MODUL

PENGANTAR ELEKTRONIKA TEKNIK

Diambil dari Anggi Rachmad dengan perubahan

“BESARAN LISTRIK DAN HUKUM OHM”

“RANGKAIAN SERI DAN PARALEL”

Disusun oleh

ARDYANTO JATMIKO

5215120373

Pendidikan Teknik Elektronika

Jurusan Teknik Elektro

Universitas Negeri Jakarta

A. BESARAN LISTRIK

Di bidang kelistrikan akan sering dijumpai besaran-besaran listrik yang

beberapa diantaranya akan dijelaskan dalam modul ini seperti tegangan, arus, dan

hambatan.

1. Tegangan Listrik

Pada sebuah sumber tegangan listrik, misalnya baterai terdapat dua buah titik

atau tempat yang mempunyai muatan yang berbeda, yaitu yang satu bermuatan

positif dan yang satu bermuatan negatif. Satu titik mempunyai potensial tinggi dan

yang satu memiliki potensial rendah.

Selisih potensial diantara dua buah titik pada sebuah sumber tegangan disebut

tegangan listrik. Tegangan listrik juga sering disebut beda potensial. Apabila

kutub positif dan kutub negatif sebuah baterai dihubungkan dengan penghantar,

maka akan terjadi aliran elektron dari kutub negatif ke kutub positif.

Makin lama antara titik P dan Q tidak lagi ada perbedaan potensial, dapat

dikatakan baterai itu telah habis. Baterai yang sudah habis, tidak mempunyai

tegangan listrik dan tidak lagi dikatakan sebagai sumber tegangan listrik.

Tegangan listrik dinyatakan dengan satuan Volt (V).

Tergantung pada perbedaan potensial listriknya, suatu tegangan listrik dapat

dikatakan sebagai ekstra rendah, rendah, tinggi atau ekstra tinggi. Secara definisi

tegangan listrik menyebabkan obyek bermuatan listrik negatif tertarik dari tempat

bertegangan rendah menuju tempat bertegangan lebih tinggi. Sehingga arah arus

listrik konvensional di dalam suatu konduktor mengalir dari tegangan tinggi

menuju tegangan rendah.

Alat yang dipergunakan untuk mengukur besar tegangan listrik, antara lain:

voltmeter dan osiloskop. Voltmeter bekerja dengan cara mengukur arus dalam

sirkuit ketika dilewatkan melalui resistor dengan nilai tertentu. Sesuai hukum

Ohm, besar tegangan sebanding dengan besar arus untuk nilai resistansi sama.

Sedang osiloskop bekerja dengan cara menggunakan tegangan yang diukur untuk

membelokkan elektron di layar monitor, sehingga di layar akan tercipta grafik dari

elektron yang telah dibelokkan. Grafik ini sebanding dengan besar tegangan yang

diukur.

2. Arus Listrik

Arus listik adalah muatan listrik yang mengalir tiap detik. Pada sumber

tegangan listrik bila diantara kutub-kutubnya disatukan dengan penghantar

memungkinkan terjadinya aliran electron dari kutub negative ke kutub positif.

Arus listrik dinyatakan dengan satuan Ampere (A) dan diberi lambang I

(intencity).

Arus listrik merupakan satu dari tujuh satuan pokok dalam satuan

internasional. Satuan internasional untuk arus listrik adalah Ampere (A). Secara

formal satuan Ampere didefinisikan sebagai arus konstan yang bila dipertahankan

akan menghasilkan gaya sebesar 2 x 10-7 Newton/meter di antara dua penghantar

lurus sejajar, dengan luas penampang yang dapat diabaikan, berjarak 1 meter satu

sama lain dalam ruang hampa udara.

Aliran electron inilah yang disebut dengan arus listrik.. Hal ini timbul

kerancuan antara arah aliran electron dan arah arus listrik. Akhirnya disepakati

bahwa:

a). Arah aliran electron dari negative ke positif.

b). Arah arus listrik dari positif ke negative.

Arus listrik dibedakan menjadi dua macam, yaitu:

A. Arus Searah (DC: Direct Current)

Arus searah (DC) adalah aliran elektron dari suatu titik yang energi

potensialnya tinggi ke titik lain yang energi potensialnya lebih rendah. Sumber

arus listrik searah biasanya adalah baterai (termasuk aki dan Elemen Volta) dan

panel surya. Arus searah biasanya mengalir pada sebuah konduktor, walaupun

mungkin saja arus searah mengalir pada semi-konduktor, isolator, dan ruang

hampa udara

Arus searah dulu dianggap sebagai arus positif yang mengalir dari ujung

positif sumber arus listrik ke ujung negatifnya. Pengamatan-pengamatan yang

lebih baru menemukan bahwa sebenarnya arus searah merupakan arus negatif

(elektron) yang mengalir dari kutub negatif ke kutub positif. Aliran elektron ini

menyebabkan terjadinya lubang-lubang bermuatan positif, yang "tampak"

mengalir dari kutub positif ke kutub negatif.

Penyaluran tenaga listrik komersil yang pertama (yang dibuat oleh Thomas

Edison di akhir abad ke 19) menggunakan listrik arus searah. Karena listrik arus

searah lebih mudah digunakan dibandingkan dengan listrik arus bolak-balik untuk

transmisi (penyaluran) dan pembagian tenaga listrik, di zaman sekarang hampir

semua transmisi tenaga listrik menggunakan listrik arus bolak-balik.

Gb. Grafik arus DC

B. Arus Bolak-balik (AC: Alternating Current)

Arus bolak-balik adalah arus yang besarnya berubah ubah setiap saat dan

diperoleh dari sumber tegangan listrik bolak-balik, misalnya generator. Arus

bolak-balik memiliki besar arus dan arah arus berubah-ubah secara bolak-balik.

Berbeda dengan arus searah dimana arah arus yang mengalir tidak berubah-ubah

dengan waktu. Bentuk gelombang dari listrik arus bolak-balik biasanya berbentuk

gelombang sinusoida, karena ini yang memungkinkan pengaliran energi yang

paling efisien. Namun dalam aplikasi-aplikasi spesifik yang lain, bentuk

gelombang lain pun dapat digunakan, misalnya bentuk gelombang segitiga

(triangular wave) atau bentuk gelombang segi empat (square wave).

Secara umum, listrik bolak-balik berarti penyaluran listrik dari sumbernya

(misalnya PLN) ke kantor-kantor atau rumah-rumah penduduk. Namun ada pula

contoh lain seperti sinyal-sinyal radio atau audio yang disalurkan melalui kabel,

yang juga merupakan listrik arus bolak-balik. Di dalam aplikasi-aplikasi ini,

tujuan utama yang paling penting adalah pengambilan informasi yang termodulasi

atau terkode di dalam sinyal arus bolak-balik tersebut.

Gb. Grafik Arus AC

Alat ukur yang digunakan untuk mengukur arus listrik disebut

Amperemeter.

3. Hambatan Listrik

Arus yang mengalir pada suatu penghantar pada prinsipnya tidak mengalir

begitu saja, tetapi mendapat perlawanan atau hambatan. Sedangkan besar kecilnya

hambatan tergantung dari jenis dan bahan penghantar yang digunakan.

Besarnya hambatan dinyatakan dengan satuan ohm (Ω)dan diberi lambang

huruf R (resistance). Besar kecilnya hambatan dipengaruhi oleh:

a). Luas Penampang

b). Panjang Penghantar

c). Jenis Penghantar

Hubungan antara hambatan (R), Hambatan jenis (ρ), Panjang penghantar (l),

dan luas penampang (A), dapat ditulis dengan rumus:

R= ρ xlA

Keterangan: R = hambatan (ohm)

L = Panjang penghantar (m)

ρ = hambatan jenis (ohm.mm2/m)

A = luas penampang (mm2)

Contoh:

Hitung besar hambatan pada kawat nikelin yang panjangnya 100 m dengan

hambatan jenis 0,4 ohm.mm2/m dan luas penampang 0,25 mm2!

Jawab:

Diketahui: l = 100 m

ρ = 0,4 ohm.mm2/m

A = 0,25 mm2

Ditanya: R = . . . . ?

Jawab: R = ρ xlA

= 0,4 x100

0,25

= 160 Ω

Daftar hambatan jenis beberapa konduktor

B. Hukum Ohm

Hukum Ohm ditemukan oleh John Simon Ohm. Bunyi dari hukum ohm adalah

“Besar arus listrik yang mengalir pada penghantar berbanding lurus dengan

tegangan dan berbanding terbalik dengan hambatannya.”

Jika tegangan (V), kuat arus (I), dan hambatan (R) maka hukum ohm dapat

ditulis dengan rumus:

Keterangan: I = Ampere (A)

V = Volt (V)

R = Ohm (Ω)

Contoh 1.

Hitung besar tegangan suatu instalasi listrikyang mempunyai hambatan 80 Ω

dan arus yang mengalir 2,5 Ampere!

Jawab:

Diketahui: R = 80Ω Ditanya: V = . . . ?

I = 2,5 A

Jawab: V = I . R

Bahan Hambatan Jenis

Tembaga

Nikel

Nikelin

Perak

Besi

Aluminium

Air Raksa

Emas

0,0175

0,13

0,40

0,016

0,135

0,029

0,942

0,022

I = VR

= 2,5 . 80 = 200 Volt

Contoh 2

Sebuah lampu pijar mempunyai hambatan sebesar 1K Ω dipasang pada

tegangan 220 Volt. Hitung besar arus yang mengalir pada lampu tersebut.

Jawab:

Diketahui: R = 1KΩ ; Ditanya: I = . . . ?

V = 220V

Jawab: I = VR

= 220

1000

= 0,22 Ampere

= 220 mA

Beberapa satuan yang sering digunakan dalam elektronika:

Tera (T) = 1.000.000.000.000 atau 1012

Giga (G) = 1.000.000.000 atau 109

Mega (M) = 1.000.000 atau 106

Kilo (K) = 1.000 atau 103

Milli (m) = 1/1.00 atau 10-3

Micro (µ) = 1/1.000.000 atau 10-6

Nano (n) = 1/1.000.000.000 atau 10-9

Pico (p) = 1/1.000.000.000.000 atau 10-12

C. Rangkaian Seri Dan Paralel

1. RANGKAIAN SERI

Jika dua buah resistor dihubungkan secara segaris (seri), apa yang akan terjadi pada tahanannya? Berubah? Atau justru malah tetap? Dengan i yang mengalir di kedua resistor, maka kita dapat menggunakan Hukum Ohm untuk tiap resistor.

v1=i R1; v2=¿ i R2¿

Karena dalam rangkaian seri hanya terdapat satu jalur, maka kuat arus yang mengalir tiap resistor adalah sama, sehingga besarnya hambatan tiap resistor memengaruhi besarnya tegangan di masing-masing resistor. Sehingga vtotal adalah v1 + v2.

v total=v1+v2

v total=i ( R1+R2)

i=v total

R1+R2

R1+R2=v total

i, karena

vi=R , maka

R=R ekuivalen=Rpengganti=R1+R2

Rpengganti tahanan yang setara dengan R1 + R2. Sehingga untuk N resistor adalah

Rekuivalen=R1+R2+…RN=∑n=1

N

Rn

2. RANGKAIAN PARALEL

Jika pada rangkaian seri hanya terdapat satu jalur, maka pada rangkaian paralel jalur tersebut terbagi menjadi beberapa cabang. Sehingga dengan Hukum II Kirchoff, didapat bahwa tegangan v pada rangkaian adalah sama, dan dengan Hukum I Kirchoff, didapat bahwa arus di tiap percabangan berbeda sesuai nilai resistansi resistor.

LEMBAR KERJA SISWA

1. Hitunglah Rseri dan arus i yang mengalir!

2. Jelaskan pengertian dari tegangan, arus, dan hambatan!3. Hitunglah arus yang mengalir jika R1 = 2 ohm diparalel dengan R2 = 6 ohm,

lalu diseri dengan R3 = 8 ohm dengan tegangan 3 V!

JAWABAN

1. Dengan menggunakan rumus:Rs=R 1+R 2+R 3=2+8+5=15Ω

i= VRs

= 615

=0,4 A

Dengan menggunakan software Livewire Professional Edition.2.

3.4.5.6.7.8.

2. Pengertian tegangan, arus, dan hambatana. Tegangan : selisih potensial diantara dua buah titik pada sebuah sumber

tegangan.b. Arus : banyaknya muatan listrik yang mengalir tiap detik.c. Hambatan : besarnya tahanan pada arus listrik yang mengalir.

3. Diketahui: ; Ditanya: i?R1 = 2 ΩR2 = 6 ΩR3 = 8 ΩV = 3 VJawab:

Dengan rumus:1

Rp=1

2+ 1

6=4

6Rp=0,6Ω

Rs=Rp+R 3=0,6+8=8,6 Ω

i= VRs

= 38,6

=0,34 A