DASAR-DASAR KELISTRIKAN

DASAR-DASAR KELISTRIKAN

A. Listrik

Listrik, dapat diartikan sebagai berikut:

§ Listrik adalah kondisi dari partikel subatomik tertentu, seperti elektron dan proton, yang menyebabkan penarikan dan penolakan gaya di antaranya.

§ Listrik adalah sumber energi yang disalurkan melalui kabel. Arus listrik timbul karena muatan listrik mengalir dari saluran positif ke saluran negatif.

Untuk memahami dan mengerti tentang listrik, mari kita sama-sama melihat pada bagian yang terkecil dari benda yaitu atom. Semua atom memiliki partikel yang disebut elektron terletak pada orbitnya mengelilingi proton.

Gambar 1.1

Atom Hidrogen

Atom yang paling sederhana adalah atom Hydrogen (Atom Air), yaitu hanya mempunyai satu elektron yang mengelilingi satu proton. Atom yang paling rumit adalah atom uranium. Atom ini mempunyai 92 elektron disekeliling inti proton. Semua benda (elemen) memiliki struktur atom tersendiri.

Setiap elemen mempunyai jumlah elektron dan proton yang sama.

Gambar 1.2

Atom Uranium

Tembaga mempunyai 29 proton, elektron-elektronnya tersebar pada 4 baris orbit, yang paling luar hanya satu elektron. Ini adalah rahasia dari penghantar listrik yang baik. Setiap benda yang memiliki struktur atom kurang dari 4 orbit yang paling luar atau memiliki sifat daya hantar yang baik.

Gambar 1.3.

Atom tembaga.

Bila benda yang memiliki struktur atom lebih dari 4 elektron pada garis orbit yang paling luar di sebut penyekat (bukan penghantar). Benda yang memiliki sedikit elektron pada garis orbit paling luar, elektronnya lebih mudah berpindah dari orbitnya oleh tegangan yang rendah. Hal ini akan menyebabkan terjadinya aliran elektron dari atom ke atom.

Seperti telah kita pelajari bahwa atom mempunyai proton dan elektron, masing-masing partikel mempunyai gaya potensial (potensial force). Proton bermuatan positif, sedangkan elektron bermuatan negatif. Proton pada inti atom menarik elektron dan menahan elektron pada garis orbit selama muatan positif dari proton sama dengan muatan negatif dari elektron atau mempunyai listrik netral.

Bilamana terjadi muatan netral elektron yang beredar digaris orbit dapat dengan mudah berpindah jika elektron-elektron ditarik jauh oleh atom lain, atom itu menjadi bermuatan positif dan menjauhnya elektron yang ditarik oleh atom yang lain tadi mengakibatkan atom tersebut bermuatan negatif. Atom yang bermuatan negatif (-) memiliki jumlah elektron yang berlebihan, sedangkan atom yang bermuatan positif (+) jumlah elektronnya sedikit atau kekurangan elektron.

Hukum Muatan Listrik

1. Jika ada dua benda bermuatan sejenis saling berdekatan (positip dengan positip atau negatip dengan negatip), maka akan terjadi tolak menolak.

2. Jika ada dua benda bermuatan tak sejenis saling didekatkan akan terjadi tolak menolak.

B. Konduktor dan Isolator

1. Konduktor (penghantar).

Konduktor adalah bahan yang di dalamnya banyak terdapat elektron bebas mudah untuk bergerak.Tarikan antara elektron yang berada dalam edaran paling luar dan intinya adalah sangat kecil, hingga dalam suhu normal pun ada satu atau lebih elektron yang terlepas dari atomnya.

Elektron bebas ini bergerak-gerak secara acak dalam ruang di celah atom-atom. Gerakan elektron-elektron ini dinamakan bauran ( difusi ).

Contoh penghantar : besi, tembaga, aluminium, perak, dan logam lainnya.

2. Semi Konduktor (setengah penghantar).

Semi konduktor adalah suatu bahan yang tidak layak disebut sebagai penghantar, juga tidak layak disebut sebagai bukan penghantar (Isolator).

Contoh: Germanium.

Dalam bahan ini hanya ada satu atau dua atom yang kehilangan elektron dari seratus juta ( 108 ) atom.

3. Isolator (bukan penghantar)

Isolator adalah bahan yang tidak dapat menghantarkan arus listrik.

Contoh: karet, plastik, kertas, kayu, mika, dan sejenisnya.

Pada isolator semua elektron terikat pada atomnya dan tidak ada elektron yang bebas. Jenis bahan seperti ini digolongkan sebagai penyekat atau bukan penghantar (Isolator).

C. Simbol-Simbol Kelistrikan / Elektronika,

1. Dioda

Dioda adalah suatu komponen elektronik yang dapat mengalirkan arus hanya pada satu arah saja. Simbol Dioda adalah seperti di bawah ini, dimana arus listrik yang dapat mengalir hanyalah pada arah panah seperti pada simbol berikut ini.

2. Dioda Zener

Dioda Zener adalah salah satu bentuk dioda yang dirancang khusus di mana arus balik dapat terjadi pada tegangan yang sudah melebihi tagangan yang sudah ditentukan tanpa merusak dioda.

Bahan untuk dioda zener dicampur dengan phosphor dan boron yang lebih banyak sehingga elektron bebas dan hole pada bahan ini akan lebih banyak yang memungkinkan arus listrik ( pada arah terbalik ) mengalir tanpa merusak dioda zener pada rangkaian yang dirancang dengan tepat.

3. Transistor.

Transistor adalah suatu alat yang digunakan pada rangkaian elektronik untuk mengontrol pengaliran arus listrik. Bahan dasar transistor adalah sama dengan bahan dasar dioda yaitu silicon atau germanium yang di campur dengan bahan boron atau phosphor, sehingga terbentuk bahan

tipe “P” dan tipe “N”. Simbol transistor yang umum digunakan adalah seperti di bawah. Garis yang mempunyai panah adalah Emitor, garis tebal adalah Basis, dan garis tanpa panah adalah Kolektor.

4. Batere.

Batere adalah sumber listrik arus searah ( DC ). Simbol batere adalah

5. Kondensator.

Kondensator adalah suatu alat yang terdiri dari dua penghantar yang saling tersekat. Penghantar tersebut terbuat dari lembaran logam tipis yang dipisahkan oleh isolasi.

Sifat utama dari kondensator adalah bahwa kondensator menyimpan muatan-muatan listrik (daya listrik). Kemampuan untuk menyimpan berapa banyak muatan ini disebut kapasitas kondensator.

Simbol Kondensator:

A. Kondensator bukan elektrolit

B. Kondensator elektrolit

C. Kondensator variabel (kapasitasnya dapat diubah-ubah)

D. Dua kondensator variabel bergabung (diubah dengan satu poros).

6. Generator.

Generator adalah alat pembangkit tegangan listrik.

7. Motor

Motor bekerja dengan jalan merubah tenaga listrik menjadi tenaga mekanik.Sumber listrik yang digunkan oleh motor diambil langsung dari batere.

8. Transformator.

Transformator atau biasa juga disebut Trafo merupakan komponen rangkaian yang terdiri dari inti besi. Inti besi tersebut mempunyai dua sisi. Di sisi sebelah kiri digulungkan sebuah kumparan dengan 1.200 lilitan yang terdiri dari kawat tersekat email yang halus. Di sisi kanan

digulungkan sejumlah lilitan lain dari kawat yang tersekat pula. Dari rangkaian di atas, maka kita mendapatkan bentuk prinsip sebuah transformator. Tranformator ini berfungsi sebagai perubah tegangan dari tegangan tinggi ke tegangan rendah atau sebaliknya, sesuai kebutuhan.

9. Saklar

Saklar merupakan salah komponen yang sangat penting dalam suatu angkaian kelistrikan. Saklar berfungsi sebagai pemutus atau penghubung arus dari sumber tegangan pada rangkaian tertutup. Karena begitu pentingnya sakalar bagi suatu rangkaian, maka saklar tersebut harus ditempatkan pada posisi yang strategis yang mudah dijangkau. Dengan demikian pada saat saklar dibutuhkan atau dengan kata lain saat kita hendak meng-ON atau meng-OFF suatu rangkaian atau mesin, dapat dilakukan dengan cepat.

10. R e l a i

Relai adalah sebuah saklar magnet.

D Hukum Ohm

Hukum Ohm adalah hukum yang mengatakan bahwa apabila arus listrik mengalir ke dalam sebuah penghantar, intensitas arusnya sama dengan tegangan yang mendorongnya dibagi dengan tahanan penghantar. Hukum Ohm digunakan untuk melihat besaran arus (I), tegangan (E), dan tahanan (R).

1. Arus

Arus adalah elektron yang mengalir dari satu atom ke atom liannya melalui penghantardan diukur dalam amper. Satu amper adalah aliran arus listrik dari 6,28 x 1018 elektron / detik pada sebuah penghantar. Jadi arus adalah jangkauan aliran listrik yang diukur dalam amper atau elektron / detik.

Arus dapat digolongkan atas dua macam , yaitu arus searah (DC) dan arus bolak balik (AC).

a. Arus searah.

Arus searah (DC) yaitu arus yang mengalir ke satu arah saja dengan harga konstanta. Salah satu sumber arus searah adalah batere. Disamping itu arus searah dapat diperoleh dengan menggunakan komponen elektronik yang disebut Dioda pada pembangkit listrik arus bolak balik (AC).

b. Arus Bolak balik (AC).

Arus bolak balik (AC) adalah arus yang mengalir dengan arah bolak balik. Arus

ini biasa juga disebut arus tukar sebab polaritasnya selalu bertukar-tukar. Juga disebut arus AC sebagai singkatan dari istilah asing (Inggris) “Alternating Current”. Sumber arus listrik bolak balik adalah pembangkit tegangan tinggi seperti PLN (Perusahaan Listrik Negara ) dan Generator.

2. Tegangan.

Tegangan adalah suatu tekanan yang menyebabkan terjadinya aliran arus listrik pada sebuah penghantar. Biasanya tegangan tergantung pada ujung-ujung kawat penghantar. Dapat kita bayangkan dengan ilustrasi aliran air pada sebuah bejana A, yang akan mengalir ke bejana B, karena air pada bejana A mempunyai tekanan yang lebih besar diakibatkan oleh permukaan air dari bejana A lebih tinggi dari bejana B.

Begitu juga halnya pada tegangan, apabila ujung-ujung sebuah penghantar tersebut dihubungkan dengan batere atau generator, maka akan terjadi tegangan. Jadi tegangan adalah daya potensial yang tetap ada walaupun tidak ada arus.

Contoh:

Sebuah batere mempunyai tegangan 12 volt diantara terminal positif dan negatif.

Walaupun tidak ada hubungan terhadap peralatan lain tegangan tetap ada.Tegangan tetap ada walaupun tanpa arus, tetapi arus tidak akan ada tanpa ada tekanan dari tegangan-tegangan yang dihasilkan diantara dua titik ketika muatan positif ada pada satu terminal dan muatan negatif ada pada terminal lainnya. Bila muatan bertambah banyak pada terminal ujung-ujung penghantar, maka tegangan akan bertambah besar.

3. Tahanan.

Tahanan adalah penahanan / perlawanan yang diterima oleh elektron-elektron yang mengalir pada sebuah penghantar oleh molekul-molekul yang ada di dalamnya.

Setiap penghantar memberikan penahanan aliran arus listrik. Penahanan tersebut disebabkan oleh:

1. Tiap -tiap atom menahan perpindahan elektron yang terjadi pada perlawanan terhadap elektron kearah luarnya.
2. Benturan elektron-elektron dan atom tidak terhitung pada sebuah penghantar.

Benturan seperti yang dimaksud di atas menimbulkan adanya tahanan yang mengakibatkan panas bertambah pada penghantar. Tahanan diukur dengan satuan Ohm (Ω). Satuan Ohm (Ω ) adalah besarnya tahanan yang akan mengalirkan 1 amper dengan tegangan sebesar 1 volt.

Besar kecilnya tahanan yang ada pada sebuah penghantar ditentukan oleh :

a. Jenis penghantar.

Besi besar tahanannya terhadap arus listrik. Tetapi ada lagi yang lebih besar tahanannya yaitu baja. Sedangkan tembaga memiliki tahanan paling kecil dibandingkan dengan besi dan baja. Itulah sebabnya dalam praktek orang memakai tembaga apabila hendak mengalirkan arus listrik.

b. Panjang penghantar.

Makin panjang penghantar / kawat, makin besar tahanan / perlawanannya. Sebab perlawanan yang kecil-kecil di sepanjang kawat itu akan menjadi jumlah yang besar.

3. Penampang penghantar.

Makin besar penampang kawat (diameter kawat), makin kecil perlawanannya. Ini berlaku juga bagi saluran air. Makin besar penampangnya, air makin leluasa mengalir karena perlawanannya kecil. Oleh karena itu jika hendak memakai kawat listrik, jangan menggunakan kawat yang diameternya terlampau kecil.

4. Suhu penghantar.

Pada umumnya logam akan naik tahanannya kalau suhunya naik (menjadi panas).

Dalam rangkaian listrik ada 3 (tiga) unsur pokok yang merupakan satu kesatuan yang tidak bisa dipisahkan, yaitu:

1. Sumber tegangan (batere)
2. Tahanan (bola lampu)
3. Penghantar seperti kabel tembaga untuk menghubungkan rangkaian.

Alat ukur yang digunakan untuk pengujian atau pemeriksaan rangkaian listrik adalah:

a. Ampermeter untuk mengukur arus

b. Voltmeter untuk mengukur tegangan antara dua terminal pada rangkaian.

Ada 2 (dua) cara untuk menerangkan aliran arus listrik pada rangkaian, yaitu:

1. Teori konvensional

Aliran listrik mengalir dari terminal positif (+) ke negatif (-) dari sumber listrik.

1. Teori elektron

Aliran listrik mengalir dari terminal negatif (-) ke terminal positif (+) melalui rangkaian.

Kedua rangkaian di atas dapat digunakan, tetapi yang umum digunakan adalah cara Konvensional.

E. Jenis-Jenis Rangkaian Listrik.

Di dalam rangkaian listrik, kita mengenal dua macam hubungan yang baku, yaitu hubungan seri dan hubungan paralel Bila dijumpai ada bentuk lain, maka pada dasarnya itu merupakan variasi dari hubungan seri dan paralel.Berikut ini akan diuraikan bentuk hubungan seri, paralel, dan seri paralel lengkap dengan rumus dan perhitungannya dalam bentuk arus searah (DC).

1. Hubungan Seri

Yang dimaksud dengan hubungan seri adalah rangkaian beberapa lampu yang dihubungkan secara berderet satu sama lain, sehingga arus mengalir secara beranting dimulai dari yang pertama, kedua, ketiga, dan seterusnya.

Untuk mengetahui jumlah tegangan dan jumlah hambatan pada rangkaian seri

dapat menggunakan rumus :

Jumlah Tegangan : E Total = E1 + E2 + E3 + .... En

Jumlah Hambatan : R Total = R1 + R2 + R3 + .... Rn

Keterangan :

E Total = Jumlah semua sumber listrik yang mengakibatkan tegangan

R Total = Jumlah semua hambatan

E1 / E2 / E3 = Tegangan setiap komponen

R1 / R2 / R3 = Hambatan setiap komponen

En = Tegangan pada n buah komponen

Rn = Hambatan pada n buah komponen

Contoh soal.

1. Hitunglah jumlah tegangan yang dihasilkan pad a pemasangan seri 4 buah batere yang bertegangan masing-masing 1,5 volt.

Jawab:

E Total = E1 + E2 + E3 + E4

= 1,5 + 1,5 + 1,5 + 1,5

= 6 Volt

2. Hitunglah jumlah hambatan yang dihasilkan pada pemasangan seri 3 buah resistor yang bernilai 4 Ohm, 6 Ohm, dan 8 Ohm !

Jawab :

R Total = R1 + R2 + R3

= 4 + 6 + 8

= 18 Ohm

Berdasarkan uraian di atas, maka dapatlah diambil suatu kesimpulan :

1. Jumlah tegangan dari sejumlah sumber listrik yang dihubungkan seri adalah jumlah dari masing-masing tegangan

2. Jumlah hambatan dari sejumlah resistor yang dihubungkan seri adalah jumlah dari masing-masing hambatannya.

3. Arus dalam rangkaian seri adalah sama pada semua bagian-bagian rangkaian.

Ini ditetapkan oleh rumus :

I Total = I 1 = I 2 = I n

I Total = Jumlah arus seluruhnya

I1 / I2 = Arus melalui hambatan 1 dan 2

In = Arus melalui hambatan ke n.

2. Hubungan Paralel.

Jika beberapa lampu dihubungkan dalam dua jepitan yang sama, maka lampu-lampu tersebut dinamakan sebagai hubungan paralel atau hubungan sejajar.

F. Hukum Kirchoff

Dalam ilmu kelistrikan dikenal dua macam hukum Kirchoff yakni hukum Kircoff I yang membahas tentang arus dan hukum Kirchoff II yang membahas tentang tegangan.

1. Hukum Kirchoff I

Hukum Kirchoff I berbunyi :” Jumlah arus yang mengalir pada satu titik cabang sama dengan jumlah arus yang keluar dari cabang tersebut”.

Pernyataan ini dapat dinyatakan dengan rumus :

I1 + I2 = I3 + I4 + I5

Jumlah arus cabang

2. Hukum Kirchoff II

Hukum Kirchoff II berbunyi : “ Jumlah penurunan tegangan pada rangkaian listrik tertutup sama dengan jumlah tegangan sumber”.

Pernyataan ini dapat dirumuskan :

Hukum Kirchoff II

Referensi

Modul Pembelajaran Dasar Elektronika, Bidang keahlian ketenagalistrikan, Direktorat Pendidikan Menengah Kejuruan, 2003

Modul Pembelajaran, Dasar Elektronika Analog dan Digital, Sekolah Menengah Kejuruan Bidang Keahlian Teknik Telekomunikasi, Direktorat Pendidikan Menengah Kejuruan, 2003

Rekayasa Perangkat Lunak Jilid 1 Untuk SMK, Aunur R. Mulyanto dkk, Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan, Departemen Pendidikan Nasional, Tahun 2008