33154569 pkdle-pengenalan-konsep-dasar-listrik-elektronika

download 33154569 pkdle-pengenalan-konsep-dasar-listrik-elektronika

of 82

  • date post

    30-Jun-2015
  • Category

    Education

  • view

    3.841
  • download

    8

Embed Size (px)

Transcript of 33154569 pkdle-pengenalan-konsep-dasar-listrik-elektronika

  • 1. Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika 11. PENERTIAN DASAR (TENAGA) LISTRIKTujuan Khusus PembelajaranTujuan khusus dari pembelajaran 1 ini peserta dapat : 1. Menjelaskan perbedaan antara atom dan elektron 2. Mengetahui sifat-sifat muatan listrik (pembawa muatan) 3. Memahami konsep dasar tentang arus, tegangan dan tahanan listrik1.1 ATOM DAN ELEKTRONKita potong-potong suatu benda padat, misalnya tembaga, kedalambagian-bagian yang selalu lebih kecil, dengan demikian maka padaakhirnya kita dapatkan suatu atom. Kata atom berasal dari bahasa Yunanidan berarti tidak dapat dibagi.Dalam beberapa waktu kemudian barulah dapat ditemukan buktinyamelalui percobaan, bahwa benda padat tersusun atas atom. Dari banyakhasil percobaan ahli fisika seperti Rutherford dan Bohr menarikkesimpulan, bahwa suatu atom harus tersusun mirip seperti sistim tatasurya kita (gambar 1.1).PlanetLintasan planetMatahariGambar 1.1Model sistim tata suryaDari gambaran model ini atom terdiri atas matahari sebagai inti atom dandisekitar inti pada lintasan berbentuk lingkaran atau ellips beredar planetsebagai elektron-elektron. Lintasannya mengelilingi inti dan membentuksesuatu yang disebut dengan kulit elektron (gambar 1.2). First | Semester

2. 2 Pengenalan Konsep Dasar Listrik & ElektronikaElektronInti atom LintasanGambar 1.2 Model atomElektron-elektron pada kulit terluar disebut elektron valensi, merekaterletak paling jauh dari inti dan oleh karena itu paling baik untukdipengaruhi dari luar.1.2 MUATAN LISTRIK - PEMBAWA MUATANElektron mengelilingi inti atom dengan kecepatan yang sangat tinggi (2200 km/det.). Pada gerakan melingkar, meski berat elektron tidakseberapa, maka disini harus bertindak suatu gaya sentrifugal yang relatipbesar, yang bekerja dan berusaha untuk melepaskan elektron keluar darilintasannya. Sekarang tenaga apakah yang menahan elektron tetap padalintasannya mengitari inti ?Tenaga yang menahan bumi tetap pada lintasannya adalah grafitasi.Grafitasi antara elektron-elektron dan inti atom belum mencukupi,sebagaimana terbukti secara perhitungan, dan tid ak dapat menahanelektron-elektron yang terjauh untuk tetap pada lintasannya. Oleh karenaitu disini harus bertindak suatu tenaga lain, yaitu tenaga listrik.Diantara inti atom dan elektron terdapat tenaga listrik.Tenaga listrik semacam ini sederhana me mbuktikannya. Kita gosokkanpenggaris mika (bahan sintetis/plastik) dengan suatu kain wol, maka padabahan ini bekerja suatu gaya tarik terhadap kertas, yang pada prinsipnyalebih besar daripada tenaga grafitasi.First | Semester 3. Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika 3Yang bertanggung jawab terhadap tenaga listrik kita sebut muatan listrik.Terhadap inti atom, elektron bersifat menjalankan suatu tenaga listrik.Jadi elektron memiliki muatan listrik. Kita katakan elektron sebagai suatupembawa muatan.Oleh karena inti atom juga mempunyai sifat menjalankan tenaga listrik,maka inti atom juga mempunyai muatan listrik.Hal ini terbukti bahwa elektron-elektron tidak saling tarik-menarik,melainkan tolak-menolak. Demikian pula tingkah laku inti atom (gambar1.3)abcInti atom ElektronElektron-elektron Inti-inti atom Gambar 1.3 Efek dinamis anta ra a) inti atom dan elektron b) elektron-elektron c) inti-inti atomOleh karena elektron-elektron saling tolak-menolak, inti atom dan elektronsaling tarik-menarik, maka inti atom harus berbeda muatan denganelektron, artinya membawa suatu jenis muatan yang berbeda denganmuatan elektron.Muatan inti atom dinamakan muatan positip dan muatan elektrondinamakan muatan negatip. Dengan demikian untuk muatan listrikberlaku :Muatan-muatan yang sama saling tolak-menolak, muatan-muatan yangberbeda saling tarik-menarik. --+ ++-MuatanMuatan Muatannegatip positiptidak samaGambar 1.4 Efek dinamis muatan-muatan listrikFirst | Semester 4. 4 Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika1.2.1 Ato m netral - Susunan atomAtom hidrogen memperlihatkan susunan yang paling sederhana. Terdiriatas sebuah elektron dan sebuah proton (biasa disebut inti atom).Elektron sebagai pembawa muatan listrik terkecil dinamakan muatanelementer. Elektron adalah pembawa muatan elementer negatip, proton merupakan pembawa muatan elementer positip.a b ElektronElektron Netron + + Proton++ + + Proton LintasanGambar 1.5 Gambar skema atom: a) atom hidrogen b) atom karbonMuatan elementer negatip elektron sama besarnya dengan muatanelementer positip proton. Oleh karenanya muatan-muatan atom memilikipengaruh yang persis sama. Atom secara listrik bersifat netral. Atom netral terdiri atas muatan positip yang sama banyaknya dengan muatan negatip.Atom karbon misalnya memiliki 6 elektron dan juga 6 proton. Selainproton inti atom juga mengandung bagian yang secara listrik bersifatnetral, yang biasa disebut dengan netron. Proton dan netron menentukanberat atom yang sebenarnya .Atom yang lain semuanya berjumlah 103 buah dengan susunan yanghampir sama. Pembagian elektron pada lintasan elektron berdasarkanFirst | Semester 5. Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika 5pada aturan tertentu. Namun jumlah elektron tetap selalu sama denganjumlah proton.1.2.2 IonAtom kehilangan sebuah elektron, dengan demikian maka atom tersebutmemiliki lebih banyak muatan positipnya daripada muatan negatip. Atomyang secara utuh bermuatan positip, melaksanakan suatu reaksi listrik,yaitu menarik muatan negatip.Atom yang ditambah/diberi sebuah elektron, maka secara utuh diabermuatan negatip dan menarik muatan positip.Atom yang bermuatan seperti ini sebaliknya dapat juga menarik muatanyang berbeda, berarti atom tersebut bergerak. Atas dasar inilah makaatom seperti ini dinamakan ion (ion = berjalan, bhs. Yunani).Atom bermuatan positip maupun negatip atau kumpulan atom disebution. - --- + + +Atom netralIon positipIon negatip Gambar 1.6 Skema pembentukan ionDapat disimpulkan bahwa : Kelebihan elektron menghasilkan muatan negatip, kekurangan elektron menghasilkan muatan positip.1.3 Arus listrik Arus listrik pada dasarnya merupakan gerakan muatan secara langsung. First | Semester 6. 6 Pengenalan Konsep Dasar Listrik & ElektronikaPembawa muatan dapat berupa elektron-elektron maupun ion-ion.Aruslistrik hanya dapat mengalir pada bahan yang didalamnya tersediapembawa muatan dengan jumlah yang cukup dan bebas bergerak.1.3.1 Penghantar, bukan penghantar, semi penghantar1.3.1.1 Penghantar - Mekanisme penghantarBahan yang memiliki banyak pembawa muatan yang bebas bergerak dinamakan penghantar.Kita bedakan antara :Penghantar elektronYang termasuk didalamnya yaitu logam seperti misalnya tembaga,alumunium, perak, emas, besi dan juga arang.Atom logam membentuk sesuatu yang disebut struktur logam. Dimanasetiap atom logam memberikan semua elektron valensinya (elektron-elektron pada lintasan terluar) dan juga ion-ion atom positip.++ + - - -++ + - -++ + - - - - -++ + - -++ + - - - -++ + Ion-ion atom Elektron-elektron bebas Gambar 1.7 Kisi-kisi ruang suatu logam dengan awan elektronIon-ion menempati ruang dengan jarak tertentu serta sama antara satudengan yang lain dan membentuk sesuatu yang disebut dengan kisi-kisiruang atau pola geometris atom-atom (gambar 1.7).Elektron-elektron bergerak seperti suatu awan atau gas diantara ion-ionyang diam dan oleh karenanya bergerak relatip ringan didalam kisi-kisiruang.First | Semester 7. Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika7Elektrontersebutdikenalsebagai elektron bebas. Awanelektronbermuatan negatip praktis termasuk juga didalamnya ion-ion atom yangbermuatan positip.Sepotong tembaga dengan panjang sisinya 1 c m memiliki kira-kira 1023(yaitu satu dengan 23 nol) elektron bebas. Melalui tekanan listrik denganarah tertentu, yang dalam teknik listrik dikenal sebagai tegangan,elektron-elektron bebas dalam penghantar digiring melalui kisi-kisi (gb.1.8). Dengan demikian elektron-elektron penghantar mentransfer muatannegatipnya dengan arah tertentu. Biasa disebut sebagai arus listrik.Dapat disimpulkan bahwa :Arus listrik (arus elektron) dalam suatu penghantar logam adalah merupakan gerakan elektron bebas pada bahan penghantar dengan arahtertentu. Gerakan muatan tidak mengakibatkan terjadinya perubahan karakteristik bahan.- --++ + ++ -- --Tekanan listrik++ + +(Tegangan)+-- -++ +++- -- -Ion atom Elektron-elektron bebas Gambar 1.8 Mekanisme penghantar logamKecepatan arus tergantung pada rapat arus (lihat bagian 3.6). Penghantarlogam dengan beban biasa maka kecepatan elektronnya hanya sebesar3mm/detik, tetapigerakanelektrontersebutmenyebarkanimpulstumbukan mendekati dengan kecepatan cahaya c=300.000 km/detik. Olehkarenanya dibedakan disini antara kecepatan impuls dan kecepatanelektron.Contoh :First | Semester 8. 8 Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektronika 1.Berapa lama waktu yang dibutuhkan oleh elektron pada suatu penghantar kawat untuk kembali ke tempatnya semula ? Panjang kawat =1200 m dengan kecepatan sedang =3 mm/s 2.Berapa lama waktu yang dibutuhkan impuls untuk jarak yang sama ? Jawaban : 1. Kecepatan : waktu : 2.Penghantar ionTermasuk disini yaitu elektrolit (zat cair yang menghantarkan arus),peleburan (misal peleburan alumunium) dan ionisasi gas. Sebagaipembawa muatan dalam hal ini adalah ion positip dan ion negatip. Biasadisebut sebagai arus ion.Arus listrik (arus ion) didalam suatu elektrolit, peleburan atau ionisasi gas adalah merupakan gerakan terarah ion-ion bahan/zat cair. Dalam hal ini termasuk juga sebagai transfer bahan/zat.1.3.1.2 Bukan penghantarBahan yang hanya memiliki sedikit pembawa muatan dan terikat dalammolekul tersendiri, dinamakan bahan bukan penghantar.Termasuk dalam hal ini yaitu bahan padat, seperti bahan sintetis, karet,kaca, porselen, lak, kertas, sutera, asbes, dan zat cair, seperti air murni,oli, fet, dan juga ruang hampa termasuk disini gas (juga udara) denganaturan tertentu. Bahan-bahan tersebut sebagian juga dikenal sebagaibahan isolasi, dengan demikian maka dapat mengisolasi bahan yangberarus listrik.First | Semester 9. Pengenalan Konsep Dasar Listrik & Elektroni