Listrik Dinamis

Jenis Resistor

Macam-macam resistor ditinjau dari jenis resistans nya, sbb :

Resistor tetap(constant resistor)/ gelang-gelang resistor

Resistor pada resistor tetap ada yang dinyatakan dengan warna cincin pada badan resistor atau dituliskan pada badan resistor.

Pada gelang resistor, warna ring memilki arti :

a. Ring I : angka pertamab. Ring II: angka keduac. Ring III : pengali(x)d. Ring IV : toleransi

Arti kode warna pada resistor :

WarnaLingkaran I(bilangan pertama)

Lingkaran II(bilangan

kedua)

Lingkaran III(bilangan

ketiga)

Lingkaran IV(toleransi)

hitam 0 0 1 -Cokelat 1 1 10 1%Merah 2 2 102 2%Jingga 3 3 103 -Kuning 4 4 104 -Hijau 5 5 105 0,5%Biru 6 6 106 -Ungu 7 7 107 -Putih 8 8 108 -

Abu-abu 9 9 109 -Emas - - 0,1 5%

Perak - - 0,01 10%Tanpa warna

- - 20%

Contoh soal :

Sebuah resistor dengan warna ring kuning,hijau,merah, dan perak. Berapakah nilai resistortersebut?

Penyelesaian :

Resistor memiliki resistans :

Angka I kuning = 4 angka III merah=100

Angka II hijau = 5 angka IV perak = 10%

R= 4500=4,5 kΩ

Toleransi : R=0,1 ×4.500 Ω= 450 Ω

Resistor sesungguhnya : (4.500±450)Ω=(4,5±0,45)kΩ

Resistor variable (variable resistor)

Resistor variable adalah resistor yang nilai hambatannya dapat diubah-ubah. Berdasarkan banyaknya terminal yang digunakan dalam rangkaian,resistor variable dibedakan menjadi potensiometer jika menggunakan dua terminal,dan rheostat jika menggunakan dua terminal. Berdasarkan bentuknya resistor variable dibedakan menjadi potensiometer putar,potensiometer geser,dan trimmer potensiometer(trimpot).

Resistor yang resistans nya bergantung pada cahaya :

1. Termistor

adalah resistor yang bergantung pada suhu. Dibedakan menjadi 2:

a. NTC(Negative Temperature Coeficient),yaitu resistor yang niali hambatannya makin kecil jika suhunya tinggi.

b. PTC(Positive Temperature Coeficient),yaitu resistor yang nilai hambatannya makin kecil jika suhunya tinggi.

2. LDR(Light Dependent Resistor)

Adalah resistor yang nilai hambatannya bergantung pada cahaya. Apabila LDR terkena cahaya terang, nilai hambatannya makin kecil.

A. Besaran-besaran dasar listrik &pengukurannyaa. Kuat arus listrik

Muatan listrik ada 2, yaitu muatan positif dan muatan negative,yang dapat dirumuskan :

q=npp+nee

Keterangan :

np=jumlah muatan positif

ne= jumlah muatan negatif

p =muatan positif(1,6x10-19C)

e =muatan negative(-1,6x10-19 C)

Arus listrik adalah laju perubahan muatan yang menembus penampang penghantar. Persamaanya :

I=Qt

Keterangan :

I=kuat arus listrik(A)

Q=muatan listrik(C)

t =waktu(s)

Rapat arus listrik adalah kuat arus yang menembus luas penampang penghantar tiapa satuan luasnya. Persamaannya :

J= IA

Keterangan :

J=rapat arus listrik(A/m2)

I= kuat arus lisrik(A)

A=luas penampang arus listrik(m2)

b. Tegangan Listrik

Adalah beda potensial antara kutub sumber tegangan atau hasil bagi usaha listrik dengan muatan listrik,persamannya :

V=WQ

Keterangan :

V=tegangan(volt)

W=usaha listrik(J)

Q=muatan listrik(C)

c. Hambatan (Resistor/Resistans)

adalah besaran listrik yang menentukan kemudahan mengalirnya arus listrik.

Secara matematis persamaannya sebagai berikut :

R=VI

Keterangan :

R=hambatan (Ω/ohm)

V=tegangan(V)

I=arus lisrik(A)

Faktor-faktor yang mempengaruhi hambatan listrik

1. Jenis bahan2. Panjang(l)3. Luas penampang(A)4. Suhu (T)

Rumusan :

R=ρ lA

Keterangan :

R=hambatan(Ω)

ρ=hambatan jenis(Ωm)

l = Panjang penampang(m)

A=luas penampang(m2)

Hubungan hambatan dengan suhu adalah :

ρ=ρ o (1+αΔT )

Keterangan :

ρ = hambatan jenis pada suhu T(Ωm)

ρo=hambatan jenis pada suhu To(Ωm)

α =koefisien suhu hambatan jenis.

ΔT= perubahan suhu

Karena R berbanding lurus dengan ρ,mka persamaannya menjadi :

R=Ro (1+αΔT )

Keterangan :

R= hambatan pada suhu T(Ω)

Ro=hambatan pada suhu To(Ω)

Contoh Soal :

1. Sebuah kawat yang panjangnya 2 m memiliki jari-jari 1,2 mm. jika hambatan jenis kawat ini 1,7x10-8 Ωm,berapakah hambatan listrik kawat ini ?

Penyelesaian :

R=ρ lA=1,7x10-8 2

0,0000045

=7,6x10-3 Ω

Susunan Paralel,Seri,dan Campuran pada Rangkaian listrik

a. Susunan seri1. Sumber tegangan

Rumus persamaan :

Es=∑k=1

N

Ek=E1−E2+E3

Resistans dalam sumber tegangan :

rs=r1+r2+r3

Jika sumber tegangan ada N buah, maka berlaku :

Es=NE

Resistans dalam rangkaian seri ada N buah, maka berlaku :

rs=Nr

2. Resistor

Jika resistor dirangkai seri,maka persamaannya menjadi :

Rek=Rs=∑k=1

N

Rk

b. Susunan Paralel1. Sumber tegangan

Ep=E

Resistans pada sumber tegangan :

1rp

= 1r 1

+ 1r 2

+ 1r 3

rp = r3

Jika N buah tegangan dirangkai paralel, maka persamannya akan tetap sama :

Ep=E

Jika N buah resistans disusun parallel, maka berlaku :

rp= rN

2. Resistor

1rek

= 1Rp

=∑k=1

N 1Rk

Untuk 2 susunan resistor paralel, maka berlaku :

Rp=R1R2R1+R2

Contoh Soal :

1. Jika ada N buah resistor yang masing-masing memiliki resistans R disusun seri diukur resistans ekuivalen. Kemudian resistor ekuivalen susunan parallel diukur pula resistans ekuivalennya. Berapa perbandingan resistans ekuivalen susunan seri dan parallel?

Penyelesaian :

Rs : Rp=NR: RN =N2 :1

Hukum Kirchhoff

Hukum Kirchhoff I

Menyatakan bahwa jumlah semua arus yang menuju titik percabangan dan yang meninggalkan titik percabangan adalah 0

Atau

Menyatakan bahwa jumlah semua arus yang menuju titik percabangan sama dengan semua arus yang meninggalkan titik percabangan.

Secara matematis dituliskan :

∑K=0

N

ik=0

Misalkan :

I1+I2-I3-I4+I5

I1+I2+I5=I3+I4

Hukum Kirchhoff 2

Menyatakan bahwa jumlah aljabar penurunan tegangan pada suatu jalur tertutup adalah 0.

Atau

Menyatakan bahwa jumlah aljabar penurunan tegangan pada elemen dikurangi jumlah aljabar penurunan tegangan pada sumber untuk suatu jalur tertutup adalah 0.

∑k=1

N

Vk=i−∑k=1

N

Ek=0

atau

I(R1+…..+RN)=E1+….+EN

Hukum Kirchhoff pada loop tunggal

Pada rangkaian listrik yang membentuk jalur tertutup dinamakan loop atau mesh. Pada loop tunggal, analisis menentukan arus sangat mudah dengan menggunakan KVL. Hukum Kirchhoff pada loop majemuk Rangkaian 2 loop a. Pada loop I, menurut KCL dan KVL berlaku :

I1R1+(i1-i2)R3+E3+E1=0

(R1+R3)i1-R3i2=E1-E3

b. Pada loop II, menurut KCL dan KVL berlaku :

I2R2+(i2-i1)R3-E3+E2=0

-R3i1+(R2+R3)i2=E3-E2

Gaya gerak listrik dan tegangan jepit

Gaya gerak listrik(GGL) adalah teganagan saat sakelar dalam keadaan terbuka.

Tegangan jepit adalah tegangan saat sakelar dalam keadaan tertutup.

Hubungan antara GGL & tegangan jepit adalah :

VAB=ϵ-Ir

Mengingat bahwa VAB=I.R, maka berlaku :

VAB=ϵ

1+ rR

Dengan r adalah hambatan dalam

Energi Listrik

Energi listrik adalah energy yang dihasilkan oleh electron-elektron yang mengalir dalam kabel penghantar. Perhitungan energy listrik :

W=V I t

Atau

W= I2 R t

W=V2

Rt

Keterangan :

W=energy listrik(J)

I=kuat arus listrik(A)

t= waktu (s)

R=resistor(Ω)

Penggunaan Energi Listrik

Energi listrik biasanya digunakan untuk menyalakan peralatan elektronik, yang nantinya akan terjadi konversi energy. Contohnya :

1. Elemen pemanas

Elemen pemanas adalah sebuah lempengan atau kumparan yang terbuat dari bahan logam,yang apabila diberi arus listrik dapat menimbulkan panas atau kalor. Prinsip kerja elemen pemanas adalah mengubah energy listrik menjadi energy pemanas.

2. Lampu pijar

Lampu pijar dapat mengubah energy listrik menjadi energy panas dan cahay. Jumlah energy panas yang dihasilkan oleh lapu adalah 90%

dan energy cahaya hanya 10%. Oleh karena itu ruangan yang menggunakan lampu pijar akan terasa lebih panas.

3. Lampu TL/Tabung

Lampu TL adalah jenis lampu yang terbuat dari tabung kaca yang didalamnya berisi gas tertentu(biasanya uap raksa) dan kedua Ujungnya terdapat dua electrode, yaitu electrode negatif dan electrode positif.

Daya listrik

Daya adalah besarnya usaha yang dilakukan setiap satuan waktu, atau kecepatan perubahan energy. Persamaan matematisnya :

P=Wt

P=V I

P=I 2R

P=V2

R

Keterangan :

P= daya listrik( Watt)

V=tegangan listrik( Volt)

I= kuat arus listrik( A)

R= resistor(Ω)

t= waktu (sekon)

Biaya penggunaan Listrik

Dalam perhitungan penggunaan energy listrik diukur dalam Kwh(kilowatthour) atau satuan listrik. Komponen tagihan listrik :

1. Biaya beban( abonemen), merupakan biaya yang besarnya didasarkan pada golongan tariff. Besar biaya ini tetap untuk 1 periode selama tidak ada perubahan tariff dasar listrik(TDL). Contohnya, Golongan tariff R1 450 VA( rumah tangga) biaya beban Rp11.000,-, golongan tariff R1 1300 VA(rumah tangga) biaya beban Rp30.100,-

2. Biaya pemakaian(kwh),merupakan biaya pemakaian energy listrik yang dihitung berdasarkan biaya pemakaian selama periode tertentu yang dicatata melalui Kwhmeter. Besar biaya pemakaian ini bervariasi untuk setiap golongan tariff.

3. Biaya kelebihan pemakaian KVArh(biasanya dikonsumsi oleh non rumah tangga). Contohnya Golongan tariff S-3 (sosial) Rp529,-/KVArh ,dan golongan B-3(bisnis) Rp616,-/KVArh

4. Biaya pemakaian trafo(biasanya dikonsumsi oleh non rumah tangga), merupakan biaya yang dikenakan kepada para pelanggan yang mendapat pasokan listrik dengan menggunkan tarfo milik PLN.

5. Pajak Penerangan Jalan Umum(PPJU), merupakan biaya penerangan jalan umum. Biaya ini dipungut pemerintah daerah melalui PLN.

6. Biaya materai ,merupakan biaya untuk kelengkapan administrasi yang besarnya sesuai peraturan yang berlaku yaitu Rp3000,-.

7. Pajak Pertambahan Nilai(PPN) , merupakan biaya sebesar 10% dari jumlah tagihan yang dikenakan kepada konsumen dengan golongan tariff R-3.

Distribusi Energi Listrik

Listrik yang kita gunakan dirumah bersal dari pembangkit listrik. Listrik ini ditransmisikan(disalurkan) dari pembangkit listrik melalui

system rangkaian kabel bertegangan tinggi. Tegangan pada system rangkaian kabel biasanya 132 kV, lebih tinggi dibandingkan dengan tegangan pembangkit listrik yang biasanya 25 kV.

Transformator step-up digunakan untuk menaikkan tegangan 25 kV dari output sebuah pembangkit listrik ketegangan 400 kV,150kV,132kV,66kV, atau 11 kV dan disalurkan melalui kabel aluminium ke kawasan pengguna seperti kawasan industry,perusahaan, rumah sakit, dan rumah-rumah penduduk. Kemudian transformator step-down pada gardu listrik digunakan untuk menurunkan tegangan dan menyalurkan kepada pengguna dikawasan tertentu. Alasan mengapa tegangan dinaikkan antara pembankit listrik dengan system jaringan kabel adalah agar arus listrik yang digunakan untuk mentransfer sejang melalui jaringan, jumlah daya melalui jaringan menjadi berkurang pabila tegangan dinaikkan. Makin kecil arus makin kecil daya yang terbuang akibat panas yang ditimbulkan oleh kabel. Tegangan yang digunakan dalam transmisi listrik adalah sumber tegangan AC(bolak-balik). Hal ini dikarenakan tegangan AC dapat dinaikkan dan diturunkan dengan menggunkan trafo, sehingga memungkinkan terjadinya efisensi transfer daya melalui jaringan.

Contoh Soal :

1. Seorang ibu rumah tangga menggunakan mesin cuci 220 V 400 W selama 3 jam setiap harinya. Hitunglah jumlah biaya pemakaian rekening listrik yang harus dibayar dalam satu bulan jika harga listrik per kWh sebesar Rp500,- ?

Penyelesaian :

Energi mesin cuci= P t

= 400. 3

= 1200 Wh= 1,2 kWh

Biaya pemakaian sebulan =1,2 x Rp500,- x 30 hari

= Rp18000,-

Pengukuran Besaran Listrik

a. Pengukuran kuat arus listrik1. Alat ukur kuat arus listrika. Amperemeter analog

Prinsip kerja ampere meter analog adalah sinyal listrik diubah dalam tegangan yang ditampilkan dalam penyimpangan jarum. Komponen amperemeter menggunakan electromagnet dan jarum.

b. Amperemeter Digital

Prinsip kerja amperemeter digital adalah sinyal listrik diubah dalam tegangan yang ditampilkan dalam layar dengan seven segmen.

2. Cara mengukur kuat arus.

Untuk mengukur kuat arus listrik, amperemeter dirangkai seri dalam rangkaian. Caranya dengan menghubungkan kutub positif rangkaian dengan colok negatif amperemeter dan kutub positif amperemeter dengan kutub negatif baterai.

amperemeter

memiliki kemampuan mengukur tegangan sampai batas tertentu yang biasa dinamakan batas ukur(BU). Namun,tegangan yang diukur

dapat lebih besar dari batas ukur voltmeter. Agar alat dapat untuk mengukur, maka perlu dipasang resistans secara seri yang disebut resistans muka. Dengan dipasang resistans ini berarti tegangan akan terbagi 2, teganagn pada resistans mukadan tegangan pada voltmeter. Dengan mudah dapat dibuktikan bahwa resistans muka adalah :

Keterangan :

Rsh = resistans shunt

Ra = resistans amperemeter

N = kelipatan menaikan BU

I = kuat arus yang diukur

Ia = kuat arus maksimum yang dapat diukur

Pengukuran tegangan listrik

1. Alat ukur tegangana. Voltmeter analog

Prinsip kerja thermometer analog adalah sinyal listrik di ubah dalam penyimpangan jarum. Komponen voltmeter menggunakan electromagnet dan jarum.

b. Voltmeter digital

Prinsip kerja amperemeter digital adalah sinyal listrik diubah dalam tegangan yang ditampilkan dalam layar dengan seven segmen.

n= IIa

Rf=(n−1 )Rv

Cara megukur tegangan

Untuk mengukur tegangan, amperemeter dirangkai seri dalam rangkaian. Caranya dengan menghubungkan kutub positif rangkaian dengan colok negatif amperemeter dan kutub positif amperemeter dengan kutub negatif baterai.

Voltmeter memiliki kemampuan mengukur tegangan sampai batas tertentu yang biasa dinamakan batas ukur(BU). Namun,tegangan yang diukur dapat lebih besar dari batas ukur voltmeter. Agar alat dapat untuk mengukur, maka perlu dipasang resistans secara seri yang disebut resistans muka. Dengan dipasang resistans ini berarti tegangan akan terbagi 2, teganagn pada resistans mukadan tegangan pada voltmeter. Dengan mudah dapat dibuktikan bahwa resistans muka adalah :

Keterangan :

Rsh = resistans shunt

Ra = resistans amperemeter

N = kelipatan menaikan BU

V = tegangan yang diukur

Va = tegangan maksimum yang dapat diukur

n= VVa