Bagir pbl

20 

Teks penuh

(1)

Beberapa besaran listrik yang harus diketahui dalam mempelajari Pengukuran Besaran Listrik adalah tegangan listrik, arus listrik, hambatan listrik dan daya listrik. Besaran-besaran listrik tersebut merupakan besaran pokok yang menjadi dasar terbentuknya besaran listrik yang lain. Besaran listrik yang dihasilkan dari besaran pokok disebut sebagai besaran turunan. Berikut adalah gambaran singkat dari besaran listrik yang perlu dipahami dalam mempelajari elektronika.

Jenis Besaran Listrik

1. Tegangan Listrik

Dalam suatu sumber energi listrik terdapat muatan listrik positif dan negatif yang terpisah sebagai contoh suatu accumulator atau batere memiliki muatan listrik positif pada terminal positif dan muatan listrik negatif pada terminal negatif. Perbedaan muatan listrik pada kedua terminal sumber energi listrik tersebut akan mengakibatkan gaya terik menarik antar kedua muatan tersebut, semakin besar perbedaan muatan listrik yang ada maka semakin besar gaya terik menarik antara muatan listrik positif dan negatif. Besarnya perbedaan muatan listrik tersebut disebut sebagai tegangan listrik. Tegangan listrik memiliki satuan volt (V).

Tegangan Listrik Terjadi Apabila :

 Antara pasangan elektron yang rapat dan kurang rapat.

 Antara tempat yang mempunyai kerapatan elektron yang tinggi dan rendah  Antara tempat yang kekurangan elektron dan yang kelebihan elektron

Tegangan listrik dalam elektronika terdapat 2 jenis yaitu tegangan listrik AC (Alternating CurrenT) kemudian disebut dengan tegangan AC dan tegangan listrik DC( Direct Current) yang disebut dengan tegangan DC.

(2)

listrik sehingga menyebabkan timbulnya arus listrik dalam sebuak konduktor listrik.

Berdasarkan ukuran perbedaan potensialnya, tegangan listrik memiliki empat tingkatan:

Sesuai dengan definisi di atas, bahwa tegangan merupakan perbedaan potensial antara dua titik, yang bisa didefinisikan sebagai jumlah kerja yang diperlukan untuk memindahkan arus dari satu titik ke titik lainnya, maka rumus dasar tegangan antara 2 titik adalah:

Va – Vb = ∫E . dI

Dimana Va = potensial di titik a; Vb = potensial di titik b; E = medan listrik, dan I

= arus listrik.

Berdasarkan penerapannya, beda potensial ada pada arus listrik searah (DC) dan arus listrik bolak- balik (AC). Pada arus searah:

V = √(P.R) V = I . R

dimana V = tegangan; P = daya; R = hambatan; dan I = arus.

Sedangkan pada arus bolak-balik:

dimana V = tegangan (Volt); I = arus (Ampere); P = daya (Watt); R = hambatan (Ohm); Z = impedansi; dan ф adalah beda fase antara I dan V.

Satuan (unit)

(3)

menyebutkan tegangan listrik. Hal ini dilakukan agar tidak tertukar dengan simbol satuan tegangan (Volt) yang juga disimbolkan dengan V.

Contoh Sumber Tegangan Listrik :

 Accumulator  Solar Cell  Batu Batere  Generator Listrik

Alat ukur

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. Prinsip kerja potensiometer adalah menimbang tegangan yang diukur dengan tegangan yang sudah diketahui besarnya dengan menggunakan sirkuit jembatan. 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.

(4)

Arus listrik adalah banyaknya muatan listrik yang disebabkan dari pergerakan elektron-elektron, mengalir melalui suatu titik dalam sirkuit listrik tiap satuan waktu. Arus listrik dapat diukur dalam satuan Coulomb/detik atau Ampere. Contoh arus listrik dalam kehidupan sehari-hari berkisar dari yang sangat lemah dalam satuan mikro Ampere seperti di dalam jaringan tubuh hingga arus yang sangat kuat 1-200 kiloAmpere (kA) seperti yang terjadi pada petir. Dalam kebanyakan sirkuit arus searah dapat diasumsikan resistansi terhadap arus listrik adalah konstan sehingga besar arus yang mengalir dalam sirkuit bergantung pada voltase dan resistansi sesuai dengan hukum Ohm.

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.

Arus listrik dapat mengalir pada suatu penghantar listrik (konduktor), arus listrik terjadi apabila dua kutub yang bermuatan listrik berbeda pada suatu sumber listrik dihubungkan menggunakan suatu bahan konduktor. Arus listrik terjadi akibat beda potensial (tegangan listrik) antara kedua kutub dengan muatan listrik yang berbeda. Arus listrik mengalir dari medan listrik dengan potensial yang lebih tinggi ke medan listrik dengan potensial lebih rendah.

Aliran listrik yang arahnya tetap disebut aliran listrik searah (DC = Direct

(5)

aliran maju atau mundur, dalam arah maju digambarkan pada sisi + (diatas garis 0) dan arah mundur digambarkan pada sisi – (dibawah garis 0). Selama elektron bergerak maju tegangan akan naik dan akan berada dalam posisi positif, dalam keadaan diam, tegangan akan menunjukkan 0 Volt dan apabila elektron bergerak mundur tegangan akan turun dan akan berada dalam posisi negatif.

Fisika

Arus yang mengalir masuk suatu percabangan sama dengan arus yang mengalir keluar dari percabangan tersebut.

Untuk arus yang konstan, besar arus dalam Ampere dapat diperoleh dengan persamaan:

di mana I adalah arus listrik, Q adalah muatan listrik, dan t adalah waktu (time).

Sedangkan secara umum, arus listrik yang mengalir pada suatu waktu tertentu adalah:

Dengan demikian dapat ditentukan jumlah total muatan yang dipindahkan pada rentang waktu 0 hingga t melalui integrasi:

(6)

percabangan lain. Karena muatan listrik adalah kekal maka total arus listrik yang mengalir keluar haruslah sama dengan arus listrik yang mengalir ke dalam sehingga i_{1}+i_{4}=i_{2}+i_{3}}. Panah arus hanya menunjukkan arah aliran sepanjang penghantar, bukan arah dalam ruang.

3. Hambatan Listrik

Bila diantara dua kutub muatan listrik yang berbeda (positif dan negatif) kita hubungkan dengan sebuah penghantar (konduktor) maka arus listrik akan mengalir lewat penghantar tersbut. Arus listrik tersebut akan mendapatkan hambatan atau tahanan / Resistance (R) didalam penghantar. Resistansi atau hambatan listrik pada suatu konduktor atau benda listrik diukur dalam satuan Ohm.

Telah ditentukan bahwa antara kedua titik diatas 1 Volt dan tahanan penghantar 1 Ohm, maka kuat arus yang mengalir 1 Ampere. Jadi tegangan 1 Volt itu ialah tinggi tegangan yang dapat mengalirkan arus 1 Ampere melalui tahanan 1 Ohm. Pernyataan ini lebih jelas dibahas dalam hukum Ohm.

Hambatan listrik merupakan besaran yang menghalangi arus yang mengalir dalam suatu penghantar listrik. Dalam fisika hambatan listrik ini pertama kali diamati oleh George Simon Ohm. Pada 1927, seorang fisikawan Jerman bernama George Simon Ohm melakukan penelitian untuk mencari hubungan antara beda potensial dan kuat arus listrik. Berdasarkan hasil penelitiannya, Ohm membuat suatu grafik beda potensial terhadap arus listrik.

Advertisment

Hukum Ohm Tentang Hambatan Listrik

Ternyata, grafik tersebut membentuk suatu garis lurus yang condong ke kanan dan melalui titik pusat koordinat (0, 0). Dari grafik ini, Ohm menemukan bahwa kemiringan grafik sama dengan besar hambatan rheostat yang digunakannya dalam penelitian tersebut. Berdasarkan penelitian ini, Ohm membuat kesimpulan yang hingga kini dikenal dengan sebutan Hukum Ohm, yang berbunyi:

“Pada suhu tetap, tegangan listrik V pada suatu penghantar sebanding dengan kuat arus yang mengalir pada penghantar tersebut”

Kesimpulan ini dapat dirumuskan dengan persamaan :

(7)

V = beda potensial (volt, V) I = kuat arus listrik (ampere, A) R = hambatan (Ohm, Ω)

1. Pengaruh Hambatan Listrik Terhadap Jenis Bahan

Hambatan yang dimiliki oleh suatu bahan penghantar ternyata dapat mempengaruhi kuat arus yang mengalir pada penghantar tersebut. Hambatan yang besar pada suatu bahan menyebabkan bahan tersebut sukar mengalirkan arus listrik, sedangkan bahan yang hambatannya kecil akan lebih mudah mengalirkan arus listrik. Berdasarkan kemampuannya dalam menghantarkan arus listrik, bahan dibedakan menjadi konduktor, isolator, semi konduktor, dan super konduktor.

a. Konduktor

Bahan konduktor adalah bahan yang mudah mengalirkan arus karena elektron-elektron di setiap atomnya tidak terikat kuat oleh inti atom sehingga mudah bergerak atau berpindah. Dengan kata lain, bahan konduktor adalah bahan yang memiliki hambatan kecil. Bahan yang termasuk konduktor di antaranya adalah besi, baja, dan tembaga.

b. Isolator

Bahan isolator memiliki sifat yang berlawanan dengan bahan konduktor. Bahan yang termasuk isolator sangat sulit, bahkan tidak bisa mengalirkan arus listrik. Pada bahan isolator, elektron-elektron di setiap atom pada bahan isolator terikat kuat oleh inti atom sehingga sangat sukar untuk bergerak dan berpindah. Dengan demikian, dapat dikatakan bahwa bahan isolator memiliki hambatan yang sangat besar. Namun, pada kondisi tertentu bahan isolator dapat berubah menjadi bahan konduktor. Kondisi tersebut adalah ketika bahan isolator mendapat tegangan yang sangat tinggi. Tegangan tinggi ini akan melepaskan elektron dari ikatan dengan inti atom sehingga elektron pada bahan isolator tersebut akan menjadi mudah bergerak dan berpindah. Bahan yang tergolong isolator adalah kayu dan plastik.

c. Semi Konduktor

Bahan semi konduktor adalah bahan-bahan yang kadang bersifat isolator dan kadang bersifat konduktor. Yang termasuk bahan ini adalah karbon, silikon, dan germanium.

d. Super Konduktor

Bahan super konduktor adalah bahan yang sangat kuat mengalirkan arus. Ilmuwan yang pertama kali menemukan bahan ini adalah tokoh yang berasal dari Belkita yang bernama Kamerlingh Onnes pada 1991. Bahan yang beliau temukan adalah raksa dan timah.

2. Hambatan Listrik Kawat Logam

(8)

memiliki hambatan jenisyang besar. Hambatan jenis beberapa bahan dapat kita lihat pada tabel berikut ini.

Hambatan Jenis Bahan

Berdasarkan banyak percobaan, para ahli menyimpulkan bahwa makin panjang dan makin besar hambatan jenis kawat, maka hambatan kawat pun akan makin besar. Tetapi, hambatan kawat logam tersebut akan berkurang jika luas penampang kawat logam tersebut makin besar. Hubungan ini dipenuhi oleh persamaan :

dengan:

R = hambatan kawat logam (ohm) ρ = hambatan jenis kawat (ohm m) λ = panjang kawat (m)

A = luas penampang kawat (m2)

Dari rumus diatas dapat disimpulkan bahwa hambatan pada suatu penghantar sebanding dengan hasil kali hambatan jensi kawat dengan panjang penghantar dan hambatan listrikberbanding terbalik den luas penampang penghantar.

4. Daya Listrik

(9)

Dengan demikian total energi yang diberikan ke sejumlah elektron yang menghasilkan total muatan sebesar dqadalah sebanding dengan v*dq. Energi yang diberikan pada elektron tiap satuan waktu didefinisikan sebagai daya listrik (power) p = v*i dalam satuan watt.

Besaran-besaran listrik, tegangan listrik, arus listrik, tahanan listrik dan daya listrik ini merupakan besaran pokok dalam mempelajari rangkaian listrik yang sederhana maupun rangkaian listrik yang komplek.

Rumus Daya Listrik

Rumus umum yang digunakan untuk menghitung Daya Listrik dalam sebuah Rangkaian Listrik adalah sebagai berikut :

P = V x I

Atau

P = I2R

P = V2/R

Dimana :

P = Daya Listrik dengan satuan Watt (W) V = Tegangan Listrik dengan Satuan Volt (V) I = Arus Listrik dengan satuan Ampere (A) R = Hambatan dengan satuan Ohm (Ω)

(10)

Diketahui :

Jadi Televisi LCD tersebut akan mengkonsumsi daya listrik sebesar 264 Watt.

Alat ukur listrik merupakan alat yang digunakan untuk mengukur besaran-besaran listrik seperti hambatan listrik (R), kuat arus listrik (I), beda potensial listrik (V), daya listrik (P), dan lainnya. Terdapat dua jenis alat ukur yaitu alat ukur analog dan alat ukur digital.

Berikut adalah macam-macam alat ukur :

(11)

DC Ampermeter

AC Ampermetr

Amperemeter adalah alat ukur yang digunakan untuk mengukur besarnya kuat arus listrik yang melewati suatu rangkaian. Biasanya, pada

amperemeter akan ditemukan tulisan amperemeter (A), milliamperemeter (mA), atau mikroamperemeter. Sekarang ini terdapat dua jenis

amperemeter yaitu; amperemeter analog danamperemeter

digital. Amperemeter ideal adalah amperemeter yang memiliki hambatan dalam yang sangat kecil, sehingga kuat arus yang terukur oleh

amperemeter sama dengan kuat arus yang melewati rangkaian.

Amperemeter memiliki batas ukur tertentu, namun dalam penggunaannya batas ukur ini dapat diperbesar dengan merangkainya secara paralel

bersama resistansi yang disebut resistansi shunt (Rsh).

(12)

Cara Pengukuran

Ada 2 cara melakukan pengukuran dengan Ampere Meter, 1. Ampere meter yang tidak memiliki clamp ampere

Clamp Ampere : clamp atau arti dasarnya adalah menggenggam, yang berfungsi membentuk kalang tertutup. Clamp berbentuk lingkaran yang bisa menyatu dengan alat ukur atau pun terpisah. Biasanya Ampere meter yang tidak menggunakan clamp ampere adalah model Ampere meter Analog.

Berikut cara melakukan pengukurannya:

– Ampere meter dipasang seri dengan bebannya, seperti gambar di bawah:

– Atur knob pemilih cakupan mendekati cakupan yang tepat atau di atas cakupan yang diprediksi berdasarkan perhitungan arus secara teori.

Pilih Range batas ampere dengan memutar knob alat ukur

(13)

Pembacaan pada alat ukur Analog sebaiknya > 60 % agar

pembacaannya lebih tepat.

– Bila simpangan terlalu kecil, lakukan pengecekan apakah cakupan sudah benar dan pembacaan masih dibawah cakupan pengukuran di bawahnya bila ya, matikan power supply pindahkan knob pada cakupan yang lebih kecil.

– Nyalakan kembali sumber tegangan baca jarum penunjuk hingga pada posisi yang mudah dibaca.

– Hindari kesalahan pemasangan polaritas sumber tegangan, karena akan menyebabkan arah simpangan jarum berlawanan dengan seharusnya. Bila arus terlalu besar dapat merusakkan jarum penunjuk.

Perhatikan polaritas saat mengukur Ampere DC

2. Ampere meter yang memiliki Clamp Ampere

Umumnya model Ampere meter Digital memiliki Clamp Ampere, baik menyatu dengan Alat ukur maupun terpisah.

(14)

Pengukuran ampere tidak perlu memutus rangkaian, cukup dengan meletakkan clamp ampere pada kabel yang akan diukur, dengan terlebih dulu memilih range yang sesuai. Berikut ilustrasinya:

Sebagai penutup seri Alat ukur, berikut fitur-fitur Alat ukur atau multimeter yang bisa kita manfaatkan :

1. Auto Ranging : keistimewaan pemilihan range sendiri, mengatur rangkaian pengukuran alat ukur secara otomatis pada range (rentang)

tegangan, arus, atau tahanan yang benar.

2. Auto Polarity : keistimewaan polaritas otomatis, plus (+) atau minus (-) diaktifkan pada display digital, menunjukkan polaritas saat pengukuran DC

dan tidak perlu khawatir ujung colok terbalik.

3. HOLD : yaitu tombol penahanan yang menangkap pembacaan dan

tampilan dari memori meskipun colok sudah dilepas. Hal ini bermanfaat, khususnya apabila mengukur ditempat tertentu dimana Anda tidak dapat

membaca dengan jelas hasil pengukurannya.

(15)

menampilka OL. Dan jika dihubung singkat, alat ukur akan menunjuk angka nol dan memancarkan suara yang terus menerus. 5. MAX/MIN : digunakan untuk mengetahui nilai maksimal/minimal

pengukuran selama alat ukur di colok.

6. Response Time : waktu respon adalah jumlah detik multimeter digital yang diperlukan rangkaian elektronis untuk menentukan keakuratan kerja.

Bagian terpenting dari Ampermeter adalah galvanometer. Galvanometer bekerja dengan prinsip gaya antara medan magnet dan kumparan berarus. Galvanometer dapat digunakan langsung untuk mengukur kuat arus searah yang kecil. Semakin besar arus yang melewati kumparan semakin besar simpangan pada galvanometer.

Galvanometer

Ampermeter terdiri dari galvanometer yang dihubungkan paralel dengan resistor yang mempunyai hambatan rendah. Tujuannya adalah untuk menaikan batas ukur ampermeter. Hasil pengukuran akan dapat terbaca pada skala yang ada pada ampermeter.

Alat ini sering digunakan oleh teknisi elektronik yang biasanya menjadi satu dalam multitester atau Avometer. Avometer adalah singkatan dari Amperemeter, Voltmeter

dan Ohmmeter.

Voltmeter

(16)

Voltmeter

(17)

Voltmeter

Cara penggunaan voltmeter dilakukan dentgan merangkainya secara paralel dengan rangkaian listrik yang akan diukur tegangannya.

Voltmeter dirangkai Paralel

Tegangan listrik hasil pengukuran voltmeterdirumuskan:

(18)

Ohm-meter

Ohm-meter adalah alat untuk mengukur hambatan listrik, yaitu daya untuk menahan mengalirnya arus listrik dalam suatu konduktor. Besarnya satuan hambatan yang diukur oleh alat ini dinyatakan dalam ohm. Alat ohm-meter ini menggunakan galvanometer untuk mengukur besarnya arus listrik yang lewat pada suatu hambatan listrik (R), yang kemudian dikalibrasikan ke satuan ohm.

Ohm-meter

Multitester Analog/Digital

Multimeter adalah alat untuk mngukur listrik tegangan (voltmeter), hambatan (ohm-meter), maupun arus (amper).

Ada dua kategori multimeter: multimeter digital atau DMM (digital multi-meter)(untuk yang baru dan lebih akurat hasil pengukurannya), dan multimeter analog. Masing-masing kategori dapat mengukur listrik AC, maupun DC.

Multitester Digital

Multitester Analog

(19)

Megger

Megger

Megger dipergunakan untuk mengukur tahanan isolasi dari alat-alat listrik maupun instalasi-instalasi, output dari alat ukur ini umumnya adalah tegangan tinggi arus searah.Megger ini banyak digunakan petugas dalam mengukur tahanan isolasi antara lain untuk:

a. Kabel instalasi pada rumah-rumah/bangunan

b. Kabel tegangan tinggi.

c. Kabel tegangan rendah

d. Transformator

e. Dan peralatan listrik lainnya

Osiloskop

Oscilloscope adalah alat ukur yang dapat menunjukkan kepada anda 'bentuk' dari sinyal listrik dengan menunjukkan grafik dari tegangan terhadap waktu pada layarnya. Ini sama dengan pengambaran pada layar televisi.

Oscilloscope terdiri dari tabung vacuum dengan sebuah cathode (electrode negative ) pada satu sisi yang menghasilkan pancaran electron dan

(20)

Figur

Memperbarui...

Referensi

Memperbarui...