Teori Dasar Kelistrikan

Danang Erwanto, S.T.

~ 1 ~

TEORI DASAR KELISTRIKAN

Suatu benda jika kita bagi menjadi bagian terkecil tanpa meninggalkan sifat

aslinnya, maka kita akan mendapatkan partikel yang disebut molekul, kemudian jika

molekul ini kita bagi lagi, maka kita mendapatkan apa yang disebut dengan atom.

Semua atom terdiri dari inti yang dikelilingi partikel-partikel yang sangat tipis, yang

disebut dengan electron-elektron yang mengelilingi inti pada orbit yang berbeda. Inti

sendiri terdiri dari proton dan neutron dalam jumlah yang sama (kecuali atom

hydrogen yang kekurangan jumlah neutron).

Proton dan elektron mempunyai suatu hal yang sama yaitu muatan listrik (electrical

charge). Muatan listrik pada proton diberi muatan positif (+) sedangkan muatan

listrik pada elektron diberi tanda negatif (-), sedangkan neutron sendiri tidak

bermuatan (netral). Dikarenakan jumlah muatan listrik positif pada proton pada

suatu atom adalah sama dengan jumlah muatan listrik negatif pada elektron, maka

atom akan bermuatan netral.

1. ELEKTRON BEBAS

Elektron-elektron yang orbitnya paling jauh

dari inti disebut valance electron. Karena

electron ini memiliki orbit paling jauh dari

inti, maka gaya tariknya juga lemah, maka

electron bebas ini memiliki kecenderungan

untuk berpindah ke inti yang lain.

Berbagai karaktristik dan macam akasi

kelistrikan seperti loncatan bunga api,

pembangkitan panas, reaksi kimia, atau

akasi magnet, dapat terjadi karena

adannya aliran listrik, hal ini disebabkan

karena adannya elektron bebas.

Teori Dasar Kelistrikan

Danang Erwanto, S.T.

~ 2 ~

2. LISTRIK STATIK DAN LISTRIK DINAMIS

Ada dua type listrik, yaitu listrik static dan listrik dinamis. Listrik dinamis dapat

dibagi menjadi dua macam, yaitu listrik AC dan listrik DC

2.1. LISTRIK STATIS

- Bila benda konduktor seperti sebatang kaca, (glass rod) digosok dengan

kain sutra, kedua permukaan, batang kaca jadi bermuatan listrik, satu

bermuatan positif dan yang lainnya bermuatan negative.

- Tanpa menyentuh kedua benda tersebut, dan menghubungkan dengan

konduktor, muatan listrik akan tetap berada pada permukaan batang

kaca atau kain sutera. Karena tidak terjadi gerakan, maka tipe kelistrikan

ini disebut listrik statis.

2.2. LISTRIK DINAMIS

- Listrik dinamis adalah suatu keadaan terjadinnya aliran elektron-elektron

bebas dimana elektron-elektron ini berasal dari elektron-elektron yang

sudah terpisah dari atomnya masing-masing dan bergerak melalui suatu

benda yang sifatnya konduktor.

- Bila elektron-elektron bebas bergerak dengan arah yang tetap, maka

listrik dinamis ini disebut listrik arus searah. (DC). Bila arah gerakan dan

jumlah arus (besar arus) bervariasi secara periodik terhadap waktu, maka

listrik dinamis ini disebut dengan listrik arus bolak-balik (AC).

Kelistrikan

Listrik Statis

Listrik

Dinamis

Arus Searah (DC)

Arus Bolak-balik

(AC)

Teori Dasar Kelistrikan

Danang Erwanto, S.T.

~ 3 ~

3. ARUS LISTRIK

Arus Listrik dibedakan menjadi dua yaitu arus searah (arus DC) dan Arus

Bolak balik.

3.1. ARUS SEARAH (ARUS DC)

Sifat-sifat Arus searah

- Arah arusnya tetap

- Besarnya arus tetap

- Besarnya tegangan tetap

Sifat-sifat tersebut merupakan arus

DC yang ideal, artinya tidak terpengaruh

oleh turunnya tegangan atau besarnya

beban

Gambar dibawah ini bentuk grafik tegangan arus DC yang ideal

I

t

3.2. ARUS BOLAK-BALIK (ARUS AC)

Disebut arus AC karena arusnya berbolak-balik arah. Perubahan arah

arus ini dikarenakan polaritas sumbernya selalu berubah-ubah (sesaat kutub

positif ada diatas, kutub negatifnya berada dibawah kemudian bertukar posisi

kutub positif berada dibawah dan kutub negatif berada diatas dan

seterusnya).

Sifat-sifat Arus searah

- Arah arusnya berubah-ubah

- Besarnya arus setiap saat

berubah

- Besarnya tegangan setiap saat

berubah.

Teori Dasar Kelistrikan

Danang Erwanto, S.T.

~ 4 ~

Gambar dibawah ini bentuk grafik tegangan arus AC. Saat arus

mengalir dari A ke B disebut arah positif (garis lengkung hijau) dan saat arus

mengalir dari B ke A disebut arah negatif (gaaris lengkung biru

t

I

Dalam arus bolak-balik ada 3 besaran tegangan :

a. Tegangan maksimun (VMaks), disebut juga amplitudo

b. Tegangan efektif (VEff), disebut juga tegangan tepat guna (VRMS)

c. Tegangan puncak ke puncak (VP – P = Volt Peak to Peak)

Ketiga besaran tersebut diatas memiliki hubungan sebagai berikut:

- VEff = 0,7 x VMaks

- VMaks = 1,4 x VEff

- VP – P = 2 x VMaks

3.3. SATUAN ARUS LISTRIK

Besar arus listrik yang mengalir melalui konduktor adalah sama dengan

jumlah elektron bebas yang melewati penampang konduktor setiap detik.

Arus dinyatakan dalam Intensity (I), sedangkan besar arus listrik dinyatakan

dengan satuan Ampere, disingkat A.

Satu ampere sama dengan pergerakan 6,25 x 1018 elektron bebas yang

melewati konduktor setiap detik.

Teori Dasar Kelistrikan

Danang Erwanto, S.T.

~ 5 ~

4. TEGANGAN DAN DAYA ELEKTROMOTIF

Bila dua buah tangki air yang berbeda tingginya dihubungkan oleh pipa,

seperti gambar, air akan mengalir dari tangki yang lebih tinggi ke tangki yang lebih

rendah. Hal ini disebabkan adannya perbedaan ketinggian permukaan yang disebut

dengan Head, yang menyebabkan terjadinnya tekanan (perbedaan potensial)

sehingga air akan mengalir dari tangki yang lebih tinggi ke tangki yang lebih

rendah.

Hal yang sama jika lampu dihubungkan dengan batteray oleh kabel seperti

gambar di bawah, arus listrik akan mengalir dari batterai ke lampu dan lampu akan

menyala. Hal ini disebabkan adannya kelebihan muatan negatif (elektron bebas)

pada terminal negatif batteray dan kelebihan muatan positif pada terminal positif

batteray.

Perbedaan ini meyebabkan terjadinnya tekanan tegangan. Tekanan tegangan

ini menyebabkan arus listrik mengalir dan lampu menyala. Tekanan tegangan ini

biasa disebut dengan beda potensial atau Voltage, kadang juga disebut dengan

daya elektromotif.

4.1. SATUAN TEGANGAN LISTRIK

Satuan pengukur tegangan listrik biasa disebut dengan Volt,

disimbolkan V. Tegangan sebesar 1 volt adalah tegangan listrik atau

potensial yang dapat mengalirkan arus listrik sebesar 1 ampere pada

konduktor dengan tahanan 1 ohm.

5. TAHANAN LISTRIK

Tahanan listrik adalah derajat kesulitan dari electron-elektron untuk mengalir

melalui material tersebut. Satuan tahanan disebut dengan OHM (Ω)

Gambar di bawah ini menunjukkan tangki-tangki dengan ketinggian yang

sama, tetapi dihubungkan dengan pipa pipa yang memiliki diameter berbeda.

Meskipun ketinggiaannya sama, tetapi air akan lebih mudah mengalir melewati pipa

dengan diameter yang lebih besar, dibandingkan dengan pipa yang lebih kecil.

Teori Dasar Kelistrikan

Danang Erwanto, S.T.

~ 6 ~

Hal yang sama berlaku juga untuk arus listrik, dimana listrik akan lebih mudah

mengalir melalui beberapa material dan akan lebih sulit mengalir pada beberapa

material yang berbeda lagi. Material itu dapat dibedakan menjadi 3 macam, yaitu

Konduktor, semi konduktor dan Non Konduktor / Isolator.

A. KONDUKTOR

Material yang dapat dengan mudah dialiri arus listrik. Seperti emas,

perak, tembaga, alumunium, dan besi

B. SEMI KONDUKTOR

Material yang dapat dialiri arus listrik, tetapi tidak semudah bila melewati

konduktor. Seperti silicon dan germanium.

C. NON KONDUKTOR / ISOLATOR

Material yang tidak dapat dialiri arus listrik, seperti, kaca, kayu, plastic,

dan lain-lain

5.1. HUBUNGAN ANTARA DIAMETER, DAN PANJANG KONDUKTOR

DENGAN TAHANAN LISTRIK

Bila electron bebas bergerak di dalam konduktor yang berpenampang

lebih besar, maka tahanan akan lebih rendah, ini berarti arus listrik akan tetap

mengalir melalui konduktor yang berdiameter lebih besar. Tetapi jika arus

listrik harus mengalir pada jarak yang lebih jauh, tahanan akan lebih besar

karena harus melewati atom yang lebih banyak jumlahnya.

Kesimpulannya, tahanan listrik R dari konduktor akan berbanding lurus

dengan panjang konduktor dan berbanding terbalik dengan luas penampang

konduktor.

𝑹 = 𝝆 ∙ 𝒍

𝑨

Teori Dasar Kelistrikan

Danang Erwanto, S.T.

~ 7 ~

R : Tahanan listrik (Ω)

ρ : Tahanan spesifik/jenis (Ωm)

l : Panjang Konduktor (m)

A : Luas penampang (m2)

6. HUKUM OHM

Hukum Ohm adalah suatu pernyataan bahwa besar arus listrik yang

mengalir melalui sebuah penghantar selalu berbanding lurus dengan beda

potensial yang diterapkan kepadanya. Sebuah benda penghantar dikatakan

memenuhii hukum Ohm apabila nilai resistansinya tidak bergantung terhadap besar

dan polaritas beda potensial yang dikenakan kepadanya. Hukum ini dicetuskan

oleh Georg Simon Ohm, seorang fisikawan dari Jerman pada tahun 1825 dan

dipublikasikan pada sebuah paper yang berjudul The Galvanic Circuit Investigated

Mathematically pada tahun 1827.

Secara matematis hukum Ohm diekspresikan dengan persamaan:

V = I x R

P = V x I

dimana I adalah arus listrik yang mengalir pada suatu penghantar dalam

satuan Ampere, V adalah tegangan listrik yang terdapat pada kedua ujung

penghantar dalam satuan volt, R adalah nilai hambatan listrik (resistansi) yang

terdapat pada suatu penghantar dalam satuan ohm dan P adalah daya listrik yang

dengan satuan Watt.

Untuk memudahkan pemahaman mengenai hubungan Arus, tegangan,

hambatan dan daya, dapat dilihat seperti pada gambar dibawah ini.

Teori Dasar Kelistrikan

Danang Erwanto, S.T.

~ 8 ~

7. HUKUM KIRCHOFF 1

Di pertengahan abad 19 Gustav Robert Kirchoff (1824 – 1887) menemukan

cara untuk menentukan arus listrik pada rangkaian bercabang yang kemudian di

kenal dengan Hukum Kirchoff. Hukum ini berbunyi “ Jumlah kuat arus yang masuk

dalam titik percabangan sama dengan jumlah kuat arus yang keluar dari titik

percabangan”. Yang kemudian di kenal sebagai hukum Kirchoff I. Secara

matematis dinyatakan

Bila digambarkan dalam bentuk rangkaian bercabang maka akan diperoleh

sebagai berikut::

𝑰𝑴𝑨𝑺𝑼𝑲 = 𝑰𝟏 + 𝑰𝟐 + 𝑰𝟑