LISTRIK DASAR

Disusun Oleh: Anggi Rachmad

Nomor Registrasi: 5215120370Program Studi: Pendidikan Teknik Elaktronika

UNIVERSITAS NEGERI JAKARTA

Kata Pengantar

Dengan adanya perkembangan teknologi yang semakin pesat, serta memperhatikan tahap perkembangan mahasiswa dan kesesuaian dengan lingkungan, maka kalangan pendidik perlu memberi bekal kepada anak didik, sehingga dengan bekal keterampilan diharapkan para anak didik dapat menolong dirinya sendiri maupun orang lain dalam kehidupan mendatang.

Teknologi Elektronika telah merambah ke seluruh tanah air dan seluruh pelosok negeri baik didaerah maupun diperkotaan. Oleh karena itu, ilmu Keterampilan Elektronika sangat perlu diberikan kepada anak didik baik yang berada didaerah maupun diperkotaan. Ilmu Keterampilan Elektronika memberi batasan pengetian, kemudian dituangkan dalam garis – garis besar program pengajaran yang dijabarkan selanjutnya siap untuk diajarkan.

Modul ini disusun khusus untuk mempelajari ilmu elektronika dasar. Penyusun berharap dapat memberikan bekal pengetahuan dan keterampilan kepada guru, anak didik pada khususnya serta masyarakat pada umumnya. Akhir kata, semoga modul ini bermanfaat bagi para pembaca khususnya peserta didik dan para penggemar elektronika pada umumnya.

Jakarta, 10 Oktober 2012

Anggi Rachmad

2

Daftar Isi

Kata Pengantar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

Daftar Isi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

A. Kelistrikan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4B. Pengertian Listrik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

1. Teori Elektron . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52. Struktur Atom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63. Elektron Bebas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64. Konduktor, Isolator, Dan Semikonduktor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

C. Besaran Listrik. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71. Tegangan Listrik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

2. Arus Listrik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83. Hambatan Listrik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

D. Hukum Ohm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

E. Daya Listrik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

Lembar Soal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

Jawaban . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

3

A. Kelistrikan

Kelistrikan adalah sifat benda yang muncul dari adanya muatan listrik. Listrik, dapat juga diartikan sebagai berikut:

1. PENGERTIAN LISTRIK

Listrik adalah gerakan electron yang sifatnya sesaat maupun berkelanjutan (kontinyu). Gerakan electron yang sifatnya sesaat sering disebut listrik statis (misalnya petir), dan gerakan electron yang kontinyu sering disebut listrik dinamis atau lstrik mengalir.

Gb. Listrik Statis

Perpindahan Elektron ke intinya dari kutub – ke kutub +

4

Gb. Listrik Dinamis

2. Teori Elektron

Dalam pelajaran fisika (ilmu alam), telah kita kenal bahwa di alam ini ada tiga macam jenis benda atau zat, yaitu benda padat, benda cair, dan benda gas. Jenis – jenis benda itu dapat kita bagi lagi menjadi bagian - bagian yang sangat kecil yang tidak dapat dilihat lagi dengan mata telanjang.

Bagian dari zat ini walaupun sangat kecil masih mempunyai sifat zat itu yaitu molekul. Ternyata molekul masih dapat dibagi lagi menjadi bagian – bagian yang disebut atom. Jumlah atom pada tiap – tiap molekul untuk masing – masing zat tidak sama.

Contoh:Molekul air terdiri dari dua atom hydrogen dan satu atom oksigen yang saling mengikat.Molekul air biasanya dinyatakan dengan H2O.

Atom hydrogen dan atom oksigen merupakan dua zat yang sangat jauh sifatnya bila dibandingkan dengan air. Hidrogen merupaakan zat yang sangat ringan sedangkan oksigen merupakan zat yang mudah terbakar.

Pada jaman atom orang berpendapat bahwa atom tidak dapat dibagi lagi (atom berasal dari kata atomos yang artinya tidak dapat dibagi). Akan tetapi kemajuan ilmu pengetahuan membuktikan bahwa atom dapat dibagi lagi menjadi tiga bagian yaitu:

a. Protonb. Elektronc. Neutron

5

O HH

Sebuah atom terdiri dari inti atom yang didalamnya memuat proton dan neutron serta dikelilingi oleh satu atau lebih electron – electron. Proton merupakan bagian dari atom yang bermuatan positif, electron bermuatan negative, dan neutron tidak bermuatan atau netral.

6

3. STRUKTUR ATOM

Elektron – electron berputar mengelilingi inti atom sesuai orbit (garis edar) masing – masing. Semua electron terikat oleh inti atom yang bermuatan positif. Menurut penelitian, tiap atom terdapat tujuh orbit electron yang disebut dengan kulit/ orbit K, L, M , N, O, P, dan R.

Jumlah elektron masing – masing orbit tidak sama.

Kulit K maksimal 2 elektron

Kulit L maksimal 8 elektron

Kulit M maksimal 18 elektron

Kulit N maksimal 32 elektron

Kulit O maksimal 32 elektron

Kulit P maksimal 18 elektron

Kulit R maksimal 2 elektron

Elektron yang berada pada orbit K ikatan intinya paling kuat. Sedangkan electron yang berada di orbit R ikatan intinya paling lemah.

4. ELEKTRON BEBAS

Elektron yang berada pada orbit paling luar, karena ikatan intinya lemahapabila terkena pengaruh dari luar misalnya dipukul, terkena gesekan, panas, atau proses kimia,maka akan mudah berpindah dari satu atom ke atom lain. Electron semacam ini disebut electron bebas.

Ion Positif, Ion Negatif, dan Ion Netral

Karena pengaruh dari luar, electron pada sebuah atom akan dapat berpindah ke atom yang lain, akibatnya satu atom kekurangan electron dan tom yang lain kelebihan electron.

7

Keterangan:

A = Atom netral karena jumlah proton sama dengan jumlah electron

B = Atom positif karena jumlah proton lebih banyak dari pada jumlah electron

C = Atom negatif karena jumlah elektron lebih banyak dari pada jumlah proton

5. KONDUKTOR, ISOLATOR, DAN SEMIKONDUKTOR

Jumlah electron bebas tiap atom pada suatu zat tidak sama. Zat yang memiliki jumlah electron terbanyak merupakan zat konduktor. Contoh: besi, seng, tembaga.

Zat yang tidak memiliki jumlah electron merupakan zat isolator. Contoh: plastic, mika, kayu.

Sedangkan zat setengah penghantar atau atau zat dalam keadaan tertentu sebagai isolator tetapi dalam keadaan yang lain dapat menjadi penghantar dissebut zat semikonduktor.

B. BESARAN LISTRIKDalam dunia kelistrikan banyak kita jumpai besaran-besaran listrik. Besaran yang akan

dibahas adalah tegangan listrik, arus listrik, hambatan listrik, dan daya listrik.

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.

8

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.

9

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)

10

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 Ampere meter.

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

11

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

12

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

C. 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

V = Volt

R = Ohm

► 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

= 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 = . . . ?

13

I = VR

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) = 1/1.000 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

D. Daya Listrik

Yang dimaksud dengan daya listrik adalah usaha listrik yang dilakukan setiap satu detik. Usaha listrik merupakan perkalian antara tegangan, arus, dan waktu. Dengan demikian maka

Daya listrik = tegangan X arus X detik

detik = tegangan X arus.

Daya listrik dinyatakan dengan satuan watt dan diberi lambang P (Power). Rumus daya listrik adalah hasil kali antara tegangan dan kuat arus.Atau:

Jika V = I . R maka P = V . I P = I . R . I

14

I = PV

P = V . I

I = VR maka P = V . I

P = V . VR

Keterangan :

P = Daya Listrik (Watt) R = Hambatan (ohm)

I = Kuat Arus (A) V = Tegangan (volt)

Contoh:

Sebuah setrika listrik dipasang pada tegangan 200 volt dengan kuat arus 1,5 A. Hitung daya listrik pada setrika tersebut!

Jawab

Diketahui: V = 200 volt Ditanya : P = . . . ?

I = 1,5 A

Jawab : P = V . I

P = 200 . 1,5

P = 300 Watt

15

P = I2 . R

P = V ²R

LEMBAR SOAL

1. Sebut dan jelaskan bagian dari atom!2. Berapa jumlah electron yang mengelilingi inti atom serta sebutkan pula jumlah electron

pada tiap – tiap kulit yang mengelilingi inti atom tersebut?3. Apa yang kalian ketahui tentang:

a. Atom netralb. Atom positifc. Atom negative

4. Jelaskan pengertian listrik serta jelaskan pengertian dari:a. Tegangan listrikb. Arus listrikc. Hambatan listrik

5. Tuliskan bunyi Hukum Ohm!6. Pada sebuah rangkaian listrik dialiri arus sebesar 1 Ampere, jika dipasang hambatan

sebesar 220 ohm, berapa tegangan pada rangkaian listrik tersebut?7. Arus listrik dibagi menjadi 2 macam, sebut dan jelaskan!8. Berapakah panjang penghantar yang diperlukan untuk mengaliri arus listrik dengan hambatan

jenis media = 0,0175 ohm.mm2/m dengan luas penampang 3 mm2 dan hambatan100 ohm?9. Sebuah setrika listrik dipasang pada tegangan 220 volt dengan kuat arus 3 A. Hitung daya listrik

pada setrika tersebut!

10. Sebuah alat elektronika dengan daya 450 watt dipasang pada sumber tegangan 220V, berapa kuat arus yang mengalir pada alat elektronika tersebut?

16

Jawab

1. Bagian – bagian dari atom adalah: A. Proton yaitu bagian dari atom yang bermuatan positif. B. Elektron yaitu bagian dari atom yang bemuatan negatif. C. Neutron yaitu bagian dari atom yang bermuatan netral.

2. Jumlah elektrom pada inti atom maksimal 112 eletron dengan masing – masing pada kulit:

Kulit K maksimal 2 elektron

Kulit L maksimal 8 elektron

Kulit M maksimal 18 elektron

Kulit N maksimal 32 elektron

Kulit O maksimal 32 elektron

Kulit P maksimal 18 elektron

Kulit R maksimal 2 elektron

3. a. Atom netral adalah atom yang jumlah proton sama dengan jumlah elektron.

b. Atom positif adalah atom yang jumlah protonnya lebih banyak dari pada jumlah elektron.

c. Atom negatif adalah atom yang jumlah elektronnya lebih banyak dari pada jumlah proton.

4. Listrik adalah gerakan elektron yang sifatnya sesaat maupun berkelanjutan (kontinyu).a. Tegangan Listrik adalah selisih potensial diantara dua buah titik pada sebuah sumber

tegangan.b. Arus listik adalah muatan listrik yang mengalir tiap detik.c. Hambatan Listrik adalah tahanan pada arus listrik yang mengalir.

5. Bunyi hukum ohm adalah “Besar arus listrik yang mengalir pada penghantar berbanding lurus

dengan tegangan dan berbanding terbalik dengan hambatannya.”

6. Diket : I = 1 A Ditanya : V = . . . ?R = 220 Ohm

17

Jawab : V = I . R= 1 . 220= 220 Volt

7. Arus Listrik dibagi menjadi 2 yaitu: A. Arus Searah (DC: Direct Current) adalah aliran elektron dari suatu titik yang energi

potensialnya tinggi ke titik lain yang energi potensialnya lebih rendah dan besarnya selalu tetap.

B. Arus Bolak-balik (AC: Alternating Current) adalah arus yang besarnya berubah ubah setiap saat dan diperoleh dari sumber tegangan listrik bolak-balik,

8. Diketahui: ρ = 0,0175 ohm.mm2/m Ditanya: l = . . . ?A= 3 mm2

R= 100 ohm

Jawab: ρ x l = R x A= 100 ohm x 3 mm2

0,0175 ohm.mm2/m x l = 300 ohm.mm2

l = 300 ohm.mm2 / (0,0175 ohm.mm2/m) l = 17142.857 m

Jadi panjang penghantar yag diperlukan adalah 17142.857 meter.

9. Diketahui: V = 220 Volt Ditanya: P = . . . ? I = 3 A

Jawab: P = V x I = 220 x 3 = 660 Watt

Jadi daya pada setrika tersebut adalah 660 Watt.

10. Diketahui: P = 450 Watt Ditanya: I = . . . ? V = 220 Volt

Jawab: I = P / V = 450 / 220 = 2,045 A = 2.045 mA

Jadi arus yang mengalir adalah 2.045 mA.

18