3 - Hukum Ohm

TeknikTeknik ElektroElektro dandan TeknikTeknik MesinMesin

SekolahSekolah TinggiTinggi TeknologiTeknologi (STT) (STT) TexmacoTexmaco

20122012

Hukum Ohm, Energi dan Daya

SudarmaSudarma, , SPd.SSTSPd.SST..SudarmaSudarma, , SPd.SST.MTSPd.SST.MT..

Hukum Ohm, Energi dan Daya - By. Sudarma, SPd.SST.MT. 2

Pembahasan

Hukum Ohm

Energi dan daya

Daya pada rangkaian listrik

Rating daya resistor

Konversi energi dan tegangan jatuh padaresistor

Sumber daya (power supply)


Hukum Ohm

Hukum Ohm menjelaskan bagaimana tegangan, arus danresistansi dalam rangkaian saling berhubungan secara matematis

Hukum Ohm dapat ditulis dalam tiga bentuk yang ekivalen

Bergantung dari kuantitas yang diperlukan


Hukum Ohm

Jika tegangan pada resistor meningkat, arus pada resistor tersebut akan meningkat juga; dan sebaliknya

Jika tegangan meningkat dua kali, arus juga meningkat dua kali

Jika tegangan berkurang setengahnya, arus akan berkurangsetengahnya juga


Hukum Ohm

Pada tegangan konstan, jika resistansi berkurang maka arusakan meningkat; dan sebaliknya

Jika resistansi berkurang setengahnya, arus meningkat dua kali

Jika resistansi meningkat dua kali, arus berkurang menjadisetengahnya


Hukum Ohm untuk arus :

Untuk resistansi tetap, jika tegangan yang diberikan padarangkaian meningkat, maka arus akan meningkat; dansebaliknya

Untuk tegangan tetap, jika resistansi pada rangkaian meningkat, maka arus akan berkurang; dan sebaliknya

Formula Hukum Ohm

R

VI =

R

VI =

R

VI =

R

VI =

R

VI =

R konstan

V konstan


Formula Hukum Ohm

Hukum Ohm untuk tegangan :

Tegangan (volt) dapat dihitung bila arus (ampere) danresistansi (ohm) diketahui

Hukum Ohm untuk resistansi :

Resistansi (ohm) dapat ditentukan bila tegangan (volt) danarus (ampere) diketahui

IRV =

I

VR =


Relasi Linier Arus - Tegangan

Pada rangkaian yang bersifat resistif, arus dan tegangan linier secara proporsional

Linier artinya jika satu besaran meningkat atau berkurang dengannilai tertentu, maka besaran lainnya akan meningkat atau berkurangdengan nilai tertentu yang sama


Aplikasi Hukum Ohm


Contoh Aplikasi Hukum Ohm - 1

Berapa besar arus yang mengalir dalam rangkaian ?

Jawab :

Gunakan hukum Ohm I=V/R untuk menghitung arus

Pada rangkaian mengalir arus sebesar 5 A.


Metrik Satuan

Resistansi

Ohm (Ω)

Ribuan ohm : kilohm (kΩ)

Jutaan ohm : megohm (MΩ)

Arus

Ampere (A)

Miliampere (mA)

Microampere (µA)

Tegangan

Volt (V)

Kilovolt (kV)



Berapa tegangan yang terukur pada resistor ?

Jawab :



Ammeter menunjukkan arus sebesar 5 mA dan voltmeter menunjukkan 150 V. Tentukan nilai R.

Jawab :


Energi dan Daya


Definisi

Bila ada arus melalui resistor, maka energi listrikdikonversi menjadi panas atau energi lain (mis. cahaya)

Contoh : bola lampu pijar yang menjadi panas

Arus melalui filamen yang menghasilkan cahaya, jugamenghasilkan panas yang tidak diinginkan karena filamenmemiliki resistansi

Daya adalah ukuran seberapa cepat energi digunakan

Komponen listrik harus dapat mendisipasi sejumlah tertentuenergi pada perioda waktu tertentu

Definisi :

Energi : kemampuan untuk melakukan pekerjaan

Daya : banyaknya energi yang digunakan


Satuan Energi dan Daya

Satuan energi W : Joule (J)

Satuan daya P : Watt (W)

Satu watt adalah banyaknya daya ketika satu joule energidigunakan dalam waktu satu detik

t

WP =


Kilowatt-hour (kWh)

Alternatif lain untuk mengekspresikan satuan energi

Energi (kilowatt-hour) sama dengan daya (watt) dikalikan dengan waktu (jam)

Contoh :

Rekening listrik ditentukan berdasarkan banyaknyaenergi yang digunakan

Satuan yang paling praktis digunakan adalahkilowatt-hour Satu kilowatt-hour energi sama dengan 1000 Watt daya

yang digunakan selama 1 jam

Bola lampu sebesar 100W yang dinyalakan selama 10 jam akan menghabiskan energi sebesar 1 kWh.


Contoh Power Rating Peralatan

Daftar power rating pada peralatan rumah tangga

2500Pemanas air

250Televisi

1800Refrigerator

800Oven microwave

1200Mesin cuci piring

4800Pengering pakaian

2Jam

1300Blow dryer

860Air conditioner

Power Rating (Watt)Peralatan


Contoh Aplikasi kWh

Dalam waktu 24 jam, terdapat beberapa peralatan yang menyaladengan waktu sbb :

Air conditioner : 15 jam

Blow dryer : 10 menit

Jam : 24 jam

Pengering pakaian : 1 jam

Mesin cuci piring : 45 menit

Oven microwave : 15 menit

Refrigerator : 12 jam

Televisi : 2 jam

Pemanas air : 8 jam

Hitung total kilowatt-hour dan tagihan listrik selama 24 jamtersebut. Tarif per-kWh sebesar Rp. 500,-


Jawaban Contoh Aplikasi kWh

Penentuan kWh :

Air conditioner : 0,860 kW x 15 jam = 12,9 kWh

Blow dryer : 1,3 kW x 10 mnt = 1,3 kW x 0,167 j = 0,217 kWh

Jam : 0,002 kW x 24 jam = 0,048 kWh

Pengering pakaian : 4,8 kW x 1 jam = 4,8 kWh

Mesin cuci piring : 1,2 kW x 45 mnt = 1,2 kW x 0,75 j = 0,9 kWh

Oven microwave : 0,8 kW x 15 mnt = 0,8 kW x 0,25 j = 0,2 kWh

Refrigerator : 1,8 kW x 12 jam = 21,6 kWh

Televisi : 0,25 kW x 2 jam = 0,5 kWh

Pemanas air : 2,5 kW x 8 jam = 20 kWh

Total kilowatt-hour selama 24 jam = 61,165 kWh

Tagihan listrik = 61,165 kWh x Rp. 500,- = Rp. 30.582,5,-


Daya pada Rangkaian Listrik

Ketika arus melalui resistansi, terjadi tumbukan elektron yang menimbulkan panas

Terjadi konversi energi listrik menjadi energi termal

Terdapat sejumlah daya yang terdisipasi pada rangkaian listriksebesar :

atau

atau

RIP2=

R

V

R

VVVIP

2

=

==

VIIIRIRI

RIIRIP

===

×==

)()(

)(2

Ketiga persamaan daya ini disebut hukum Watt


Contoh Aplikasi Daya

Hitung daya ketiga rangkaian berikut :


Rating Daya Resistor


Rating Daya

Rating daya adalah banyaknya daya maksimum yang dapatdidisipasi oleh resistor tanpa mengalami kerusakan akibat terlalupanas

Rating daya tidak bergantung pada nilai ohmic, tetapi padakomposisi fisik, ukuran dan bentuk resistor

Semakin besar luas penampang resistor, semakin besar daya yang dapat didisipasi

Luas penampang (surface area sama

dengan panjang (length) dikalikan

dengan keliling (circumference)


Rating Daya Resistor

Metal-film resistor memilikirating daya 1/8W, 1/4W, 1/2W dan 1W

Wirewound resistor memilikipower rating lebih dari225W


Memilih Rating Daya

Pada rangkaian, rating daya resistor harus lebih besar dari dayamaksimum yang akan dihadapi

Umumnya dipilih nilai yang lebih tinggi

Misalnya, pada suatu aplikasi suatu resistor mendisipasi 0,75W, makaratingnya harus lebih tinggi, yaitu 1W.

Pilih rating daya untuk setiap resistor berikut (1/8W, 1/4W, 1/2W atau 1W) :

Berarti dipilih resistor 1 W Dipilih resistor 1/8 W (0,125 W)


Kegagalan Resistor

Ketika daya terdisipasi pada resistor melebihi ratingnya, resistor dapat menjadi terlalu panas (overheated) dan rusak

Tentukan apakah resistor dari setiap rangkaian berikutkemungkinan dapat rusak akibat overheating :

rusak rusaknormal


Power Supply


Power Supply

Blok diagram power

supply yang terhubungdengan beban (mis. bola lampu ataukomputer)

Menghasilkan tegangan pada kedua terminal output danmenyediakan arus ke beban

Hasil kali IVout adalah banyaknya daya yang dihasilkan power supply dan dikonsumsi oleh beban

Power supply dapat berbentuk batere hingga rangkaianelektronika yang teregulasi


Rating Ampere-hour Batere

Batere memiliki kapasitas tertentu yang membatasi lamanya bateredapat menghasilkan daya ke rangkaian

Kapasitas diukur dalam ampere-hour (Ah)

Ampere-hour

Lamanya waktu yang dapat batere sediakan untuk memberikansejumlah arus ke beban pada tegangan tertentu

Satu ampere-hour berarti batere dapat menyediakan arus satu ampere ke beban selama satu jam pada tegangan tertentu

Batere yang sama dapat menyediakan arus dua ampere selamasetengah jam

Umumnya batere dijual dengan tingkat arus dan tegangan tertentu

Batere mobil 12V 70Ah pada 3,5 A = dapat men-supply selama 20 jam


Troubleshooting


Troubleshooting

Pengertian :

Aplikasi kemampuan berfikir logika, yang dikombinasikan dengan pengetahuan menyeluruhcara kerja suatu sistem, untuk memperbaiki bilaterjadi kerusakan pada sistem

Tiga langkah pendekatan dasar trobleshooting :

Analisis (analysis)

Perencanaan (planning)

Pengukuran (measuring)

Disebut pendekatan APM


Analisis

Analisis

Analisis fakta atau gejala kegagalan.

Analisis dimulai dengan membuat pertanyaan :

Apakah rangkaian pernah berfungsi ?

Jika rangkaian pernah berfungsi, pada kondisi apa rangkaiantersebut gagal berfungsi ?

Apa gejala dari kegagalan ?

Apa penyebab kegagalan yang mungkin ?


Perencanaan dan Pengukuran

Perencanaan

Memformulasikan rencana logis untuk mengatasimasalah

Bila rencana baik, akan banyak menghemat waktu Jika cara kerja rangkaian belum diketahui, pelajari diagram atau

skematik rangkaian, instruksi operasi dan informasi lain yang berkaitan.

Lebih baik lagi bila ada skematik dengan tanda tegangan padabeberapa test point

Pengukuran

Dilakukan untuk mempersempit alternatif kemungkinankegagalan yang mungkin


Contoh Troubleshooting

Rangkaian lampu dekorasi

Terdiri dari 8 buah lampu yang tersusun seri, sumber tegangan120 V

Masalah yang terjadi :

Pada awalnya rangkaian bekerja dengan baik, tetapi sekarangtidak berfungsi sama sekali setelah dipindahkan ke lokasi baru


Tahap Analisis

Analisis situasi : Rangkaian bekerja baik sebelum dipindahkan, masalah yang

mungkin adalah tidak ada tegangan pada lokasi yang baru

Kemungkinan ada kawat terputus ketika dipindahkan

Kemungkinan ada bola lampu yang terbakar atau terlepas darisoket-nya

Berdasarkan pemikiran ini, diperoleh berbagaikemungkinan penyebab dan kegagalan yang terjadi.

Proses berfikir dilanjutkan : Kenyataan rangkaian pernah bekerja menghilangkan

kemungkinan bahwa rangkaian tidak terangkai dengan baik

Jika kegagalan terjadi akibat ada jalur terbuka, dimungkinkanoleh adanya lebih dari satu kawat terbuka atau bola lamputerbakar


Tahap Perencanaan

Pertama : ukur tegangan pada lokasi baru

Jika ada tegangan, masalah ada pada rangkaian lampu

Jika tidak ada tegangan, cek circuit breaker pada kotakdistribusi

Sebelum me-reset circuit breaker, pikirkan dahulu mengapabreaker mengalami ‘trip’

Misalkan, masalah pada rangkaian lampu

Kedua : memilih antara mengukur resistansi rangkaianatau mengukur tegangan lampu

Pemilihan berdasarkan kemudahan melakukan pengujian

Seringkali kita perlu menambahkan atau mengubah rencana ditengah jalan

Memilih mengukur resistansi lampu


Tahap Pengukuran

Gunakan multimeter untuk mengukur tegangan padalokasi baru

Misalkan terukur 120 V

Kemungkinan tidak ada tegangan dihilangkan

Kemungkinan yang tersisa yaitu adanya jalur terbuka padarangkaian (lampu terbakar, soket lampu rusak, kawat putus)

Cari jalur terbuka tersebut dengan mengukur resistansimenggunakan multimeter

Gunakan metoda half-splitting

Mengukur resistansi setengah rangkaian, bukan resistansi setiaplampu

Dapat menghemat waktu dan tenaga


Tahap Pengukuran

Metoda half-splitting


Masalah pada Troubleshooting

Seringkali terjadi trobleshooting yang lebih rumit Tahap analisis dan perencanaan merupakan hal penting agar

troubleshooting dapat efektif

Setelah pengukuran dilakukan, seringkali perencanaan berubah

Pada beberapa kasus, biaya troubleshooting dan perbaikansebanding dengan biaya penggantian

Mengukur V, R atau I ? Mengukur tegangan : voltmeter dipasang paralel dengan

komponen → mudah dilakukan

Mengukur resistansi : hubungkan ohmmeter pada komponen, setelah komponen dilepas dari rangkaian → sulit

Mengukur arus : pasang ammeter seri dengan komponen, searah dengan jalur arus. Jalur harus dilepas dulu sebelummengukur → paling sulit dilakukan

3 - Hukum Ohm

Documents

Transcript of 3 - Hukum Ohm