3.2. Rangkaian
listrik
Peralatan listrik secara umum disebut sebagai beban/pemakai,
terhubung dengan sumber tegangan melalui suatu penghantar, yang terdiri atas
dua buah penghantar, yaitu penghantar masuk dan penghantar keluar (gambar 1.9).
Penanggung jawab adanya arus yaitu elektron-elektron bebas, bergerak dari
pembangkit tegangan kembali ke tempatnya semula melalui jalan yang tertutup,
yang biasa disebut sebagai rangkaian arus.
|
Rangkaian arus listrik sederhana terdiri atas pembangkit
tegangan, beban termasuk disini kabel penghubung (penghantar masuk dan
penghantar keluar).
|
Untuk diketahui bahwa :
|
Arus listrik hanya dapat mengalir dalam suatu
rangkaian penghantar tertutup.
|
Dengan memasang sebuah saklar pada
rangkaian, arus listrik dapat dihubung atau diputus sesuai keinginan.
Gambar
secara nyata suatu rangkaian arus sebagaimana ditunjukkan diatas terlihat
sangat rumit, dalam praktiknya digunakanlah skema dengan normalisasi simbol
yang sederhana, yang biasa dikenal sebagai diagram rangkaian. Skema menjelaskan
hubungan antara komponen-komponen yang ada pada suatu rangkaian.
|
Gambar 1.10
Skema rangkaian arus sederhana
|
 |
3.3. Arah
arus
3.3.1. Arah
arus elektron
Kita buat suatu rangkaian arus listrik
tertutup, dengan demikian didapatkan suatu proses sebagai berikut :
Pada
kutub negatip pembangkit tegangan (kelebihan elektron), elektron bebas pada
ujung penghantar didorong menuju beban. Pada kutub positip (kekurangan
elektron) elektron bebas pada ujung penghantar yang lain tertarik. Dengan
demikian secara umum terjadi arus elektron dengan arah tertentu.
 |
Gambar
1.11 Arah arus elektron
|
|
Arus elektron mengalir dari kutub negatip pembangkit
tegangan melalui beban menuju kutub positip.
|
3.3.2. Arah
arus secara teknik
Pengetahuan teori elektron zaman dulu
menduga bahwa sebagai penanggung jawab terhadap mekanisme penghantaran didalam
logam adalah pembawa muatan positip dan oleh karenanya arus mengalir dari kutub
positip melalui beban menuju kutub negatip. Jadi berlawanan dengan arus
elektron yang sebenarnya sebagaimana diutarakan dimuka. Meskipun pada saat ini
telah dibuktikan adanya kekeliruan anggapan pada mulanya, namun didalam teknik
listrik untuk praktisnya anggapan arah arus tersebut tetap dipertahankan.
Sehingga ditemui adanya perbedaan antara arah
arus elektron terhadap arah arus
secara teknik atau secara umum juga disebut arah arus.
|
Arus listrik mengalir dari kutub positip pembangkit
tegangan melalui beban menuju kutub negatip.
|
|
Gambar 1.12 Arah arus elektron dan
Arah arus secara teknik
|
 |
3.4. Kuat
arus
Semakin banyak elektron-elektron yang
mengalir melalui suatu penghantar dalam tiap detiknya, maka semakin besar pula
kekuatan arus listriknya, biasa disebut kuat
arus.
Arus
sebanyak 6,24 triliun elektron (6,24 • 1018) tiap detik pada luas
penampang penghantar, maka hal ini dikenal sebagai kuat arus 1 Ampere.
Dengan
demikian dapat dikatakan :
|
Ampere
adalah satuan dasar yang sah untuk kuat arus listrik
|
Sudah
menjadi kebiasaan dalam keteknikan, supaya lebih sederhana maka besaran-besaran
teknik seperti misalnya kuat arus diganti dengan simbol formula dan demikian pula untuk simbol nama satuan (simbol satuan).
Simbol
formula untuk kuat arus adalah I
Simbol
satuan untuk Ampere adalah A
Pembagian
dan kelipatan satuan :
|
1
kA = 1 Kiloampere = 1000 A = 103 A
1
mA = 1 Milliampere = 1/1000 A = 10-3 A
1
mA = 1 Mikroampere = 1/1000000 A = 10-6
A
|
Pada
“undang-undang tentang besaran dalam hal pengukuran” sejak 2 Juli 1969 kuat
arus listrik ditetapkan sebagai besaran
dasar dan untuk satuan dasar 1
Ampere didefinisikan dengan bantuan reaksi tenaga arus tersebut
Kuat
arus dalam teknik listrik berkisar pada jarak yang sangat luas :
Lampu pijar : 100 s.d. 1000 mA
Motor
listrik : 1 sampai 1000 A
Peleburan
: 10 s.d. 100 kA
Pesawat
telepon : beberapa mA
3.5. Muatan
listrik
Jumlah muatan elementer (biasanya pada
peristiwa kelistrikan turut serta bermilyar-milyar elektron dan dengan demikian
berarti muatan elementer) menghasilkan suatu muatan listrik tertentu (simbol formula 
).
).
Satuan
muatan listrik ditetapkan 1 Coulomb
(simbol C). Dalam hal ini berlaku :
1 C = 6,24 . 1018
muatan elementer
Sebelumnya
telah dijelaskan bahwa
|
berarti
: Kuat arus
|
 |
Kita
uraikan persamaan tersebut kedalam , sehingga
menjadi = I . t
, sehingga
menjadi = I . t
Dengan
demikian faktor-faktor yang mempengaruhi terjadinya muatan listrik ditentukan oleh arus I dan waktu t.
ditentukan oleh arus I dan waktu t.
Dalam
pada itu kita pasang arus I dalam A dan waktu t dalam s, sehingga
diperoleh satuan muatan listrik adalah 1 As, yang berarti sama dengan 1 C.
1
Coulomb = 1 Ampere sekon
|
1 C = 1 As
|
Contoh :
Sebuah
aki mobil diisi dengan 2,5 A.
Berapa
besarnya muatan listrik aki tersebut setelah waktu pengisian berlangsung selama
10 jam ?
Jawaban
:
= I . t = 2,5 A . 10 h = 25 Ah = 25 A .
3600 s = 90.000 As = 90.000 C
3.6 Rapat
arus didalam penghantar
|
Percobaan :
Kawat konstantan diameter 0,2 mm dan kawat konstantan lain
diameter 0,4 mm salah satu ujungnya dikopel, kedua ujung yang lain
dihubungkan ke auto trafo. Arus dinaikkan sedikit demi sedikit hingga kawat
mulai membara.
|
|
Gambar 1.13 Arus
pada penghantar dengan luas penampang berbeda
|
 |
Kawat
dengan luas penampang kecil telah membara, sementara itu kawat yang luas
penampangnya besar masih belum memperlihatkan reaksi panas.
Meskipun
pada kedua kawat mengalir arus yang sama, penghantar dengan luas penampang
kecil panasnya lebih kuat. Jadi untuk pemanasan kawat tidak hanya dipengaruhi
oleh arus saja tetapi juga oleh luas penampang kawat. Semakin rapat dorongan
arus didalam penghantar, semakin keras pula tumbukan yang terjadi antara
elektron dengan ion-ion atom, maka pemanasannya menjadi lebih kuat. Pemanasan
penghantar praktis tergantung pada kerapatan arus. Dari sinilah digunakan
istilah rapat arus (simbol S).
|
Rapat arus
|
 |
I
Arus dalam A
A Luas penampang dalam mm2
|
|
|
|
S Rapat arus dalam A/mm2
|
Satuan
rapat arus oleh karenanya adalah A/mm2
Pada
penentuan penghantar logam, kumparan dan komponen-komponen lain yang
berhubungan dengan pemanasan yang diijinkan pada komponen tersebut maka rapat
arus merupakan suatu besaran konstruksi yang penting.
Contoh
:
Sebuah
penghantar tembaga dengan luas penampang 2,5 mm2 sesuai PUIL boleh dibebani dengan 16 A.
Berapa
besarnya rapat arus pada penghantar tersebut ?
Jawaban
: 
A/mm2
A/mm2
 |
Gambar 1.14 Grafik arus searah
|
3.7. Macam-macam
arus
Secara prinsip dibedakan antara arus searah, arus
bolak-balik dan arus bergelombang (undulatory current).
Arus searah
Tegangan
yang bekerja pada rangkaian arus tertutup selalu dengan arah yang sama, maka
arus yang mengalir arahnya juga sama. Biasa disebut dengan arus searah (simbol normalisasi : ¾
).
|
Arus searah adalah arus listrik yang
mengalir dengan arah dan besar yang tetap/konstan.
|
Berarti bahwa pembawa muatannya bergerak dengan arah tertentu.
Grafik arus fungsi waktu (grafik garis)
Besarnya
arus pada saat yang berbeda diperlihatkan pada suatu grafik (grafik arus fungsi
waktu). Untuk maksud ini sumbu horisontal sebagai waktu (misal 1s, 2s, 3s dst.)
dan sumbu vertikal sebagai arusnya (misal 1A, 2A, 3A dst.)
Besarnya
arus yang sekarang ditetapkan pada 1, 2 atau 3 sekon, untuk masing-masing waktu
yang berlaku ditarik garis lurus keatas atau kebawah (lihat gambar 1.14). Kita
hubungkan titik yang sesuai dengan suatu garis, dengan demikian maka didapatkan
suatu grafik arus fungsi waktu (grafik
garis). Gambar grafik seperti ini dapat dibuat secara jelas dengan suatu
oscilloscope.
Arus bolak-balik
Tegangan
pada suatu rangkaian arus, arahnya berubah-ubah dengan suatu irama/ritme
tertentu, dengan demikian maka arah dan besarnya arus selalu berubah-ubah pula.
Biasa disebut arus bolak-balik (simbol
normalisasi : ~
).
|
Arus bolak-balik adalah arus yang
secara periodik berubah-ubah baik arah maupun besarnya.
|
Berarti
bahwa elektron bebasnya bergerak maju dan mundur.
|
Gambar
1.15
Grafik arus
bolak-balik
|
 |
Disini
pada arus bolak-balik, sebagaimana digunakan didalam praktik, arahnya selalu
berubah-ubah (misalnya 50 kali tiap sekon), elektron-elektron didalam
penghantar kawat hanya sedikit berayun/bergerak maju dan mundur.
Arus
bergelombang
Suatu
arus yang besarnya selalu berubah, tetapi arah arus tersebut tetap konstan,
maka dalam hal ini berhubungan dengan suatu arus yang terdiri atas sebagian
arus searah dan sebagian yang lain berupa arus bolak-balik. Biasa disebut
sebagai arus bergelombang (undulatory
current).
|
Arus bergelombang adalah suatu arus
yang terdiri atas sebagian arus searah dan sebagian arus bolak-balik.
|
Salah satu bentuk lain dari arus bergelombang yang sering ditemukan
dalam praktik yaitu berupa pulsa arus searah (lihat gambar 1.16a)
3.8. Reaksi
arus listrik
Arus hanya dapat diketahui dan ditetapkan melalui reaksi
atau efek yang ditimbulkannya.
Reaksi panas
|
Arus
listrik selalu memanasi penghantarnya.
|
Didalam
kawat logam misalnya, elektron-elektron saling bertumbukan dengan ion-ion atom,
bersamaan dengan itu elektron tersebut memberikan sebagian energi geraknya
kepada ion-ion atom dan memperkuat asutan panas ion-ion atom, yang berhubungan
dengan kenaikan temperatur.
Penggunaan
reaksi panas arus listrik ini misalnya pada open pemanas, solder, kompor,
seterika dan sekering lebur.
Reaksi cahaya
Pada
lampu pijar reaksi panas arus listrik mengakibatkan kawat membara dan dengan
demikian menjadi bersinar, artinya sebagai efek samping dari cahaya.
|
Gas
seperti neon, argon atau uap mercury dipicu/diprakarsai oleh arus listrik
sehingga menjadi bersinar.
|
Reaksi cahaya secara langsung ini ditemukan pada penggunaan tabung
cahaya, lampu mercury, lampu neon dan lampu indikator (negative glow lamp).
Reaksi kemagnitan
|
Percobaan
:
Suatu
magnit jarum diletakkan dekat dengan penghantar yang berarus.
|
 |
Gambar 1.17
Reaksi kemagnitan arus listrik
|
Perhatikan
: Jarum magnit disimpangkan !
|
Arus
listrik selalu membangkitkan medan magnit.
|
Medan
magnit melaksanakan suatu tenaga tarik terhadap besi. Medan magnit saling
berpengaruh satu sama lain dan saling tolak-menolak atau tarik-menarik.
Penggunaan
reaksi kemagnitan seperti ini misalnya pada motor listrik, speaker, alat ukur,
pengangkat/kerekan magnit, bel, relay dan kontaktor.
Reaksi kimia arus listrik
|
Percobaan :
Dua buah kawat dihubungkan ke sumber
tegangan arus searah (misalnya akkumulator) dan ujung-ujung yang bersih
dimasukkan kedalam bejana berisi air, yang sedikit mengandung asam (misalnya
ditambah asam belerang)
|
|
Gambar 1.18
Reaksi kimia arus listrik
|
 |
Pada
kedua kawat terbentuk gas-gas yang naik keatas. Hal tersebut berhubungan dengan
hidrogen dan oksigen. Hidrogen dan oksigen merupakan unsur-unsur kimia dari
air. Jadi air terurai dengan perantaraan arus listrik.
|
Arus listrik menguraikan zat cair
yang bersifat penghantar.
|
Penggunaan reaksi kimia arus listrik yaitu dapat ditemukan pada
elektrolisa, pada galvanisasi, pada pengisian akkumulator.
Reaksi pada makhluk hidup
Dengan
persyaratan tertentu, misalkan seseorang menyentuh dua buah penghantar listrik
tanpa isolasi, maka arus dapat mengalir melalui tubuh manusia. Arus listrik
tersebut membangkitkan atau bahkan menimbulkan “sentakan/sengatan listrik”
Pada
penyembuhan secara listrik, arus digunakan untuk memberikan kejutan listrik
(electro shock).
4. Tegangan listrik
Elektron-elektron untuk bergeraknya
memerlukan suatu mesin penggerak, yang mirip dengan sebuah pompa, dimana pada
salah satu sisi rangkaian listrik elektron-elektronnya “didorong kedalam”,
bersamaan dengan itu pada sisi yang lain “menarik” elektron-elektron. Mesin ini
selanjutnya disebut sebagai pembangkit
tegangan atau sumber tegangan.
Dengan
demikian pada salah satu klem dari sumber tegangan kelebihan elektron (kutub -),
klem yang lainnya kekurangan elektron
(kutub +).
Maka antara kedua klem terdapat suatu perbedaan
penempatan elektron. Keadaan seperti ini dikenal sebagai tegangan (lihat
gambar 1.19).
|
Tegangan listrik U adalah merupakan
perbedaan penempatan elektron-elektron antara dua buah titik.
|
|
Gambar
1.19 Sumber tegangan
|
 |
Satuan
SI yang ditetapkan untuk tegangan adalah Volt
Simbol
formula untuk tegangan adalah U
Simbol
satuan untuk Volt adalah V
Pembagian
dan kelipatan satuan :
|
1
MV = 1 Megavolt = 1000000 V
= 106 V
1
kV = 1 Kilovolt = 1000 V = 103 V
1
mV = 1 Millivolt = 1/1000 V = 10-3 V
1
mV = 1 Mikrovolt = 1/1000000 V = 10-6 V
|
Ketetapan satuan
SI untuk 1V didefinisikan dengan bantuan
daya listrik.
Pada rangkaian
listrik dibedakan beberapa macam tegangan, yaitu tegangan sumber dan tegangan
jatuh (lihat gambar 1.20).
|
Gambar 1.20
Tegangan sumber dan tegangan jatuh pada suatu rangkaian
|
 |
|
Tegangan sumber
(simbol Us) adalah tegangan yang dibangkitkan didalam sumber tegangan.
|
Dan
dengan demikian maka tegangan sumber merupakan penyebab atas terjadinya aliran
arus.
Tegangan
sumber didistribusikan ke seluruh rangkaian listrik dan digunakan pada
masing-masing beban. Serta disebut juga sebagai : "Tegangan jatuh pada
beban."
Dari gambar 1.20, antara dua titik yang manapun pada rangkaian arus,
misal antara titik 1 dan 2 atau antara titik 2 dan 3, maka hanya merupakan
sebagian tegangan sumber yang efektip. Bagian tegangan ini disebut tegangan
jatuh atau tegangan saja.
|
Tegangan jatuh atau
secara umum tegangan (simbol U)
adalah tegangan yang digunakan pada beban.
|
4.1. Potensial
Kita tempatkan elektron-elektron pada
bola logam berlawanan dengan bumi, maka antara bola dan bumi terdapat perbedaan
penempatan elektron-elektron, yang berarti suatu tegangan.
|
Tegangan
antara benda padat yang bermuatan dengan bumi atau titik apa saja yang
direkomendasi disebut potensial
(simbol : j).
|
Satuan potensial
adalah juga Volt. Tetapi sebagai simbol formula untuk potensial digunakan huruf
Yunani j (baca : phi).
Bumi
mempunyai potensial j = 0 V.
 |
Gambar
1.21 Potensial
|
Potensial
bola menjadi positip terhadap bumi, jika elektron-elektron bola diambil (misal j1
= +10 V, lihat gambar 1.21).
Potensial
bola menjadi negatip terhadap bumi, jika ditambahkan elektron-elektron pada
bola (misal j2
= -3
V).
|
Potensial
selalu mempunyai tanda.
|
Jika
suatu bola j1
= +10 V dan yang lain j2
= -3
V (gambar 1.21), maka antara dua buah bola tersebut terdapat suatu perbedaan
penempatan elektron-elektron dan dengan demikian maka besarnya tegangan dapat
ditentukan dengan aturan sebagai berikut :
U = j1 -
j2
= +10 V -(-3
V) = +10 V + 3 V = 13 V
Dalam
hal ini bola bermuatan positip dibuat dengan tanda kutub plus dan bola
bermuatan negatip dengan kutub minus.
|
Gambar 1.22 Potensial
dan tegangan
|
 |
|
Suatu
tegangan antara dua buah titik dinyatakan sebagai perbedaan potensial
titik-titik tersebut.
Tegangan
= perbedaan potensial (potensial difference)
|
Contoh :
Dua buah titik pada suatu rangkaian
arus terdapat potensial j1
= +10 V dan j2
= +5 V.
Berapa besarnya tegangan antara kedua
titik tersebut ?
Jawaban
: U
= j1
-
j2
= 10 V -
5 V = 5 V
4.2. Arah
tegangan
Tegangan selalu mempunyai arah reaksi
tertentu, yang dapat digambarkan melalui suatu anak panah tegangan. Normalisasi
anak panah tegangan untuk arah tegangan positip ditunjukkan dari potensial
tinggi (misalnya kutub plus) menuju ke potensial rendah (misal kutub minus), dalam
hal ini memperlihatkan potensial tingginya adalah positip dan potensial
rendahnya adalah negatip.
Contoh
:
Pada
gambar 1.23 diberikan bermacam-macam potensial. Bagaimana arah masing-masing
tegangan ?
|
Gambar 1.23 Anak panah tegangan pada potensial yang
diberikan
|
 |
Untuk
menentukan rangkaian arus sangatlah tepat menggunakan normalisasi ketetapan
arah tersebut.
Pada
pelaksanaan praktiknya hal ini berarti :
Anak
panah tegangan untuk sumber tegangan adalah mengarah dari kutub plus menuju ke
kutub minus.
Anak
panah tegangan untuk tegangan jatuh adalah searah dengan arah arus secara
teknik, disini arus selalu mengalir dari potensial tinggi menuju ke potensial
rendah (gambar 1.24).
5. Tahanan
listrik (Resistor)
Gerakan pembawa muatan dengan arah
tertentu di bagian dalam suatu penghantar terhambat oleh terjadinya tumbukan
dengan atom-atom (ion-ion atom) dari bahan penghantar tersebut.
"Perlawanan" penghantar terhadap pelepasan arus inilah disebut sebagai
tahanan (gambar 1.25).
|
Gambar 1.25
Gerakan elektron didalam penghantar logam
|
 |
Satuan
SI yang ditetapkan untuk tahanan listrik adalah Ohm.
Simbol
formula untuk tahanan listrik adalah R
Simbol
satuan untuk Ohm yaitu W (baca: Ohm). W
adalah huruf Yunani Omega.
Satuan
SI yang ditetapkan 1 W didefinisikan dengan aturan sbb. :
1
Ohm adalah sama dengan tahanan yang dengan perantaraan tegangan 1 V mengalir
kuat arus sebesar 1 A.
Pembagian
dan kelipatan satuan :
|
1
MW
= 1 Megaohm = 1000000 W = 106 W
1
kW = 1 Kiloohm =
1000 W = 103 W
1
mW
= 1 Milliohm = 1/1000 W = 10-3 W
|
5.1. Tahanan
jenis (spesifikasi tahanan)
|
Percobaan :
Penghantar bermacam-macam bahan
(tembaga, alumunium, besi baja) dengan panjang dan luas penampang sama
berturut-turut dihubung ke sumber tegangan melalui sebuah ampermeter dan
masing-masing kuat arus (simpangan jarum) diperbandingkan.
|
Percobaan
memperlihatkan bahwa besarnya arus listrik masing-masing bahan berlawanan
dengan tahanannya. Tahanan ini tergantung pada susunan bagian dalam bahan yang
bersangkutan (kerapatan atom dan jumlah elektron bebas) dan disebut sebagai tahanan jenis (spesifikasi tahanan).
 |
Gambar 1.26
Perbandingan tahanan suatu penghantar:
a) Tembaga
b) Alumunium
c) Besi baja
|
Simbol
formula untuk tahanan jenis adalah r
(baca: rho). r
adalah huruf abjad Yunani.
Untuk
dapat membandingkan bermacam-macam bahan, perlu bertitik tolak pada kawat
dengan panjang 1 m dan luas penampang 1 mm2, dalam hal ini tahanan
diukur pada suhu 20 OC.
|
Tahanan jenis suatu bahan penghantar
menunjukkan bahwa angka yang tertera adalah sesuai dengan nilai tahanannya
untuk panjang 1 m, luas penampang 1 mm2 dan pada temperatur 20 OC
|
Satuan
tahanan jenis adalah 
Sebagai
contoh, besarnya tahanan jenis untuk :
tembaga r
= 0,0178 W.mm2/m
alumunium r
= 0,0278 W.mm2/m
perak r
= 0,016 W.mm2/m
Untuk
nilai yang lain dapat dilihat pada tabel (lihat lampiran 1)
5.2. Tahanan listrik suatu penghantar
|
Percobaan :
Bermacam-macam penghantar
berturut-turut dihubungkan ke sumber tegangan melalui sebuah ampermeter dan
masing-masing kuat arus (simpangan jarum) diperbandingkan.
|
a) Panjang
penghantar berbeda
Gambar 1.27 Rangkaian arus dengan panjang penghantar
berbeda
b) Luas penampang
berbeda
Gambar 1.28 Rangkaian arus dengan luas penampang
penghantar berbeda
c) Bahan penghantar
berbeda
Gambar 1.29 Rangkaian arus dengan bahan penghantar berbeda
Dari percobaan diatas terlihat bahwa :
Tahanan listrik suatu penghantar R
semakin besar,
a)
jika penghantar l semakin panjang
b)
jika luas penampang A semakin kecil
c)
jika tahanan jenis r semakin besar.
Ketergantungan
tahanan terhadap panjang penghantar dapat dijelaskan disini, bahwa gerakan
elektron didalam penghantar yang lebih panjang mendapat rintangan lebih kuat
dibanding pada penghantar yang lebih pendek.
Dalam
hal jumlah elektron-elektron yang bergerak dengan jumlah sama, maka pada penghantar
dengan luas penampang lebih kecil terjadi tumbukan yang lebih banyak, berarti
tahanannya bertambah.
Bahan
dengan tahanan jenis lebih besar, maka jarak atomnya lebih kecil dan jumlah
elektron-elektron bebasnya lebih sedikit, sehingga menghasilkan tahanan listrik
yang lebih besar.
Ketergantungan
tahanan listrik tersebut dapat diringkas dalam bentuk rumus sebagai berikut :
Ditulis
dengan simbol formula :
|
Tahanan
penghantar
|
 |
R tahanan
penghantar dalam W
r tahanan jenis dalam W.mm2/m
l panjang penghantar dalam m
|
|
|
|
A
luas penampang dalam mm2
|
Persamaan
diatas dapat ditransfer kedalam bermacam-macam besaran.
Dengan
demikian secara perhitungan dimungkinkan juga untuk menentukan panjang
penghantar, tahanan jenis dan luas penampang.
|
Panjang
penghantar
|
 |
|
Tahanan
jenis
|
 |
|
Luas
penampang
|
 |
Melalui
penempatan satuan kedalam persamaan tahanan jenis, maka diperoleh satuan
tahanan jenis.
Contoh
soal :
1. Suatu penghantar dengan luas
penampang 10 mm2.
Berapa besarnya tahanan untuk panjang
500 m, jika digunakan penghantar a)
tembaga
b) alumunium ?
Diketahui : A = 10 mm2
l
= 500 m
rCu
= 0,0178 W.mm2/m
rAl = 0,0278 W.mm2/m
Hitunglah : Rcu , RAl
Jawab :
a) 
b) 
2. Kawat baja 250 m dan luas penampang
1 mm2 mempunyai tahanan 35 W
Berapa besarnya tahanan jenis kawat tersebut ?
Diketahui : l = 250 m
A = 1 mm2
R =
35 W.
Hitunglah : r
Jawab : 
3. Sebuah jamper
alat ukur panjang 12 m terbuat dari kawat tembaga berisolasi dan harus
mempunyai tahanan 0,0356 W.
Berapa besarnya luas penampang
penghantar tersebut ?
Diketahui : l
= 12 m
R = 0,0356 W
rCu
= 0,0178 W.mm2/m
Hitunglah
: A
Jawab : 
5.3. Daya
hantar dan hantar jenis
Suatu
beban dengan tahanan yang kecil menghantarkan arus listrik dengan baik.
Dikatakan : “dia memiliki daya hantar
yang besar”.
Daya
hantar yang besar sepadan dengan tahanan yang kecil dan sebaliknya daya hantar
kecil sepadan dengan tahanan besar.
|
Daya hantar adalah kebalikan tahanan
|
Satuan
SI yang ditetapkan untuk daya hantar adalah Siemens.
Simbol
formula untuk daya hantar adalah G.
Simbol
satuan untuk Siemens adalah S.
|
Daya
hantar
|
 |
G
daya hantar listrik dalam S
|
|
Tahanan
|
 |
R
tahanan listrik dalam W
|
Nilai yang lebih kecil :
|
1 mS = 1 Millisiemens = 10-3 S
1 mS = 1 Mikrosiemens = 10-6 S
|
Suatu
bahan penghantar dengan tahanan jenis kecil menghantarkan arus listrik dengan
baik, dia sanggup menghantarkan dengan sangat baik. Hal ini disebut sebagai
besaran hantar jenis atau besaran spesifikasi daya hantar dari bahan.
Analog
dengan daya hantar dapat ditetapkan disini :
|
Hantar jenis adalah kebalikan tahanan
jenis.
|
Satuan
untuk hantar jenis adalah 
Simbol
formula untuk hantar jenis adalah g
(baca gamma). g
adalah huruf abjad Yunani.
|
Hantar jenis
|
 |
g hantar jenis dalam
 |
|
Tahanan jenis
|
 |
r tahanan jenis dalam
 |
Untuk
beberapa pemikiran sangatlah tepat, menghitung dengan menggunakan daya hantar
ataupun hantar jenis.
Dengan
bantuan hantar jenis (spesifikasi daya hantar) diperoleh rumus perhitungan
untuk tahanan kawat sebagai berikut :
|
Tahanan
penghantar
|
 |
R
tahanan penghantar dalam W
g hantar jenis dalam m/W.mm2
|
|
|
|
l panjang penghantar dalam m
A
luas penampang dalam mm2
|
Contoh : 1. Berapa besarnya daya hantar untuk tahanan berikut ini :
5 W; 0,2 W;
100 W
?
2. Berapa besarnya hantar jenis perak,
tembaga dan alumunium jika sebagai tahanan jenis berturut-turut terdapat nilai
sbb. :
r
tembaga = 0,0178 W.mm2/m.
r
alumunium = 0,0278W.mm2/m.
r
perak = 0,016 W.mm2/m.
Jawaban : 
5.4. Tahanan
tergantung pada suhu
|
Percobaan :
Sebuah lampu pijar dihubungkan ke
sumber tegangan berturut-turut melalui bermacam-macam bahan penghantar
(tembaga, arang, konstantan). Setiap penghantar dipanasi dan cahaya lampu
diperbandingkan sebelum dan setelah pemanasan.
|
Secara
umum diketahui :
|
Tahanan semua bahan sedikit banyak
tergantung pada suhu.
|
a) Penghantar tembaga
Gambar 1.30 Ketergantungan suatu penghantar tembaga terhadap suhu.
b) Penghantar arang (isi pensil)
Gambar 1.31 Ketergantungan suatu penghantar arang terhadap suhu.
c) Konstantan
Gambar 1.32 Ketergantungan suatu penghantar konstantan terhadap suhu.
Percobaan memperlihatkan secara rinci :
|
1.
Kawat logam yang terbuat dari tembaga dan alumunium pada pemanasan tahanannya bertambah.
2.
Yang terbuat dari arang, pada
pemanasan nilai tahanannya berkurang.
3.
Tahanan kawat konstantan hampir tetap
konstan.
|
Bahan
yang dalam kondisi dingin menghantarkan arus dengan lebih baik dari pada dalam
kondisi panas, disebut penghantar dingin.
Termasuk kelompok ini yaitu praktis semua logam murni dan beberapa bahan
semi penghantar.
Bahan
yang dalam kondisi panas menghantarkan arus dengan lebih baik dari pada dalam
kondisi dingin, disebut penghantar panas.
Termasuk disini yaitu arang, sebagian besar bahan semi penghantar dan oksida
logam tertentu.
Sebagian
logam pada pendinginan mendekati titik nol absolut (-273,2 OC)
tahanannya menghilang dengan sangat tiba-tiba yaitu praktis pada nilai nol.
Maka bahan seperti ini menghantarkan arus dengan “sangat baik”. Oleh karena itu
disebut penghantar super (super
conductor). Termasuk dalam kelompok ini yaitu alumunium, tin (timah), timbel
(timah hitam), air raksa, niob (columbium).
Perlu
diperhatikan, bahwa untuk perbedaan temperatur menggunakan satuan Kelvin (K)
dan tidak lagi derajat Celsius (OC). Ini tidak menimbulkan
kesulitan, karena perbedaan temperatur 1OC sama dengan perbedaan
temperatur 1 K. Sejalan dengan hal tersebut satuan OC untuk
menyatakan temperatur dapat terus digunakan.
Contoh
:
1.
Temperatur penghantar tembaga berubah
sekitar 20 K (bukan 20 OC).
2.
Temperatur lilitan motor sebesar 20 OC.
Untuk ini dapat juga dikatakan : 293 K, disini 0 OC senilai dengan
273 K atau 0 K sesuai dengan -273 OC.
Reaksi
penghantar dingin dapat diterangkan, bahwa pada asutan panas yang lebih kuat
atas atom-atom didalam kisi-kisi kristal, lebih besar pula tumbukan
elektron-elektron yang bergerak dengan atom-atom (ion-ion atom) sehingga
memberikan tahanan yang lebih besar. (gambar 1.33)
 |
Gambar 1.33
Tahanan pada penghantar logam yang dipanaskan
|
Reaksi penghantar panas berdasarkan, bahwasanya pada pemanasan
elektron-elektron ekstra (tambahan) menjadi bebas dan tergabung pada gerakan
yang terarah. Hal ini berarti pengurangan tahanan.
Pada
konstantan melalui pemanasan seperti pada penghantar dingin terjadi suatu pengereman
pembawa muatan, tetapi seperti juga pada penghantar panas, elektron-elektron
ekstra menjadi bebas. Kedua reaksi tersebut cukup saling menetralisir.
Perubahan
tahanan melalui pemanasan untuk
masing-masing bahan berbeda. Karakteristik bermacam-macam bahan ditetapkan
melalui koefisien temperatur.
Simbol
: a (alpha)
Satuan
: 
|
Koefisien temperatur a
menunjukkan perubahan tahanan untuk tahanan sebesar 1W
pada pemanasan 1 K.
|
Pada
perhitungan sering digunakan koefisien temperatur dalam 
.
.
Bahan
yang pada pemanasan nilai tahanannya berkurang, mempunyai koefisien temperatur
negatip.
Beberapa
contoh koefisien temperatur (berlaku untuk perubahan temperatur mulai dari suhu
20 OC) sbb :
Tembaga
a =
0,0039 = 0,39
= 0,39
Alumunium a =
0,0037 = 0,37
= 0,37
Wolfram a =
0,0041 = 0,41
= 0,41
Nikelin
a =
0,00023 = 0,023
= 0,023
Mangan a = ±
0,00001 = ±
0,001
= ±
0,001
Konstantan a = -
0,00003 = -
0,003
= -
0,003
Karbon murni
a = -
0,00045 = -
0,045
= -
0,045
Pada
logam murni (tembaga, alumunium, wolfram) besarnya koefisien temperatur
kira-kira 0,4 , artinya setiap K kenaikan temperatur tahanannya bertambah
0,4 %
, artinya setiap K kenaikan temperatur tahanannya bertambah
0,4 %
Menunjuk
pada lampu pijar, yang didalamnya menggunakan kawat wolfram, dalam
operasionalnya merupakan suatu tahanan panas, yang bisa mencapai 15 kali lebih
besar dari pada tahanan dingin (pada kondisi dingin).
Pada
logam campuran tertentu (nikelin, manganin, konstantan) koefisien temperaturnya
sangat kecil. Bahan ini sangat cocok untuk tahanan alat ukur.
Perubahan
tahanan DR
(baca: delta R) suatu penghantar untuk :
tahanan 1W
dan perubahan temperatur 1K
besarnya DR
= a
Ohm
tahanan 1W
dan perubahan temperatur 2K besarnya DR
= 2 . a
Ohm
tahanan 1W
dan perubahan temperatur DJK
besarnya DR
= a
. DJ
Ohm
tahanan
RW
dan perubahan temperatur DJK
besarnya DR
= a
. DJ
. R Ohm
D
(baca: delta) adalah suatu huruf Yunani dan digunakan disini sebagai simbol
formula untuk perbedaan.
J
(baca: theta) adalah juga suatu huruf Yunani dan digunakan disini sebagai
simbol formula untuk temperatur.
Gambar
1.34 Perubahan tahanan
Dengan demikian berlaku :
|
Perubahan tahanan
|
DR
= a
. DJ
. Rd
|
DR perubahan tahanan dalam W
|
|
|
|
Rd tahanan dingin pd. 20 oC dlm. W
|
|
|
|
a koefisien temperatur dalam 1/K
|
|
|
|
DJ kenaikan temperatur dalam K
|
Tahanan
panas yang baru Rp terdiri atas tahanan dingin Rd dan
perubahan tahanan DR.
|
Tahanan panas
|
Rp
= Rd + DR
|
Rp tahanan panas dalam W
|
|
|
Rp
= Rd + a . DJ
. Rd
|
|
Melalui penjabaran formula diperoleh :
|
Kenaikan temperatur
|
 |
Persamaan
tersebut diatas berlaku untuk kenaikan temperatur hingga kira-kira 200 oC.
Pada kenaikan temperatur yang melebihi 200 oC, harus diperhatikan
faktor-faktor lainnya.
Pemakaian
perubahan tahanan ditemukan pada penyelidikan pemanasan lilitan termasuk juga
untuk tujuan pengukuran dan pengaturan.
Contoh:
1. Lilitan tembaga suatu mesin pada
suhu 20 oC terukur tahan-annya serbesar 30 W.
Selama beroperasi temperatur tahan-annya naik menjadi 80 oC.
Berapa sekarang besarnya tahanan
kumparan ?
Diketahui: Rd = 30 W; J1
= 20 oC; J2
= 80 oC; a
= 0,0039 1/K
Hitunglah: Rp
Jawaban: Rp = Rd + a
. DJ
. Rd
Rp = 30 W
+ 0,0039 1/K . 60 K . 30 W
= 30 W
+ 7,02 W
= 37,02 W
2. Lilitan alumunium suatu trafo satu
phasa pada suhu 20 oC mempunyai tahanan sebesar 5 W
Temperaturnya meningkat berapa Kelvin, jika setelah beberapa
jam beroperasi diukur tahanannya sebesar 6,3 W
?
Diketahui: Rd = 5 W; J1
= 20 oC;
Rp = 6,3 W; a
= 0,0037 1/K
Hitunglah: DJ
|
Jawaban:
|
|
|
|
|
 |
|
Lampiran
1
Tabel
: Tahanan jenis r (r = 1/g)
Hantar jenis g (g = 1/r)
Koefisien
temperatur a (temperatur 20 OC)
|
Bahan
|
Simbol
|
r
W.mm2/m
|
g
m/W.mm2
|
a
1/K
|
|
Perak
Tembaga
Alumunium
|
Ag
Cu
Al
|
0,016
0,0178
0,0278
|
62,5
56
36
|
0,0038
0,0039
0,0037
|
|
Wolfram
Seng
Kuningan
|
W
Zn
-
|
0,055
0,063
0,08
|
18
16
12,5
|
0,0041
0,0037
0,0015
|
|
Nikel
Platina
Tin (timah)
|
Ni
Pt
Sn
|
0,1
0,1
0,11
|
10
10
9,1
|
0,005
0,0025
0,0042
|
|
Besi
Timah
hitam (timbel)
Air raksa
|
Fe
Pb
Hg
|
0,13
0,21
0,95
|
7,7
4,8
1,05
|
0,005
0,0042
0,00092
|
|
Perak (baru)
Mangan
|
Ag
Mn
|
0,30
0,43
|
3,3
2,3
|
0,00025
±0,00001
|
|
Konstantan
Baja cromnikel
|
-
-
|
0,49
1,0
|
2,04
1,0
|
-0,00003
0,00025
|
|
Arang
(karbon)
|
C
|
50
s.d. 100
|
0,02
s.d. 0,01
|
-0,00003
|
|
Siliziumkarbid
Gelas (kaca)
Porselen
|
-
-
-
|
1000
1
. 1016
5
. 1018
|
0,001
1
. 10-16
5
. 10-19
|
-0,0005
-
-
|
Lembar Latihan/Evaluasi
1. Tersusun oleh apakah suatu atom ?
2. Apa yang dimaksud dengan elektron valensi ?
3. Apa yang dimaksud dengan pembawa muatan ?
4. Apa
yang menarik perhatian kita atas susunan suatu atom netral ?
5. Apa yang dimaksud dengan muatan elementer ?
6. Bagaimana reaksi muatan-muatan satu sama
lain ?
7. Bilamana kita bicara tentang ion-ion ?
8. Apa yang dimaksud dengan arus listrik ?
9. Pembawa
muatan manakah yang menentukan adanya arus didalam logam dan yang mana untuk
didalam elektrolit ?
10. Apa
yang dimaksud dengan elektron bebas ?
11. Dengan kecepatan berapa suatu impuls listrik
menyebar didalam sebuah penghantar ?
12. Apa
perbedaan secara prinsip antara penghantar listrik, bukan penghantar dan semi
penghantar ?
13. Sebutkan beberapa bahan penghantar !
14. Apa
yang dimaksud dengan bahan isolasi listrik ? Sebutkan beberapa diantaranya !
15. Rangkaian
arus listrik terdiri atas komponen apa saja ?
16. Bagaimana
arah arus secara teknik ditetapkan ?
17. Apa
satuan dan simbol kuat arus listrik ?
18. Apa
satuan muatan listrik ?
19. Mengapa
penghantar dipaparkan dengan berdasar pada rapat arus ?
20. Apa
perbedaan arus searah dan arus bolak-balik ?
21. Sebutkan
reaksi arus listrik terpenting dan berikan contoh praktisnya !
22. Apa
yang dimaksud dengan grafik garis ?
23. Berapakah
besarnya 0,1 A; 0,006 A; 2,5 A bila ditransfer kedalam mA ?
24. Berapakah
besarnya 0,0025 A; 5 mA; 0,025 A bila ditransfer kedalam mA
?
25. Sebuah
akkumulator dapat memberikan muatan listrik sebesar 24 Ah.
Berapa hari akkumulator tersebut dapat tetap terhubung pada
instalasi alarm, jika dia harus terus-menerus memberikan arus sebesar 0,2 A ?
26. Dalam
waktu 10 h suatu muatan sebanyak 250 Ah terdorong melalui suatu penghantar.
Berapa besarnya kuat arus rata-rata
mengalir didalam penghantar ?
27. Didalam
kumparan kawat alumunium dengan luas penampang 0,5 mm2, rapat arus
yang diijinkan adalah sebesar 2 A/mm2. Berapa besarnya arus
operasional yang diperbolehkan ?
28. Bagaimana
simbol formula dan satuan untuk tegangan listrik ?
29. Bagaimana
tegangan dapat diterangkan ?
30. Bagaimana
membedakan tegangan sumber dan tegangan jatuh ?
31. Apa
yang dimaksud dengan potensial listrik ?
32. Bagaimana menentukan besarnya tegangan antara dua buah titik dengan
potensial tertentu ?
33. Bagaimana ketetapan arah tegangan positip dan bagaimana hal tersebut
digambarkan ?
34. Berapa
V besarnya 1500 mV; 550 mV; 2,5 kV ?
35. Berapa
mV besarnya 0,2 V; 0,0035 V; 15 V ?
36. Apa
yang dimaksud dengan tahanan listrik ?
37. Bagaimana
simbol formula dan satuan untuk tahanan listrik ?
38. Kapan
sebuah penghantar mempunyai tahanan 1 W
39. Apa
yang dimaksud dengan tahanan jenis ?
40. Bagaimana
satuan tahanan jenis ?
41. Bagaimana
perubahan tahanan suatu penghantar, jika a) luas penampang menjadi setengahnya,
b) panjangnya tiga kali lipat, c) bahannya semula tembaga diganti dengan
alumunium ?
42. Coba
jabarkan asal mula satuan tahanan jenis !
43. Bagaimana
hubungan antara daya hantar dan tahanan ?
44. Bagaimana
simbol formula dan satuan untuk daya hantar listrik ?
45. Bagaimana
hantar jenis dapat ditentukan dari tahanan jenis yang sudah diketahui ?
46. Berapa
W
besarnya 0,05 MW;
2,5 kW;
450 mW
?
47. Berapa
besarnya tahanan suatu untaian tembaga panjang 5 m dengan luas penampang 0,8 mm2
?
48. Berapa
besarnya tahanan suatu baja elektroda pentanahan yang panjangnya 150 m, lebar
30 mm dan tebal 3 mm ?
49. Berapa
meter panjang kawat nikelin (r = 0,4 W.mm2/m)
dengan diameter 0,6 mm yang digunakan untuk membuat suatu tahanan sebesar 90 W
?
50. Berapa
luas penampang harus dipilih untuk penghantar tembaga yang panjangnya 22,4 m
(pergi dan pulang), jika tahanan maksimum yang diperbolehkan sebesar 0,0665 W
?
51. Berapa
W
besarnya 1 S; 25 S; 0,125 S;
5 mS ?
52. Lampu
dengan filamen logam sebagian besar berpijar pada saat saklar ON, lampu dengan
filamen arang berpijar setelah mulai bekerja/beroperasi. Dimana letak penyebab
utamanya ?
53. Bagaimana
karakteristik tahanan dingin dan tahanan panas pada pemanasan ?
54. Apa
yang dimaksud dengan penghantar super (super conductor) ?
55. Berapa
prosen rata-rata pertambahan tahanan logam murni pada kenaikan temperatur 1 K ?
56. Lilitan
tembaga suatu ballast lampu TL pada temperatur 20 oC mempunyai
tahanan 4 W;
Setelah beberapa jam beroperasi tahanannya meningkat menjadi 4,8 W.
Berapa
temperatur yang diterima oleh ballast ?
57. Kumparan
suatu relay pada temperatur 20 oC mempunyai tahanan penghantar
sebesar 100 W.
Berapa
Ohm besarnya tahanan penghantar pada suatu temperatur kumparan (tembaga) 70 oC
?
58. Suatu
kumparan generator terbuat dari tembaga selama beroperasi menerima panas
sebesar 40 K.
Berapa
prosen tahanan panas lebih besar dari pada tahanan dingin ?
Lembar
Jawaban
1.
Atom terdiri atas inti atom dan
elektron-elektron
2.
Elektron valensi yaitu elektron-elektron
pada kulit terluar
3.
Pembawa muatan adalah elektron itu
sendiri, oleh karena elektron memiliki muatan listrik
4.
Yang menarik dari susunan atom netral
yaitu jumlah muatan positip sama banyaknya dengan jumlah muatan negatip
5.
Muatan elementer yaitu elektron sebagai
pembawa muatan listrik terkecil
6.
Muatan-muatan yang sama saling
tolak-menolak, muatan-muatan yang berbeda saling tarik-menarik
7.
Kita bicara tentang ion-ion bila atom
kehilangan ataupun mendapat tambahan sebuah elektron
8.
Arus listrik pada dasarnya adalah merupakan
gerakan muatan secara langsung
9.
Sebagai pembawa muatan yang menentukan
adanya arus didalam logam adalah elektron, sedangkan didalam elektrolit adalah
ion
10. Elektron
bebas yaitu elektron-elektron yang bergerak didalam kisi-kisi ruang (pola
geometris atom-atom) logam
11. Impuls
listrik menyebar didalam sebuah penghantar dengan kecepatan mendekati kecepatan
cahaya c=300.000 km/detik
12. Penghantar
listrik yaitu bahan yang memiliki banyak pembawa muatan yang bebas bergerak
Bukan
penghantar yaitu bahan yang hanya memiliki sedikit pembawa muatan dan terikat
dalam molekul tersendiri
Semi
penghantar adalah bahan yang setelah mendapat pengaruh dari luar maka elektron
valensinya lepas dan dengan demikian mampu menghantarkan listrik
13. Beberapa
bahan penghantar diantaranya logam, arang, elektrolit, peleburan dan ionisasi
gas
14. Bahan
isolasi listrik yaitu bahan yang dapat mengisolasi bahan yang berarus listrik ,
yang tidak lain adalah termasuk bukan penghantar. Beberapa diantaranya seperti
bahan sintetis, karet, kaca, porselin, lak, kertas, air murni, oli, fet dan
juga ruang hampa.
15. Rangkaian
arus listrik terdiri atar pembangkit tegangan, beban termasuk juga kabel
penghubung
16. Arus
listrik secara teknik mengalir dari kutub positip pembangkit tegangan melalui
beban menuju kutub negatip
17. Satuan
kuat arus listrik yaitu Ampere, simbol kuat arus listrik yaitu I
18. Satuan
muatan listrik yaitu Coulomb
19. Pemaparan
penghantar berdasar pada rapat arusnya
terkait dengan pemanasan yang diijinkan pada penghantar tersebut
20. Arus
searah adalah arus listrik yang mengalir dengan arah dan besar yang
tetap/konstan.
Arus
bolak-balik adalah arus yang secara periodik berubah-ubah baik arah maupun
besarnya.
|
21.
|
Reaksi arus listrik
|
Contoh
penggunaan
|
|
|
Reaksi
panas
|
Open
pemanas, solder, kompor, seterika, sekering lebur
|
|
|
Reaksi
cahaya
|
Tabung
cahaya, lampu mercuri, lampu neon, lampu indikator (negatip glow lamp)
|
|
|
Reaksi
kemagnitan
|
Motor
listrik, speaker, alat ukur, pengangkat/ kerekan magnit, bel, relay dan
kontaktor
|
|
|
Reaksi
kimia arus listrik
|
Elektrolisa,
galvanisasi, pengisian akumulator
|
|
|
Reaksi
pada makhluk hidup
|
Penyembuhan
secara listrik, arus digunakan untuk memberi kejutan listrik (electro shock)
|
22. Grafik
garis menggambarkan grafik arus fungsi waktu
23. 0,1
A = 100 mA; 0,006 A = 6
mA; 2,5 A = 2500 mA
24. 0,0025
A = 2500 mA; 5mA = 5000 mA; 0,025 A = 25000 mA
25. 
26. 
27. 
28. Simbol
formula untuk tegangan listrik yaitu U, satuan untuk tegangan listrik yaitu
Volt.
29. Tegangan
listrik U adalah merupakan perbedaan penempatan elektron-elektron antara dua
buah titik.
30. Tegangan
sumber Us adalah tegangan yang dibangkitkan didalam sumber tegangan.
Tegangan
jatuh atau secara umum tegangan (simbol U) adalah tegangan yang digunakan pada
beban.
31. Potensial
listrik yaitu tegangan antara benda padat yang bermuatan dengan bumi atau titik
apa saja yang direkomendasikan.
32. Tegangan
antara dua buah titik dengan potensial tertentu dapat ditentukan dengan aturan
dengan rumus U = j1
- j2
Bola
bermuatan positip dibuat dengan tanda kutub plus dan bola bermuatan negatip
dengan kutub minus.
33. Ketetapan
arah tegangan positip ditunjukkan dari potensial tinggi (misalnya kutub plus)
menuju ke potensial rendah (misalnya kutub minus).
34. 1500
mV = 1,5 V; 550 mV = 0,55
V; 2,5 kV = 2500 V
35. 0,2
V = 200 mV; 0,0035 V = 3,5
mV; 15 V = 15000 mV
36. Tahanan
listrik yaitu suatu perlawanan penghantar terhadap pelepasan arus
37. Simbol
formula untuk tahanan listrik adalah R, satuan untuk tahanan listrik adalah
Ohm.
38. 1W
didefinisikan dengan dengan aturan berikut: 1 Ohm adalah sama dengan tahanan
yang dengan perantaraan tegangan 1 V mengalir kuat arus sebesar 1 A
39. Tahanan
jenis suatu bahan penghantar menunjukkan bahwa angka yang tertera adalah sesuai
dengan nilai tahanannya untuk panjang 1 m, luas penampang 1 mm2 dan
pada temperatur 20 OC
40. Satuan
tahanan jenis adalah 
41. a)
Perubahan tahanan suatu penghantar jika luas penampang menjadi setengahnya maka
nilai tahanannya menjadi dua kali lebih besar
b) Perubahan tahanan suatu penghantar
jika panjangnya menjadi tiga kali lipat maka nilai tahanannya menjadi tiga kali
lebih besar
c) Perubahan tahanan suatu penghantar
jika bahannya semula tembaga diganti dengan alumunium maka nilai tahanannya
menjadi hampir dua kali lebih besar
42. 
43. Daya
hantar adalah kebalikan tahanan
44. Simbol
formula untuk daya hantar listrik adalah G, satuan untuk daya hantar listrik
yaitu Siemens
45.
46. 0,05
MW
= 50.000 W; 2,5 kW
= 2500 W; 450 mW
= 0,45 W
|
47.
|
 |
|
48.
|
 |
|
49.
|
 |
|
50.
|
 |
|
51.
|
 |
52. Lampu
dengan filamen logam termasuk dalam kelompok penghantar dingin yaitu penghantar
yang dalam kondisi dingin menghantarkan arus dengan lebih baik daripada dalam
kondisi panas. Sedangkan lampu dengan filamen arang termasuk dalam kelompok
penghantar panas yaitu penghantar yang dalam kondisi panas menghantarkan arus dengan
lebih baik daripada dalam kondisi dingin.
53. Karakteristik
penghantar dingin dapat diterangkan, bahwa pada asutan panas yang lebih kuat
dari atom-atom didalam kisi-kisi kristal lebih besar pula tumbukan
elektron-elektron yang bergerak dengan atom-atom (ion-ion atom) dan dengan
demikian maka memberikan tahanan yang lebih besar.
Karakteristik penghantar panas yaitu pada pemanasan
elektron-elektron ekstra (tambahan) menjadi bebas dan tergabung pada gerakan
yang terarah. Hal ini berarti pengurangan nilai tahanan.
54. Penghantar
super (super conductor) yaitu penghantar logam yang pada pendinginan mendekati
titik nol absolut (-273,2 OC) tahanannya menghilang dengan sangat
tiba-tiba yaitu praktis pada nilai nol, sehingga bahan seperti ini
menghantarkan arus dengan sangat baik
55. Untuk
logam murni pada kenaikan temperatur 1 K nilai tahanannya bertambah rata-rata
sebesar 0,4 %
|
56.
|
 |
|
57.
|
 |
|
58.
|
 |
3.2. Rangkaian
listrik
Peralatan listrik secara umum disebut sebagai beban/pemakai,
terhubung dengan sumber tegangan melalui suatu penghantar, yang terdiri atas
dua buah penghantar, yaitu penghantar masuk dan penghantar keluar (gambar 1.9).
Penanggung jawab adanya arus yaitu elektron-elektron bebas, bergerak dari
pembangkit tegangan kembali ke tempatnya semula melalui jalan yang tertutup,
yang biasa disebut sebagai rangkaian arus.
|
Rangkaian arus listrik sederhana terdiri atas pembangkit
tegangan, beban termasuk disini kabel penghubung (penghantar masuk dan
penghantar keluar).
|
Untuk diketahui bahwa :
|
Arus listrik hanya dapat mengalir dalam suatu
rangkaian penghantar tertutup.
|
Dengan memasang sebuah saklar pada
rangkaian, arus listrik dapat dihubung atau diputus sesuai keinginan.
Gambar
secara nyata suatu rangkaian arus sebagaimana ditunjukkan diatas terlihat
sangat rumit, dalam praktiknya digunakanlah skema dengan normalisasi simbol
yang sederhana, yang biasa dikenal sebagai diagram rangkaian. Skema menjelaskan
hubungan antara komponen-komponen yang ada pada suatu rangkaian.
|
Gambar 1.10
Skema rangkaian arus sederhana
|
|
3.3. Arah
arus
3.3.1. Arah
arus elektron
Kita buat suatu rangkaian arus listrik
tertutup, dengan demikian didapatkan suatu proses sebagai berikut :
Pada
kutub negatip pembangkit tegangan (kelebihan elektron), elektron bebas pada
ujung penghantar didorong menuju beban. Pada kutub positip (kekurangan
elektron) elektron bebas pada ujung penghantar yang lain tertarik. Dengan
demikian secara umum terjadi arus elektron dengan arah tertentu.
|
|
Gambar
1.11 Arah arus elektron
|
|
Arus elektron mengalir dari kutub negatip pembangkit
tegangan melalui beban menuju kutub positip.
|
3.3.2. Arah
arus secara teknik
Pengetahuan teori elektron zaman dulu
menduga bahwa sebagai penanggung jawab terhadap mekanisme penghantaran didalam
logam adalah pembawa muatan positip dan oleh karenanya arus mengalir dari kutub
positip melalui beban menuju kutub negatip. Jadi berlawanan dengan arus
elektron yang sebenarnya sebagaimana diutarakan dimuka. Meskipun pada saat ini
telah dibuktikan adanya kekeliruan anggapan pada mulanya, namun didalam teknik
listrik untuk praktisnya anggapan arah arus tersebut tetap dipertahankan.
Sehingga ditemui adanya perbedaan antara arah
arus elektron terhadap arah arus
secara teknik atau secara umum juga disebut arah arus.
|
Arus listrik mengalir dari kutub positip pembangkit
tegangan melalui beban menuju kutub negatip.
|
|
Gambar 1.12 Arah arus elektron dan
Arah arus secara teknik
|
|
3.4. Kuat
arus
Semakin banyak elektron-elektron yang
mengalir melalui suatu penghantar dalam tiap detiknya, maka semakin besar pula
kekuatan arus listriknya, biasa disebut kuat
arus.
Arus
sebanyak 6,24 triliun elektron (6,24 • 1018) tiap detik pada luas
penampang penghantar, maka hal ini dikenal sebagai kuat arus 1 Ampere.
Dengan
demikian dapat dikatakan :
|
Ampere
adalah satuan dasar yang sah untuk kuat arus listrik
|
Sudah
menjadi kebiasaan dalam keteknikan, supaya lebih sederhana maka besaran-besaran
teknik seperti misalnya kuat arus diganti dengan simbol formula dan demikian pula untuk simbol nama satuan (simbol satuan).
Simbol
formula untuk kuat arus adalah I
Simbol
satuan untuk Ampere adalah A
Pembagian
dan kelipatan satuan :
|
1
kA = 1 Kiloampere = 1000 A = 103 A
1
mA = 1 Milliampere = 1/1000 A = 10-3 A
1
mA = 1 Mikroampere = 1/1000000 A = 10-6
A
|
Pada
“undang-undang tentang besaran dalam hal pengukuran” sejak 2 Juli 1969 kuat
arus listrik ditetapkan sebagai besaran
dasar dan untuk satuan dasar 1
Ampere didefinisikan dengan bantuan reaksi tenaga arus tersebut
Kuat
arus dalam teknik listrik berkisar pada jarak yang sangat luas :
Lampu pijar : 100 s.d. 1000 mA
Motor
listrik : 1 sampai 1000 A
Peleburan
: 10 s.d. 100 kA
Pesawat
telepon : beberapa mA
3.5. Muatan
listrik
Jumlah muatan elementer (biasanya pada
peristiwa kelistrikan turut serta bermilyar-milyar elektron dan dengan demikian
berarti muatan elementer) menghasilkan suatu muatan listrik tertentu (simbol formula ).
).
Satuan
muatan listrik ditetapkan 1 Coulomb
(simbol C). Dalam hal ini berlaku :
1 C = 6,24 . 1018
muatan elementer
Sebelumnya
telah dijelaskan bahwa
|
berarti
: Kuat arus
|
|
Kita
uraikan persamaan tersebut kedalam , sehingga
menjadi = I . t
, sehingga
menjadi = I . t
Dengan
demikian faktor-faktor yang mempengaruhi terjadinya muatan listrik ditentukan oleh arus I dan waktu t.
ditentukan oleh arus I dan waktu t.
Dalam
pada itu kita pasang arus I dalam A dan waktu t dalam s, sehingga
diperoleh satuan muatan listrik adalah 1 As, yang berarti sama dengan 1 C.
1
Coulomb = 1 Ampere sekon
|
1 C = 1 As
|
Contoh :
Sebuah
aki mobil diisi dengan 2,5 A.
Berapa
besarnya muatan listrik aki tersebut setelah waktu pengisian berlangsung selama
10 jam ?
Jawaban
:
= I . t = 2,5 A . 10 h = 25 Ah = 25 A .
3600 s = 90.000 As = 90.000 C
3.6 Rapat
arus didalam penghantar
|
Percobaan :
Kawat konstantan diameter 0,2 mm dan kawat konstantan lain
diameter 0,4 mm salah satu ujungnya dikopel, kedua ujung yang lain
dihubungkan ke auto trafo. Arus dinaikkan sedikit demi sedikit hingga kawat
mulai membara.
|
|
Gambar 1.13 Arus
pada penghantar dengan luas penampang berbeda
|
|
Kawat
dengan luas penampang kecil telah membara, sementara itu kawat yang luas
penampangnya besar masih belum memperlihatkan reaksi panas.
Meskipun
pada kedua kawat mengalir arus yang sama, penghantar dengan luas penampang
kecil panasnya lebih kuat. Jadi untuk pemanasan kawat tidak hanya dipengaruhi
oleh arus saja tetapi juga oleh luas penampang kawat. Semakin rapat dorongan
arus didalam penghantar, semakin keras pula tumbukan yang terjadi antara
elektron dengan ion-ion atom, maka pemanasannya menjadi lebih kuat. Pemanasan
penghantar praktis tergantung pada kerapatan arus. Dari sinilah digunakan
istilah rapat arus (simbol S).
|
Rapat arus
|
|
I
Arus dalam A
A Luas penampang dalam mm2
|
|
|
|
S Rapat arus dalam A/mm2
|
Satuan
rapat arus oleh karenanya adalah A/mm2
Pada
penentuan penghantar logam, kumparan dan komponen-komponen lain yang
berhubungan dengan pemanasan yang diijinkan pada komponen tersebut maka rapat
arus merupakan suatu besaran konstruksi yang penting.
Contoh
:
Sebuah
penghantar tembaga dengan luas penampang 2,5 mm2 sesuai PUIL boleh dibebani dengan 16 A.
Berapa
besarnya rapat arus pada penghantar tersebut ?
Jawaban
: A/mm2
A/mm2|
|
Gambar 1.14 Grafik arus searah
|
3.7. Macam-macam
arus
Secara prinsip dibedakan antara arus searah, arus
bolak-balik dan arus bergelombang (undulatory current).
Arus searah
Tegangan
yang bekerja pada rangkaian arus tertutup selalu dengan arah yang sama, maka
arus yang mengalir arahnya juga sama. Biasa disebut dengan arus searah (simbol normalisasi : ¾
).
|
Arus searah adalah arus listrik yang
mengalir dengan arah dan besar yang tetap/konstan.
|
Berarti bahwa pembawa muatannya bergerak dengan arah tertentu.
Grafik arus fungsi waktu (grafik garis)
Besarnya
arus pada saat yang berbeda diperlihatkan pada suatu grafik (grafik arus fungsi
waktu). Untuk maksud ini sumbu horisontal sebagai waktu (misal 1s, 2s, 3s dst.)
dan sumbu vertikal sebagai arusnya (misal 1A, 2A, 3A dst.)
Besarnya
arus yang sekarang ditetapkan pada 1, 2 atau 3 sekon, untuk masing-masing waktu
yang berlaku ditarik garis lurus keatas atau kebawah (lihat gambar 1.14). Kita
hubungkan titik yang sesuai dengan suatu garis, dengan demikian maka didapatkan
suatu grafik arus fungsi waktu (grafik
garis). Gambar grafik seperti ini dapat dibuat secara jelas dengan suatu
oscilloscope.
Arus bolak-balik
Tegangan
pada suatu rangkaian arus, arahnya berubah-ubah dengan suatu irama/ritme
tertentu, dengan demikian maka arah dan besarnya arus selalu berubah-ubah pula.
Biasa disebut arus bolak-balik (simbol
normalisasi : ~
).
|
Arus bolak-balik adalah arus yang
secara periodik berubah-ubah baik arah maupun besarnya.
|
Berarti
bahwa elektron bebasnya bergerak maju dan mundur.
|
Gambar
1.15
Grafik arus
bolak-balik
|
|
Disini
pada arus bolak-balik, sebagaimana digunakan didalam praktik, arahnya selalu
berubah-ubah (misalnya 50 kali tiap sekon), elektron-elektron didalam
penghantar kawat hanya sedikit berayun/bergerak maju dan mundur.
Arus
bergelombang
Suatu
arus yang besarnya selalu berubah, tetapi arah arus tersebut tetap konstan,
maka dalam hal ini berhubungan dengan suatu arus yang terdiri atas sebagian
arus searah dan sebagian yang lain berupa arus bolak-balik. Biasa disebut
sebagai arus bergelombang (undulatory
current).
|
Arus bergelombang adalah suatu arus
yang terdiri atas sebagian arus searah dan sebagian arus bolak-balik.
|
Salah satu bentuk lain dari arus bergelombang yang sering ditemukan
dalam praktik yaitu berupa pulsa arus searah (lihat gambar 1.16a)
3.8. Reaksi
arus listrik
Arus hanya dapat diketahui dan ditetapkan melalui reaksi
atau efek yang ditimbulkannya.
Reaksi panas
|
Arus
listrik selalu memanasi penghantarnya.
|
Didalam
kawat logam misalnya, elektron-elektron saling bertumbukan dengan ion-ion atom,
bersamaan dengan itu elektron tersebut memberikan sebagian energi geraknya
kepada ion-ion atom dan memperkuat asutan panas ion-ion atom, yang berhubungan
dengan kenaikan temperatur.
Penggunaan
reaksi panas arus listrik ini misalnya pada open pemanas, solder, kompor,
seterika dan sekering lebur.
Reaksi cahaya
Pada
lampu pijar reaksi panas arus listrik mengakibatkan kawat membara dan dengan
demikian menjadi bersinar, artinya sebagai efek samping dari cahaya.
|
Gas
seperti neon, argon atau uap mercury dipicu/diprakarsai oleh arus listrik
sehingga menjadi bersinar.
|
Reaksi cahaya secara langsung ini ditemukan pada penggunaan tabung
cahaya, lampu mercury, lampu neon dan lampu indikator (negative glow lamp).
Reaksi kemagnitan
|
Percobaan
:
Suatu
magnit jarum diletakkan dekat dengan penghantar yang berarus.
|
|
|
Gambar 1.17
Reaksi kemagnitan arus listrik
|
Perhatikan
: Jarum magnit disimpangkan !
|
Arus
listrik selalu membangkitkan medan magnit.
|
Medan
magnit melaksanakan suatu tenaga tarik terhadap besi. Medan magnit saling
berpengaruh satu sama lain dan saling tolak-menolak atau tarik-menarik.
Penggunaan
reaksi kemagnitan seperti ini misalnya pada motor listrik, speaker, alat ukur,
pengangkat/kerekan magnit, bel, relay dan kontaktor.
Reaksi kimia arus listrik
|
Percobaan :
Dua buah kawat dihubungkan ke sumber
tegangan arus searah (misalnya akkumulator) dan ujung-ujung yang bersih
dimasukkan kedalam bejana berisi air, yang sedikit mengandung asam (misalnya
ditambah asam belerang)
|
|
Gambar 1.18
Reaksi kimia arus listrik
|
|
Pada
kedua kawat terbentuk gas-gas yang naik keatas. Hal tersebut berhubungan dengan
hidrogen dan oksigen. Hidrogen dan oksigen merupakan unsur-unsur kimia dari
air. Jadi air terurai dengan perantaraan arus listrik.
|
Arus listrik menguraikan zat cair
yang bersifat penghantar.
|
Penggunaan reaksi kimia arus listrik yaitu dapat ditemukan pada
elektrolisa, pada galvanisasi, pada pengisian akkumulator.
Reaksi pada makhluk hidup
Dengan
persyaratan tertentu, misalkan seseorang menyentuh dua buah penghantar listrik
tanpa isolasi, maka arus dapat mengalir melalui tubuh manusia. Arus listrik
tersebut membangkitkan atau bahkan menimbulkan “sentakan/sengatan listrik”
Pada
penyembuhan secara listrik, arus digunakan untuk memberikan kejutan listrik
(electro shock).
4. Tegangan listrik
Elektron-elektron untuk bergeraknya
memerlukan suatu mesin penggerak, yang mirip dengan sebuah pompa, dimana pada
salah satu sisi rangkaian listrik elektron-elektronnya “didorong kedalam”,
bersamaan dengan itu pada sisi yang lain “menarik” elektron-elektron. Mesin ini
selanjutnya disebut sebagai pembangkit
tegangan atau sumber tegangan.
Dengan
demikian pada salah satu klem dari sumber tegangan kelebihan elektron (kutub -),
klem yang lainnya kekurangan elektron
(kutub +).
Maka antara kedua klem terdapat suatu perbedaan
penempatan elektron. Keadaan seperti ini dikenal sebagai tegangan (lihat
gambar 1.19).
|
Tegangan listrik U adalah merupakan
perbedaan penempatan elektron-elektron antara dua buah titik.
|
|
Gambar
1.19 Sumber tegangan
|
|
Satuan
SI yang ditetapkan untuk tegangan adalah Volt
Simbol
formula untuk tegangan adalah U
Simbol
satuan untuk Volt adalah V
Pembagian
dan kelipatan satuan :
|
1
MV = 1 Megavolt = 1000000 V
= 106 V
1
kV = 1 Kilovolt = 1000 V = 103 V
1
mV = 1 Millivolt = 1/1000 V = 10-3 V
1
mV = 1 Mikrovolt = 1/1000000 V = 10-6 V
|
Ketetapan satuan
SI untuk 1V didefinisikan dengan bantuan
daya listrik.
Pada rangkaian
listrik dibedakan beberapa macam tegangan, yaitu tegangan sumber dan tegangan
jatuh (lihat gambar 1.20).
|
Gambar 1.20
Tegangan sumber dan tegangan jatuh pada suatu rangkaian
|
|
|
Tegangan sumber
(simbol Us) adalah tegangan yang dibangkitkan didalam sumber tegangan.
|
Dan
dengan demikian maka tegangan sumber merupakan penyebab atas terjadinya aliran
arus.
Tegangan
sumber didistribusikan ke seluruh rangkaian listrik dan digunakan pada
masing-masing beban. Serta disebut juga sebagai : "Tegangan jatuh pada
beban."
Dari gambar 1.20, antara dua titik yang manapun pada rangkaian arus,
misal antara titik 1 dan 2 atau antara titik 2 dan 3, maka hanya merupakan
sebagian tegangan sumber yang efektip. Bagian tegangan ini disebut tegangan
jatuh atau tegangan saja.
|
Tegangan jatuh atau
secara umum tegangan (simbol U)
adalah tegangan yang digunakan pada beban.
|
4.1. Potensial
Kita tempatkan elektron-elektron pada
bola logam berlawanan dengan bumi, maka antara bola dan bumi terdapat perbedaan
penempatan elektron-elektron, yang berarti suatu tegangan.
|
Tegangan
antara benda padat yang bermuatan dengan bumi atau titik apa saja yang
direkomendasi disebut potensial
(simbol : j).
|
Satuan potensial
adalah juga Volt. Tetapi sebagai simbol formula untuk potensial digunakan huruf
Yunani j (baca : phi).
Bumi
mempunyai potensial j = 0 V.
|
|
Gambar
1.21 Potensial
|
Potensial
bola menjadi positip terhadap bumi, jika elektron-elektron bola diambil (misal j1
= +10 V, lihat gambar 1.21).
Potensial
bola menjadi negatip terhadap bumi, jika ditambahkan elektron-elektron pada
bola (misal j2
= -3
V).
|
Potensial
selalu mempunyai tanda.
|
Jika
suatu bola j1
= +10 V dan yang lain j2
= -3
V (gambar 1.21), maka antara dua buah bola tersebut terdapat suatu perbedaan
penempatan elektron-elektron dan dengan demikian maka besarnya tegangan dapat
ditentukan dengan aturan sebagai berikut :
U = j1 -
j2
= +10 V -(-3
V) = +10 V + 3 V = 13 V
Dalam
hal ini bola bermuatan positip dibuat dengan tanda kutub plus dan bola
bermuatan negatip dengan kutub minus.
|
Gambar 1.22 Potensial
dan tegangan
|
|
|
Suatu
tegangan antara dua buah titik dinyatakan sebagai perbedaan potensial
titik-titik tersebut.
Tegangan
= perbedaan potensial (potensial difference)
|
Contoh :
Dua buah titik pada suatu rangkaian
arus terdapat potensial j1
= +10 V dan j2
= +5 V.
Berapa besarnya tegangan antara kedua
titik tersebut ?
Jawaban
: U
= j1
-
j2
= 10 V -
5 V = 5 V
4.2. Arah
tegangan
Tegangan selalu mempunyai arah reaksi
tertentu, yang dapat digambarkan melalui suatu anak panah tegangan. Normalisasi
anak panah tegangan untuk arah tegangan positip ditunjukkan dari potensial
tinggi (misalnya kutub plus) menuju ke potensial rendah (misal kutub minus), dalam
hal ini memperlihatkan potensial tingginya adalah positip dan potensial
rendahnya adalah negatip.
Contoh
:
Pada
gambar 1.23 diberikan bermacam-macam potensial. Bagaimana arah masing-masing
tegangan ?
|
Gambar 1.23 Anak panah tegangan pada potensial yang
diberikan
|
|
Untuk
menentukan rangkaian arus sangatlah tepat menggunakan normalisasi ketetapan
arah tersebut.
Pada
pelaksanaan praktiknya hal ini berarti :
Anak
panah tegangan untuk sumber tegangan adalah mengarah dari kutub plus menuju ke
kutub minus.
Anak
panah tegangan untuk tegangan jatuh adalah searah dengan arah arus secara
teknik, disini arus selalu mengalir dari potensial tinggi menuju ke potensial
rendah (gambar 1.24).
5. Tahanan
listrik (Resistor)
Gerakan pembawa muatan dengan arah
tertentu di bagian dalam suatu penghantar terhambat oleh terjadinya tumbukan
dengan atom-atom (ion-ion atom) dari bahan penghantar tersebut.
"Perlawanan" penghantar terhadap pelepasan arus inilah disebut sebagai
tahanan (gambar 1.25).
|
Gambar 1.25
Gerakan elektron didalam penghantar logam
|
|
Satuan
SI yang ditetapkan untuk tahanan listrik adalah Ohm.
Simbol
formula untuk tahanan listrik adalah R
Simbol
satuan untuk Ohm yaitu W (baca: Ohm). W
adalah huruf Yunani Omega.
Satuan
SI yang ditetapkan 1 W didefinisikan dengan aturan sbb. :
1
Ohm adalah sama dengan tahanan yang dengan perantaraan tegangan 1 V mengalir
kuat arus sebesar 1 A.
Pembagian
dan kelipatan satuan :
|
1
MW
= 1 Megaohm = 1000000 W = 106 W
1
kW = 1 Kiloohm =
1000 W = 103 W
1
mW
= 1 Milliohm = 1/1000 W = 10-3 W
|
5.1. Tahanan
jenis (spesifikasi tahanan)
|
Percobaan :
Penghantar bermacam-macam bahan
(tembaga, alumunium, besi baja) dengan panjang dan luas penampang sama
berturut-turut dihubung ke sumber tegangan melalui sebuah ampermeter dan
masing-masing kuat arus (simpangan jarum) diperbandingkan.
|
Percobaan
memperlihatkan bahwa besarnya arus listrik masing-masing bahan berlawanan
dengan tahanannya. Tahanan ini tergantung pada susunan bagian dalam bahan yang
bersangkutan (kerapatan atom dan jumlah elektron bebas) dan disebut sebagai tahanan jenis (spesifikasi tahanan).
|
|
Gambar 1.26
Perbandingan tahanan suatu penghantar:
a) Tembaga
b) Alumunium
c) Besi baja
|
Simbol
formula untuk tahanan jenis adalah r
(baca: rho). r
adalah huruf abjad Yunani.
Untuk
dapat membandingkan bermacam-macam bahan, perlu bertitik tolak pada kawat
dengan panjang 1 m dan luas penampang 1 mm2, dalam hal ini tahanan
diukur pada suhu 20 OC.
|
Tahanan jenis suatu bahan penghantar
menunjukkan bahwa angka yang tertera adalah sesuai dengan nilai tahanannya
untuk panjang 1 m, luas penampang 1 mm2 dan pada temperatur 20 OC
|
Satuan
tahanan jenis adalah
Sebagai
contoh, besarnya tahanan jenis untuk :
tembaga r
= 0,0178 W.mm2/m
alumunium r
= 0,0278 W.mm2/m
perak r
= 0,016 W.mm2/m
Untuk
nilai yang lain dapat dilihat pada tabel (lihat lampiran 1)
5.2. Tahanan listrik suatu penghantar
|
Percobaan :
Bermacam-macam penghantar
berturut-turut dihubungkan ke sumber tegangan melalui sebuah ampermeter dan
masing-masing kuat arus (simpangan jarum) diperbandingkan.
|
a) Panjang
penghantar berbeda
Gambar 1.27 Rangkaian arus dengan panjang penghantar
berbeda
b) Luas penampang
berbeda
Gambar 1.28 Rangkaian arus dengan luas penampang
penghantar berbeda
c) Bahan penghantar
berbeda
Gambar 1.29 Rangkaian arus dengan bahan penghantar berbeda
Dari percobaan diatas terlihat bahwa :
Tahanan listrik suatu penghantar R
semakin besar,
a)
jika penghantar l semakin panjang
b)
jika luas penampang A semakin kecil
c)
jika tahanan jenis r semakin besar.
Ketergantungan
tahanan terhadap panjang penghantar dapat dijelaskan disini, bahwa gerakan
elektron didalam penghantar yang lebih panjang mendapat rintangan lebih kuat
dibanding pada penghantar yang lebih pendek.
Dalam
hal jumlah elektron-elektron yang bergerak dengan jumlah sama, maka pada penghantar
dengan luas penampang lebih kecil terjadi tumbukan yang lebih banyak, berarti
tahanannya bertambah.
Bahan
dengan tahanan jenis lebih besar, maka jarak atomnya lebih kecil dan jumlah
elektron-elektron bebasnya lebih sedikit, sehingga menghasilkan tahanan listrik
yang lebih besar.
Ketergantungan
tahanan listrik tersebut dapat diringkas dalam bentuk rumus sebagai berikut :
Ditulis
dengan simbol formula :
|
Tahanan
penghantar
|
|
R tahanan
penghantar dalam W
r tahanan jenis dalam W.mm2/m
l panjang penghantar dalam m
|
|
|
|
A
luas penampang dalam mm2
|
Persamaan
diatas dapat ditransfer kedalam bermacam-macam besaran.
Dengan
demikian secara perhitungan dimungkinkan juga untuk menentukan panjang
penghantar, tahanan jenis dan luas penampang.
|
Panjang
penghantar
|
|
|
Tahanan
jenis
|
|
|
Luas
penampang
|
|
Melalui
penempatan satuan kedalam persamaan tahanan jenis, maka diperoleh satuan
tahanan jenis.
Contoh
soal :
1. Suatu penghantar dengan luas
penampang 10 mm2.
Berapa besarnya tahanan untuk panjang
500 m, jika digunakan penghantar a)
tembaga
b) alumunium ?
Diketahui : A = 10 mm2
l
= 500 m
rCu
= 0,0178 W.mm2/m
rAl = 0,0278 W.mm2/m
Hitunglah : Rcu , RAl
Jawab :
a)
b)
2. Kawat baja 250 m dan luas penampang
1 mm2 mempunyai tahanan 35 W
Berapa besarnya tahanan jenis kawat tersebut ?
Diketahui : l = 250 m
A = 1 mm2
R =
35 W.
Hitunglah : r
Jawab :
3. Sebuah jamper
alat ukur panjang 12 m terbuat dari kawat tembaga berisolasi dan harus
mempunyai tahanan 0,0356 W.
Berapa besarnya luas penampang
penghantar tersebut ?
Diketahui : l
= 12 m
R = 0,0356 W
rCu
= 0,0178 W.mm2/m
Hitunglah
: A
Jawab :
5.3. Daya
hantar dan hantar jenis
Suatu
beban dengan tahanan yang kecil menghantarkan arus listrik dengan baik.
Dikatakan : “dia memiliki daya hantar
yang besar”.
Daya
hantar yang besar sepadan dengan tahanan yang kecil dan sebaliknya daya hantar
kecil sepadan dengan tahanan besar.
|
Daya hantar adalah kebalikan tahanan
|
Satuan
SI yang ditetapkan untuk daya hantar adalah Siemens.
Simbol
formula untuk daya hantar adalah G.
Simbol
satuan untuk Siemens adalah S.
|
Daya
hantar
|
|
G
daya hantar listrik dalam S
|
|
Tahanan
|
|
R
tahanan listrik dalam W
|
Nilai yang lebih kecil :
|
1 mS = 1 Millisiemens = 10-3 S
1 mS = 1 Mikrosiemens = 10-6 S
|
Suatu
bahan penghantar dengan tahanan jenis kecil menghantarkan arus listrik dengan
baik, dia sanggup menghantarkan dengan sangat baik. Hal ini disebut sebagai
besaran hantar jenis atau besaran spesifikasi daya hantar dari bahan.
Analog
dengan daya hantar dapat ditetapkan disini :
|
Hantar jenis adalah kebalikan tahanan
jenis.
|
Satuan
untuk hantar jenis adalah
Simbol
formula untuk hantar jenis adalah g
(baca gamma). g
adalah huruf abjad Yunani.
|
Hantar jenis
|
|
g hantar jenis dalam
|
|
Tahanan jenis
|
|
r tahanan jenis dalam
|
Untuk
beberapa pemikiran sangatlah tepat, menghitung dengan menggunakan daya hantar
ataupun hantar jenis.
Dengan
bantuan hantar jenis (spesifikasi daya hantar) diperoleh rumus perhitungan
untuk tahanan kawat sebagai berikut :
|
Tahanan
penghantar
|
|
R
tahanan penghantar dalam W
g hantar jenis dalam m/W.mm2
|
|
|
|
l panjang penghantar dalam m
A
luas penampang dalam mm2
|
Contoh : 1. Berapa besarnya daya hantar untuk tahanan berikut ini :
5 W; 0,2 W;
100 W
?
2. Berapa besarnya hantar jenis perak,
tembaga dan alumunium jika sebagai tahanan jenis berturut-turut terdapat nilai
sbb. :
r
tembaga = 0,0178 W.mm2/m.
r
alumunium = 0,0278W.mm2/m.
r
perak = 0,016 W.mm2/m.
Jawaban :
5.4. Tahanan
tergantung pada suhu
|
Percobaan :
Sebuah lampu pijar dihubungkan ke
sumber tegangan berturut-turut melalui bermacam-macam bahan penghantar
(tembaga, arang, konstantan). Setiap penghantar dipanasi dan cahaya lampu
diperbandingkan sebelum dan setelah pemanasan.
|
Secara
umum diketahui :
|
Tahanan semua bahan sedikit banyak
tergantung pada suhu.
|
a) Penghantar tembaga
Gambar 1.30 Ketergantungan suatu penghantar tembaga terhadap suhu.
b) Penghantar arang (isi pensil)
Gambar 1.31 Ketergantungan suatu penghantar arang terhadap suhu.
c) Konstantan
Gambar 1.32 Ketergantungan suatu penghantar konstantan terhadap suhu.
Percobaan memperlihatkan secara rinci :
|
1.
Kawat logam yang terbuat dari tembaga dan alumunium pada pemanasan tahanannya bertambah.
2.
Yang terbuat dari arang, pada
pemanasan nilai tahanannya berkurang.
3.
Tahanan kawat konstantan hampir tetap
konstan.
|
Bahan
yang dalam kondisi dingin menghantarkan arus dengan lebih baik dari pada dalam
kondisi panas, disebut penghantar dingin.
Termasuk kelompok ini yaitu praktis semua logam murni dan beberapa bahan
semi penghantar.
Bahan
yang dalam kondisi panas menghantarkan arus dengan lebih baik dari pada dalam
kondisi dingin, disebut penghantar panas.
Termasuk disini yaitu arang, sebagian besar bahan semi penghantar dan oksida
logam tertentu.
Sebagian
logam pada pendinginan mendekati titik nol absolut (-273,2 OC)
tahanannya menghilang dengan sangat tiba-tiba yaitu praktis pada nilai nol.
Maka bahan seperti ini menghantarkan arus dengan “sangat baik”. Oleh karena itu
disebut penghantar super (super
conductor). Termasuk dalam kelompok ini yaitu alumunium, tin (timah), timbel
(timah hitam), air raksa, niob (columbium).
Perlu
diperhatikan, bahwa untuk perbedaan temperatur menggunakan satuan Kelvin (K)
dan tidak lagi derajat Celsius (OC). Ini tidak menimbulkan
kesulitan, karena perbedaan temperatur 1OC sama dengan perbedaan
temperatur 1 K. Sejalan dengan hal tersebut satuan OC untuk
menyatakan temperatur dapat terus digunakan.
Contoh
:
1.
Temperatur penghantar tembaga berubah
sekitar 20 K (bukan 20 OC).
2.
Temperatur lilitan motor sebesar 20 OC.
Untuk ini dapat juga dikatakan : 293 K, disini 0 OC senilai dengan
273 K atau 0 K sesuai dengan -273 OC.
Reaksi
penghantar dingin dapat diterangkan, bahwa pada asutan panas yang lebih kuat
atas atom-atom didalam kisi-kisi kristal, lebih besar pula tumbukan
elektron-elektron yang bergerak dengan atom-atom (ion-ion atom) sehingga
memberikan tahanan yang lebih besar. (gambar 1.33)
|
|
Gambar 1.33
Tahanan pada penghantar logam yang dipanaskan
|
Reaksi penghantar panas berdasarkan, bahwasanya pada pemanasan
elektron-elektron ekstra (tambahan) menjadi bebas dan tergabung pada gerakan
yang terarah. Hal ini berarti pengurangan tahanan.
Pada
konstantan melalui pemanasan seperti pada penghantar dingin terjadi suatu pengereman
pembawa muatan, tetapi seperti juga pada penghantar panas, elektron-elektron
ekstra menjadi bebas. Kedua reaksi tersebut cukup saling menetralisir.
Perubahan
tahanan melalui pemanasan untuk
masing-masing bahan berbeda. Karakteristik bermacam-macam bahan ditetapkan
melalui koefisien temperatur.
Simbol
: a (alpha)
Satuan
:
|
Koefisien temperatur a
menunjukkan perubahan tahanan untuk tahanan sebesar 1W
pada pemanasan 1 K.
|
Pada
perhitungan sering digunakan koefisien temperatur dalam .
.
Bahan
yang pada pemanasan nilai tahanannya berkurang, mempunyai koefisien temperatur
negatip.
Beberapa
contoh koefisien temperatur (berlaku untuk perubahan temperatur mulai dari suhu
20 OC) sbb :
Tembaga
a =
0,0039 = 0,39
= 0,39
Alumunium a =
0,0037 = 0,37
= 0,37
Wolfram a =
0,0041 = 0,41
= 0,41
Nikelin
a =
0,00023 = 0,023
= 0,023
Mangan a = ±
0,00001 = ±
0,001
= ±
0,001
Konstantan a = -
0,00003 = -
0,003
= -
0,003
Karbon murni
a = -
0,00045 = -
0,045
= -
0,045
Pada
logam murni (tembaga, alumunium, wolfram) besarnya koefisien temperatur
kira-kira 0,4 , artinya setiap K kenaikan temperatur tahanannya bertambah
0,4 %
, artinya setiap K kenaikan temperatur tahanannya bertambah
0,4 %
Menunjuk
pada lampu pijar, yang didalamnya menggunakan kawat wolfram, dalam
operasionalnya merupakan suatu tahanan panas, yang bisa mencapai 15 kali lebih
besar dari pada tahanan dingin (pada kondisi dingin).
Pada
logam campuran tertentu (nikelin, manganin, konstantan) koefisien temperaturnya
sangat kecil. Bahan ini sangat cocok untuk tahanan alat ukur.
Perubahan
tahanan DR
(baca: delta R) suatu penghantar untuk :
tahanan 1W
dan perubahan temperatur 1K
besarnya DR
= a
Ohm
tahanan 1W
dan perubahan temperatur 2K besarnya DR
= 2 . a
Ohm
tahanan 1W
dan perubahan temperatur DJK
besarnya DR
= a
. DJ
Ohm
tahanan
RW
dan perubahan temperatur DJK
besarnya DR
= a
. DJ
. R Ohm
D
(baca: delta) adalah suatu huruf Yunani dan digunakan disini sebagai simbol
formula untuk perbedaan.
J
(baca: theta) adalah juga suatu huruf Yunani dan digunakan disini sebagai
simbol formula untuk temperatur.
Gambar
1.34 Perubahan tahanan
Dengan demikian berlaku :
|
Perubahan tahanan
|
DR
= a
. DJ
. Rd
|
DR perubahan tahanan dalam W
|
|
|
|
Rd tahanan dingin pd. 20 oC dlm. W
|
|
|
|
a koefisien temperatur dalam 1/K
|
|
|
|
DJ kenaikan temperatur dalam K
|
Tahanan
panas yang baru Rp terdiri atas tahanan dingin Rd dan
perubahan tahanan DR.
|
Tahanan panas
|
Rp
= Rd + DR
|
Rp tahanan panas dalam W
|
|
|
Rp
= Rd + a . DJ
. Rd
|
|
Melalui penjabaran formula diperoleh :
|
Kenaikan temperatur
|
|
Persamaan
tersebut diatas berlaku untuk kenaikan temperatur hingga kira-kira 200 oC.
Pada kenaikan temperatur yang melebihi 200 oC, harus diperhatikan
faktor-faktor lainnya.
Pemakaian
perubahan tahanan ditemukan pada penyelidikan pemanasan lilitan termasuk juga
untuk tujuan pengukuran dan pengaturan.
Contoh:
1. Lilitan tembaga suatu mesin pada
suhu 20 oC terukur tahan-annya serbesar 30 W.
Selama beroperasi temperatur tahan-annya naik menjadi 80 oC.
Berapa sekarang besarnya tahanan
kumparan ?
Diketahui: Rd = 30 W; J1
= 20 oC; J2
= 80 oC; a
= 0,0039 1/K
Hitunglah: Rp
Jawaban: Rp = Rd + a
. DJ
. Rd
Rp = 30 W
+ 0,0039 1/K . 60 K . 30 W
= 30 W
+ 7,02 W
= 37,02 W
2. Lilitan alumunium suatu trafo satu
phasa pada suhu 20 oC mempunyai tahanan sebesar 5 W
Temperaturnya meningkat berapa Kelvin, jika setelah beberapa
jam beroperasi diukur tahanannya sebesar 6,3 W
?
Diketahui: Rd = 5 W; J1
= 20 oC;
Rp = 6,3 W; a
= 0,0037 1/K
Hitunglah: DJ
|
Jawaban:
|
|
|
|
|
|
|
Lampiran
1
Tabel
: Tahanan jenis r (r = 1/g)
Hantar jenis g (g = 1/r)
Koefisien
temperatur a (temperatur 20 OC)
|
Bahan
|
Simbol
|
r
W.mm2/m
|
g
m/W.mm2
|
a
1/K
|
|
Perak
Tembaga
Alumunium
|
Ag
Cu
Al
|
0,016
0,0178
0,0278
|
62,5
56
36
|
0,0038
0,0039
0,0037
|
|
Wolfram
Seng
Kuningan
|
W
Zn
-
|
0,055
0,063
0,08
|
18
16
12,5
|
0,0041
0,0037
0,0015
|
|
Nikel
Platina
Tin (timah)
|
Ni
Pt
Sn
|
0,1
0,1
0,11
|
10
10
9,1
|
0,005
0,0025
0,0042
|
|
Besi
Timah
hitam (timbel)
Air raksa
|
Fe
Pb
Hg
|
0,13
0,21
0,95
|
7,7
4,8
1,05
|
0,005
0,0042
0,00092
|
|
Perak (baru)
Mangan
|
Ag
Mn
|
0,30
0,43
|
3,3
2,3
|
0,00025
±0,00001
|
|
Konstantan
Baja cromnikel
|
-
-
|
0,49
1,0
|
2,04
1,0
|
-0,00003
0,00025
|
|
Arang
(karbon)
|
C
|
50
s.d. 100
|
0,02
s.d. 0,01
|
-0,00003
|
|
Siliziumkarbid
Gelas (kaca)
Porselen
|
-
-
-
|
1000
1
. 1016
5
. 1018
|
0,001
1
. 10-16
5
. 10-19
|
-0,0005
-
-
|
Lembar Latihan/Evaluasi
1. Tersusun oleh apakah suatu atom ?
2. Apa yang dimaksud dengan elektron valensi ?
3. Apa yang dimaksud dengan pembawa muatan ?
4. Apa
yang menarik perhatian kita atas susunan suatu atom netral ?
5. Apa yang dimaksud dengan muatan elementer ?
6. Bagaimana reaksi muatan-muatan satu sama
lain ?
7. Bilamana kita bicara tentang ion-ion ?
8. Apa yang dimaksud dengan arus listrik ?
9. Pembawa
muatan manakah yang menentukan adanya arus didalam logam dan yang mana untuk
didalam elektrolit ?
10. Apa
yang dimaksud dengan elektron bebas ?
11. Dengan kecepatan berapa suatu impuls listrik
menyebar didalam sebuah penghantar ?
12. Apa
perbedaan secara prinsip antara penghantar listrik, bukan penghantar dan semi
penghantar ?
13. Sebutkan beberapa bahan penghantar !
14. Apa
yang dimaksud dengan bahan isolasi listrik ? Sebutkan beberapa diantaranya !
15. Rangkaian
arus listrik terdiri atas komponen apa saja ?
16. Bagaimana
arah arus secara teknik ditetapkan ?
17. Apa
satuan dan simbol kuat arus listrik ?
18. Apa
satuan muatan listrik ?
19. Mengapa
penghantar dipaparkan dengan berdasar pada rapat arus ?
20. Apa
perbedaan arus searah dan arus bolak-balik ?
21. Sebutkan
reaksi arus listrik terpenting dan berikan contoh praktisnya !
22. Apa
yang dimaksud dengan grafik garis ?
23. Berapakah
besarnya 0,1 A; 0,006 A; 2,5 A bila ditransfer kedalam mA ?
24. Berapakah
besarnya 0,0025 A; 5 mA; 0,025 A bila ditransfer kedalam mA
?
25. Sebuah
akkumulator dapat memberikan muatan listrik sebesar 24 Ah.
Berapa hari akkumulator tersebut dapat tetap terhubung pada
instalasi alarm, jika dia harus terus-menerus memberikan arus sebesar 0,2 A ?
26. Dalam
waktu 10 h suatu muatan sebanyak 250 Ah terdorong melalui suatu penghantar.
Berapa besarnya kuat arus rata-rata
mengalir didalam penghantar ?
27. Didalam
kumparan kawat alumunium dengan luas penampang 0,5 mm2, rapat arus
yang diijinkan adalah sebesar 2 A/mm2. Berapa besarnya arus
operasional yang diperbolehkan ?
28. Bagaimana
simbol formula dan satuan untuk tegangan listrik ?
29. Bagaimana
tegangan dapat diterangkan ?
30. Bagaimana
membedakan tegangan sumber dan tegangan jatuh ?
31. Apa
yang dimaksud dengan potensial listrik ?
32. Bagaimana menentukan besarnya tegangan antara dua buah titik dengan
potensial tertentu ?
33. Bagaimana ketetapan arah tegangan positip dan bagaimana hal tersebut
digambarkan ?
34. Berapa
V besarnya 1500 mV; 550 mV; 2,5 kV ?
35. Berapa
mV besarnya 0,2 V; 0,0035 V; 15 V ?
36. Apa
yang dimaksud dengan tahanan listrik ?
37. Bagaimana
simbol formula dan satuan untuk tahanan listrik ?
38. Kapan
sebuah penghantar mempunyai tahanan 1 W
39. Apa
yang dimaksud dengan tahanan jenis ?
40. Bagaimana
satuan tahanan jenis ?
41. Bagaimana
perubahan tahanan suatu penghantar, jika a) luas penampang menjadi setengahnya,
b) panjangnya tiga kali lipat, c) bahannya semula tembaga diganti dengan
alumunium ?
42. Coba
jabarkan asal mula satuan tahanan jenis !
43. Bagaimana
hubungan antara daya hantar dan tahanan ?
44. Bagaimana
simbol formula dan satuan untuk daya hantar listrik ?
45. Bagaimana
hantar jenis dapat ditentukan dari tahanan jenis yang sudah diketahui ?
46. Berapa
W
besarnya 0,05 MW;
2,5 kW;
450 mW
?
47. Berapa
besarnya tahanan suatu untaian tembaga panjang 5 m dengan luas penampang 0,8 mm2
?
48. Berapa
besarnya tahanan suatu baja elektroda pentanahan yang panjangnya 150 m, lebar
30 mm dan tebal 3 mm ?
49. Berapa
meter panjang kawat nikelin (r = 0,4 W.mm2/m)
dengan diameter 0,6 mm yang digunakan untuk membuat suatu tahanan sebesar 90 W
?
50. Berapa
luas penampang harus dipilih untuk penghantar tembaga yang panjangnya 22,4 m
(pergi dan pulang), jika tahanan maksimum yang diperbolehkan sebesar 0,0665 W
?
51. Berapa
W
besarnya 1 S; 25 S; 0,125 S;
5 mS ?
52. Lampu
dengan filamen logam sebagian besar berpijar pada saat saklar ON, lampu dengan
filamen arang berpijar setelah mulai bekerja/beroperasi. Dimana letak penyebab
utamanya ?
53. Bagaimana
karakteristik tahanan dingin dan tahanan panas pada pemanasan ?
54. Apa
yang dimaksud dengan penghantar super (super conductor) ?
55. Berapa
prosen rata-rata pertambahan tahanan logam murni pada kenaikan temperatur 1 K ?
56. Lilitan
tembaga suatu ballast lampu TL pada temperatur 20 oC mempunyai
tahanan 4 W;
Setelah beberapa jam beroperasi tahanannya meningkat menjadi 4,8 W.
Berapa
temperatur yang diterima oleh ballast ?
57. Kumparan
suatu relay pada temperatur 20 oC mempunyai tahanan penghantar
sebesar 100 W.
Berapa
Ohm besarnya tahanan penghantar pada suatu temperatur kumparan (tembaga) 70 oC
?
58. Suatu
kumparan generator terbuat dari tembaga selama beroperasi menerima panas
sebesar 40 K.
Berapa
prosen tahanan panas lebih besar dari pada tahanan dingin ?
Lembar
Jawaban
1.
Atom terdiri atas inti atom dan
elektron-elektron
2.
Elektron valensi yaitu elektron-elektron
pada kulit terluar
3.
Pembawa muatan adalah elektron itu
sendiri, oleh karena elektron memiliki muatan listrik
4.
Yang menarik dari susunan atom netral
yaitu jumlah muatan positip sama banyaknya dengan jumlah muatan negatip
5.
Muatan elementer yaitu elektron sebagai
pembawa muatan listrik terkecil
6.
Muatan-muatan yang sama saling
tolak-menolak, muatan-muatan yang berbeda saling tarik-menarik
7.
Kita bicara tentang ion-ion bila atom
kehilangan ataupun mendapat tambahan sebuah elektron
8.
Arus listrik pada dasarnya adalah merupakan
gerakan muatan secara langsung
9.
Sebagai pembawa muatan yang menentukan
adanya arus didalam logam adalah elektron, sedangkan didalam elektrolit adalah
ion
10. Elektron
bebas yaitu elektron-elektron yang bergerak didalam kisi-kisi ruang (pola
geometris atom-atom) logam
11. Impuls
listrik menyebar didalam sebuah penghantar dengan kecepatan mendekati kecepatan
cahaya c=300.000 km/detik
12. Penghantar
listrik yaitu bahan yang memiliki banyak pembawa muatan yang bebas bergerak
Bukan
penghantar yaitu bahan yang hanya memiliki sedikit pembawa muatan dan terikat
dalam molekul tersendiri
Semi
penghantar adalah bahan yang setelah mendapat pengaruh dari luar maka elektron
valensinya lepas dan dengan demikian mampu menghantarkan listrik
13. Beberapa
bahan penghantar diantaranya logam, arang, elektrolit, peleburan dan ionisasi
gas
14. Bahan
isolasi listrik yaitu bahan yang dapat mengisolasi bahan yang berarus listrik ,
yang tidak lain adalah termasuk bukan penghantar. Beberapa diantaranya seperti
bahan sintetis, karet, kaca, porselin, lak, kertas, air murni, oli, fet dan
juga ruang hampa.
15. Rangkaian
arus listrik terdiri atar pembangkit tegangan, beban termasuk juga kabel
penghubung
16. Arus
listrik secara teknik mengalir dari kutub positip pembangkit tegangan melalui
beban menuju kutub negatip
17. Satuan
kuat arus listrik yaitu Ampere, simbol kuat arus listrik yaitu I
18. Satuan
muatan listrik yaitu Coulomb
19. Pemaparan
penghantar berdasar pada rapat arusnya
terkait dengan pemanasan yang diijinkan pada penghantar tersebut
20. Arus
searah adalah arus listrik yang mengalir dengan arah dan besar yang
tetap/konstan.
Arus
bolak-balik adalah arus yang secara periodik berubah-ubah baik arah maupun
besarnya.
|
21.
|
Reaksi arus listrik
|
Contoh
penggunaan
|
|
|
Reaksi
panas
|
Open
pemanas, solder, kompor, seterika, sekering lebur
|
|
|
Reaksi
cahaya
|
Tabung
cahaya, lampu mercuri, lampu neon, lampu indikator (negatip glow lamp)
|
|
|
Reaksi
kemagnitan
|
Motor
listrik, speaker, alat ukur, pengangkat/ kerekan magnit, bel, relay dan
kontaktor
|
|
|
Reaksi
kimia arus listrik
|
Elektrolisa,
galvanisasi, pengisian akumulator
|
|
|
Reaksi
pada makhluk hidup
|
Penyembuhan
secara listrik, arus digunakan untuk memberi kejutan listrik (electro shock)
|
22. Grafik
garis menggambarkan grafik arus fungsi waktu
23. 0,1
A = 100 mA; 0,006 A = 6
mA; 2,5 A = 2500 mA
24. 0,0025
A = 2500 mA; 5mA = 5000 mA; 0,025 A = 25000 mA
25.
26.
27.
28. Simbol
formula untuk tegangan listrik yaitu U, satuan untuk tegangan listrik yaitu
Volt.
29. Tegangan
listrik U adalah merupakan perbedaan penempatan elektron-elektron antara dua
buah titik.
30. Tegangan
sumber Us adalah tegangan yang dibangkitkan didalam sumber tegangan.
Tegangan
jatuh atau secara umum tegangan (simbol U) adalah tegangan yang digunakan pada
beban.
31. Potensial
listrik yaitu tegangan antara benda padat yang bermuatan dengan bumi atau titik
apa saja yang direkomendasikan.
32. Tegangan
antara dua buah titik dengan potensial tertentu dapat ditentukan dengan aturan
dengan rumus U = j1
- j2
Bola
bermuatan positip dibuat dengan tanda kutub plus dan bola bermuatan negatip
dengan kutub minus.
33. Ketetapan
arah tegangan positip ditunjukkan dari potensial tinggi (misalnya kutub plus)
menuju ke potensial rendah (misalnya kutub minus).
34. 1500
mV = 1,5 V; 550 mV = 0,55
V; 2,5 kV = 2500 V
35. 0,2
V = 200 mV; 0,0035 V = 3,5
mV; 15 V = 15000 mV
36. Tahanan
listrik yaitu suatu perlawanan penghantar terhadap pelepasan arus
37. Simbol
formula untuk tahanan listrik adalah R, satuan untuk tahanan listrik adalah
Ohm.
38. 1W
didefinisikan dengan dengan aturan berikut: 1 Ohm adalah sama dengan tahanan
yang dengan perantaraan tegangan 1 V mengalir kuat arus sebesar 1 A
39. Tahanan
jenis suatu bahan penghantar menunjukkan bahwa angka yang tertera adalah sesuai
dengan nilai tahanannya untuk panjang 1 m, luas penampang 1 mm2 dan
pada temperatur 20 OC
40. Satuan
tahanan jenis adalah
41. a)
Perubahan tahanan suatu penghantar jika luas penampang menjadi setengahnya maka
nilai tahanannya menjadi dua kali lebih besar
b) Perubahan tahanan suatu penghantar
jika panjangnya menjadi tiga kali lipat maka nilai tahanannya menjadi tiga kali
lebih besar
c) Perubahan tahanan suatu penghantar
jika bahannya semula tembaga diganti dengan alumunium maka nilai tahanannya
menjadi hampir dua kali lebih besar
42.
43. Daya
hantar adalah kebalikan tahanan
44. Simbol
formula untuk daya hantar listrik adalah G, satuan untuk daya hantar listrik
yaitu Siemens
45.
46. 0,05
MW
= 50.000 W; 2,5 kW
= 2500 W; 450 mW
= 0,45 W
|
47.
|
|
|
48.
|
|
|
49.
|
|
|
50.
|
|
|
51.
|
|
52. Lampu
dengan filamen logam termasuk dalam kelompok penghantar dingin yaitu penghantar
yang dalam kondisi dingin menghantarkan arus dengan lebih baik daripada dalam
kondisi panas. Sedangkan lampu dengan filamen arang termasuk dalam kelompok
penghantar panas yaitu penghantar yang dalam kondisi panas menghantarkan arus dengan
lebih baik daripada dalam kondisi dingin.
53. Karakteristik
penghantar dingin dapat diterangkan, bahwa pada asutan panas yang lebih kuat
dari atom-atom didalam kisi-kisi kristal lebih besar pula tumbukan
elektron-elektron yang bergerak dengan atom-atom (ion-ion atom) dan dengan
demikian maka memberikan tahanan yang lebih besar.
Karakteristik penghantar panas yaitu pada pemanasan
elektron-elektron ekstra (tambahan) menjadi bebas dan tergabung pada gerakan
yang terarah. Hal ini berarti pengurangan nilai tahanan.
54. Penghantar
super (super conductor) yaitu penghantar logam yang pada pendinginan mendekati
titik nol absolut (-273,2 OC) tahanannya menghilang dengan sangat
tiba-tiba yaitu praktis pada nilai nol, sehingga bahan seperti ini
menghantarkan arus dengan sangat baik
55. Untuk
logam murni pada kenaikan temperatur 1 K nilai tahanannya bertambah rata-rata
sebesar 0,4 %
|
56.
|
|
|
57.
|
|
|
58.
|
|
Tidak ada komentar:
Posting Komentar