena filamenmemiliki resistansi
Daya adalah ukuran seberapa cepat energi digunakan
Komponen listrik harus dapat mendisipasi sejumlah tertentuenergi pada perioda waktu tertentu
Definisi :
Energi : kemampuan untuk melakukan pekerjaan
Daya : banyaknya energi yang digunakan
Hukum Ohm, Energi dan Daya - By. Sudarma, SPd.SST.MT. 16
Satuan Energi dan Daya
Satuan energi W : Joule (J)
Satuan daya P : Watt (W)
Satu watt adalah banyaknya daya ketika satu joule energidigunakan dalam waktu satu detik
t
WP =
Hukum Ohm, Energi dan Daya - By. Sudarma, SPd.SST.MT. 17
Kilowatt-hour (kWh)
Alternatif lain untuk mengekspresikan satuan energi
Energi (kilowatt-hour) sama dengan daya (watt) dikalikan dengan waktu (jam)
Contoh :
Rekening listrik ditentukan berdasarkan banyaknyaenergi yang digunakan
Satuan yang paling praktis digunakan adalahkilowatt-hour Satu kilowatt-hour energi sama dengan 1000 Watt daya
yang digunakan selama 1 jam
Bola lampu sebesar 100W yang dinyalakan selama 10 jam akan menghabiskan energi sebesar 1 kWh.
Hukum Ohm, Energi dan Daya - By. Sudarma, SPd.SST.MT. 18
Contoh Power Rating Peralatan
Daftar power rating pada peralatan rumah tangga
2500Pemanas air
250Televisi
1800Refrigerator
800Oven microwave
1200Mesin cuci piring
4800Pengering pakaian
2Jam
1300Blow dryer
860Air conditioner
Power Rating (Watt)Peralatan
Hukum Ohm, Energi dan Daya - By. Sudarma, SPd.SST.MT. 19
Contoh Aplikasi kWh
Dalam waktu 24 jam, terdapat beberapa peralatan yang menyaladengan waktu sbb :
Air conditioner : 15 jam
Blow dryer : 10 menit
Jam : 24 jam
Pengering pakaian : 1 jam
Mesin cuci piring : 45 menit
Oven microwave : 15 menit
Refrigerator : 12 jam
Televisi : 2 jam
Pemanas air : 8 jam
Hitung total kilowatt-hour dan tagihan listrik selama 24 jamtersebut. Tarif per-kWh sebesar Rp. 500,-
Hukum Ohm, Energi dan Daya - By. Sudarma, SPd.SST.MT. 20
Jawaban Contoh Aplikasi kWh
Penentuan kWh :
Air conditioner : 0,860 kW x 15 jam = 12,9 kWh
Blow dryer : 1,3 kW x 10 mnt = 1,3 kW x 0,167 j = 0,217 kWh
Jam : 0,002 kW x 24 jam = 0,048 kWh
Pengering pakaian : 4,8 kW x 1 jam = 4,8 kWh
Mesin cuci piring : 1,2 kW x 45 mnt = 1,2 kW x 0,75 j = 0,9 kWh
Oven microwave : 0,8 kW x 15 mnt = 0,8 kW x 0,25 j = 0,2 kWh
Refrigerator : 1,8 kW x 12 jam = 21,6 kWh
Televisi : 0,25 kW x 2 jam = 0,5 kWh
Pemanas air : 2,5 kW x 8 jam = 20 kWh
Total kilowatt-hour selama 24 jam = 61,165 kWh
Tagihan listrik = 61,165 kWh x Rp. 500,- = Rp. 30.582,5,-
Hukum Ohm, Energi dan Daya - By. Sudarma, SPd.SST.MT. 21
Daya pada Rangkaian Listrik
Ketika arus melalui resistansi, terjadi tumbukan elektron yang menimbulkan panas
Terjadi konversi energi listrik menjadi energi termal
Terdapat sejumlah daya yang terdisipasi pada rangkaian listriksebesar :
atau
atau
RIP2=
R
V
R
VVVIP
2
=
==
VIIIRIRI
RIIRIP
===
×==
)()(
)(2
Ketiga persamaan daya ini disebut hukum Watt
Hukum Ohm, Energi dan Daya - By. Sudarma, SPd.SST.MT. 22
Contoh Aplikasi Daya
Hitung daya ketiga rangkaian berikut :
Hukum Ohm, Energi dan Daya - By. Sudarma, SPd.SST.MT. 23
Rating Daya Resistor
Hukum Ohm, Energi dan Daya - By. Sudarma, SPd.SST.MT. 24
Rating Daya
Rating daya adalah banyaknya daya maksimum yang dapatdidisipasi oleh resistor tanpa mengalami kerusakan akibat terlalupanas
Rating daya tidak bergantung pada nilai ohmic, tetapi padakomposisi fisik, ukuran dan bentuk resistor
Semakin besar luas penampang resistor, semakin besar daya yang dapat didisipasi
Luas penampang (surface area sama
dengan panjang (length) dikalikan
dengan keliling (circumference)
Hukum Ohm, Energi dan Daya - By. Sudarma, SPd.SST.MT. 25
Rating Daya Resistor
Metal-film resistor memilikirating daya 1/8W, 1/4W, 1/2W dan 1W
Wirewound resistor memilikipower rating lebih dari225W
Hukum Ohm, Energi dan Daya - By. Sudarma, SPd.SST.MT. 26
Memilih Rating Daya
Pada rangkaian, rating daya resistor harus lebih besar dari dayamaksimum yang akan dihadapi
Umumnya dipilih nilai yang lebih tinggi
Misalnya, pada suatu aplikasi suatu resistor mendisipasi 0,75W, makaratingnya harus lebih tinggi, yaitu 1W.
Pilih rating daya untuk setiap resistor berikut (1/8W, 1/4W, 1/2W atau 1W) :
Berarti dipilih resistor 1 W Dipilih resistor 1/8 W (0,125 W)
Hukum Ohm, Energi dan Daya - By. Sudarma, SPd.SST.MT. 27
Kegagalan Resistor
Ketika daya terdisipasi pada resistor melebihi ratingnya, resistor dapat menjadi terlalu panas (overheated) dan rusak
Tentukan apakah resistor dari setiap rangkaian berikutkemungkinan dapat rusak akibat overheating :
rusak rusaknormal
Hukum Ohm, Energi dan Daya - By. Sudarma, SPd.SST.MT. 28
Power Supply
Hukum Ohm, Energi dan Daya - By. Sudarma, SPd.SST.MT. 29
Power Supply
Blok diagram power
supply yang terhubungdengan beban (mis. bola lampu ataukomputer)
Menghasilkan tegangan pada kedua terminal output danmenyediakan arus ke beban
Hasil kali IVout adalah banyaknya daya yang dihasilkan power supply dan dikonsumsi oleh beban
Power supply dapat berbentuk batere hingga rangkaianelektronika yang teregulasi
Hukum Ohm, Energi dan Daya - By. Sudarma, SPd.SST.MT. 30
Rating Ampere-hour Batere
Batere memiliki kapasitas tertentu yang membatasi lamanya bateredapat menghasilkan daya ke rangkaian
Kapasitas diukur dalam ampere-hour (Ah)
Ampere-hour
Lamanya waktu yang dapat batere sediakan untuk memberikansejumlah arus ke beban pada tegangan tertentu
Satu ampere-hour berarti batere dapat menyediakan arus satu ampere ke beban selama satu jam pada tegangan tertentu
Batere yang sama dapat menyediakan arus dua ampere selamasetengah jam
Umumnya batere dijual dengan tingkat arus dan tegangan tertentu
Batere mobil 12V 70Ah pada 3,5 A = dapat men-supply selama 20 jam
Hukum Ohm, Energi dan Daya - By. Sudarma, SPd.SST.MT. 31
Troubleshooting
Hukum Ohm, Energi dan Daya - By. Sudarma, SPd.SST.MT. 32
Troubleshooting
Pengertian :
Aplikasi kemampuan berfikir logika, yang dikombinasikan dengan pengetahuan menyeluruhcara kerja suatu sistem, untuk memperbaiki bilaterjadi kerusakan pada sistem
Tiga langkah pendekatan dasar trobleshooting :
Analisis (analysis)
Perencanaan (planning)
Pengukuran (measuring)
Disebut pendekatan APM
Hukum Ohm, Energi dan Daya - By. Sudarma, SPd.SST.MT. 33
Analisis
Analisis
Analisis fakta atau gejala kegagalan.
Analisis dimulai dengan membuat pertanyaan :
Apakah rangkaian pernah berfungsi ?
Jika rangkaian pernah berfungsi, pada kondisi apa rangkaiantersebut gagal berfungsi ?
Apa gejala dari kegagalan ?
Apa penyebab kegagalan yang mungkin ?
Hukum Ohm, Energi dan Daya - By. Sudarma, SPd.SST.MT. 34
Perencanaan dan Pengukuran
Perencanaan
Memformulasikan rencana logis untuk mengatasimasalah
Bila rencana baik, akan banyak menghemat waktu Jika cara kerja rangkaian belum diketahui, pelajari diagram atau
skematik rangkaian, instruksi operasi dan informasi lain yang berkaitan.
Lebih baik lagi bila ada skematik dengan tanda tegangan padabeberapa test point
Pengukuran
Dilakukan untuk mempersempit alternatif kemungkinankegagalan yang mungkin
Hukum Ohm, Energi dan Daya - By. Sudarma, SPd.SST.MT. 35
Contoh Troubleshooting
Rangkaian lampu dekorasi
Terdiri dari 8 buah lampu yang tersusun seri, sumber tegangan120 V
Masalah yang terjadi :
Pada awalnya rangkaian bekerja dengan baik, tetapi sekarangtidak berfungsi sama sekali setelah dipindahkan ke lokasi baru
Hukum Ohm, Energi dan Daya - By. Sudarma, SPd.SST.MT. 36
Tahap Analisis
Analisis situasi : Rangkaian bekerja baik sebelum dipindahkan, masalah yang
mungkin adalah tidak ada tegangan pada lokasi yang baru
Kemungkinan ada kawat terputus ketika dipindahkan
Kemungkinan ada bola lampu yang terbakar atau terlepas darisoket-nya
Berdasarkan pemikiran ini, diperoleh berbagaikemungkinan penyebab dan kegagalan yang terjadi.
Proses berfikir dilanjutkan : Kenyataan rangkaian pernah bekerja menghilangkan
kemungkinan bahwa rangkaian tidak terangkai dengan baik
Jika kegagalan terjadi akibat ada jalur terbuka, dimungkinkanoleh adanya lebih dari satu kawat terbuka atau bola lamputerbakar
Hukum Ohm, Energi dan Daya - By. Sudarma, SPd.SST.MT. 37
Tahap Perencanaan
Pertama : ukur tegangan pada lokasi baru
Jika ada tegangan, masalah ada pada rangkaian lampu
Jika tidak ada tegangan, cek circuit breaker pada kotakdistribusi
Sebelum me-reset circuit breaker, pikirkan dahulu mengapabreaker mengalami ‘trip’
Misalkan, masalah pada rangkaian lampu
Kedua : memilih antara mengukur resistansi rangkaianatau mengukur tegangan lampu
Pemilihan berdasarkan kemudahan melakukan pengujian
Seringkali kita perlu menambahkan atau mengubah rencana ditengah jalan
Memilih mengukur resistansi lampu
Hukum Ohm, Energi dan Daya - By. Sudarma, SPd.SST.MT. 38
Tahap Pengukuran
Gunakan multimeter untuk mengukur tegangan padalokasi baru
Misalkan terukur 120 V
Kemungkinan tidak ada tegangan dihilangkan
Kemungkinan yang tersisa yaitu adanya jalur terbuka padarangkaian (lampu terbakar, soket lampu rusak, kawat putus)
Cari jalur terbuka tersebut dengan mengukur resistansimenggunakan multimeter
Gunakan metoda half-splitting
Mengukur resistansi setengah rangkaian, bukan resistansi setiaplampu
Dapat menghemat waktu dan tenaga
Hukum Ohm, Energi dan Daya - By. Sudarma, SPd.SST.MT. 39
Tahap Pengukuran
Metoda half-splitting
Hukum Ohm, Energi dan Daya - By. Sudarma, SPd.SST.MT. 40
Masalah pada Troubleshooting
Seringkali terjadi trobleshooting yang lebih rumit Tahap analisis dan perencanaan merupakan hal penting agar
troubleshooting dapat efektif
Setelah pengukuran dilakukan, seringkali perencanaan berubah
Pada beberapa kasus, biaya troubleshooting dan perbaikansebanding dengan biaya penggantian
Mengukur V, R atau I ? Mengukur tegangan : voltmeter dipasang paralel dengan
komponen → mudah dilakukan
Mengukur resistansi : hubungkan ohmmeter pada komponen, setelah komponen dilepas dari rangkaian → sulit
Mengukur arus : pasang ammeter seri dengan komponen, searah dengan jalur arus. Jalur harus dilepas dulu sebelummengukur → paling sulit dilakukan