Arus Listrik

Arus Listrik

Arus Listrik

Arus listrik

Arus listrik adalah banyaknyaadalah banyaknya muatan listrik muatan listrik yang disebabkan dari pergerakan elektron-yang disebabkan dari pergerakan elektron-elektron, mengalir melalui suatu titik dalam

elektron, mengalir melalui suatu titik dalam sirkuit listrik sirkuit listrik tiap satuan waktu. Arus listrik tiap satuan waktu. Arus listrik dapatdapat diukur dalam satuan

diukur dalam satuan CoulombCoulomb /  / detik detik atauatau AmpereAmpere.. Contoh arus listrik dalam Contoh arus listrik dalam kehidupankehidupan sehari-hari berkisar dari yang sangat lemah dalam satuan mikroAmpere (

sehari-hari berkisar dari yang sangat lemah dalam satuan mikroAmpere ( μμ A A) seperti di dalam) seperti di dalam  jaringan tubuh hin

 jaringan tubuh hingga arus yagga arus yang sangat kuang sangat kuat 1-200 kiloAmpere (kA) st 1-200 kiloAmpere (kA) seperti yang terjadieperti yang terjadi pada

pada petirpetir.. Dalam kebanyakan sirkuitDalam kebanyakan sirkuit arus searaharus searah dapat diasumsikandapat diasumsikan resistansiresistansiterhadap arusterhadap arus listrik adalah konstan sehingga besar arus yang mengalir dalam sirkuit

listrik adalah konstan sehingga besar arus yang mengalir dalam sirkuit bergantungbergantung pada

pada voltasevoltasedan resistansi sesuai dengandan resistansi sesuai dengan hukum Ohmhukum Ohm.. Arus listrik merupakan satu dari t

Arus listrik merupakan satu dari tujuh satuan pokok dalamujuh satuan pokok dalam satuan internasionalsatuan internasional..SatuanSatuan internasional untuk arus listrik adalah

internasional untuk arus listrik adalah AmpereAmpere ((AA). Secara formal satuan Ampere). Secara formal satuan Ampere didefinisikan sebagai arus konstan yang, bila

didefinisikan sebagai arus konstan yang, bila dipertahankan, akan menghasilkandipertahankan, akan menghasilkan gayagaya sebesarsebesar 2 x 10

2 x 10-7-7NewtonNewton /  / metermeterdi antara dua penghantar lurus sejajar, dengan luas penampang yangdi antara dua penghantar lurus sejajar, dengan luas penampang yang dapat diabaikan, berjarak 1

dapat diabaikan, berjarak 1 metermetersatu sama lain dalam ruang hampa udara.satu sama lain dalam ruang hampa udara. Arah arus

Arah arus

Arah arus asalah definisi arus listrik yang mengalir dari kutub positif (+) menuju ke kutub Arah arus asalah definisi arus listrik yang mengalir dari kutub positif (+) menuju ke kutub negatif (-)

negatif (-) bateraibaterai(kebalikan arah untuk gerakan(kebalikan arah untuk gerakan elektronnyaelektronnya).). Pada diagram digambarkan panah arus searah dengan

Pada diagram digambarkan panah arus searah dengan arah pergerakan partikel bermuatanarah pergerakan partikel bermuatan positif (muatan positif) atau

positif (muatan positif) atau disebut dengan istilahdisebut dengan istilah arus konvensional.arus konvensional. Pembawa muatanPembawa muatan positif tersebut akan bergerak dari kutub positif 

positif tersebut akan bergerak dari kutub positif  bateraibaterai menuju ke kutub negatif.Padamenuju ke kutub negatif.Pada kenyataan

kenyataannya, pembawa muatan dalam nya, pembawa muatan dalam sebuah penghantar listrik adalah partisebuah penghantar listrik adalah partikel- kel-partikel

partikel elektronelektronbermuatan negatif yang didorong olehbermuatan negatif yang didorong oleh medan listrik medan listrik mengalir berlawan arahmengalir berlawan arah dengan arus konvensional. Sayangnya, dengan alasan

dengan arus konvensional. Sayangnya, dengan alasan sejarah, digunakan konvensi berikutsejarah, digunakan konvensi berikut ini.

ini.

Panah arus digambarkan searah dengan arah pergerakan seharusnya dari pembawa Panah arus digambarkan searah dengan arah pergerakan seharusnya dari pembawa muatan positif, walaupun pada kenyataannya pembawa muatan adalah muatan

muatan positif, walaupun pada kenyataannya pembawa muatan adalah muatan negatif dan bergerak pada arah berlawanan.

negatif dan bergerak pada arah berlawanan.

Konvensi demikian dapat digunakan pada sebagian besar keadaan karena dapat Konvensi demikian dapat digunakan pada sebagian besar keadaan karena dapat diasumsikan bahwa pergerakan pembawa muatan positif memiliki

diasumsikan bahwa pergerakan pembawa muatan positif memiliki efek yang samaefek yang sama dengan pergerakan pembawa muatan negatif.

Hukum Ohm

Hukum Ohm adalah suatu pernyataan bahwa besar arus listrik yang mengalir melalui sebuah penghantar selalu berbanding lurus dengan beda potensialyang diterapkan kepadanya. Sebuah benda penghantar dikatakan mematuhi hukum Ohm apabila nilai resistansinya tidak bergantung terhadap besar dan polaritas beda potensial yang dikenakan kepadanya. Walaupun pernyataan ini tidak selalu berlaku untuk semua jenis penghantar, namun istilah "hukum" tetap digunakan dengan alasan sejarah.

V, I, R sebagai komponen parameter dalam hukum ohm.

Secara matematis hukum Ohm diekspresikan dengan persamaan.

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, dan R adalah nilai hambatan listrik (resistansi) yang terdapat pada suatu penghantar dalam satuan ohm.

Hukum ini dicetuskan oleh George Simon Ohm, seorang fisikawan dari Jerman pada tahun 1825 dan dipublikasikan pada sebuah paper yang berjudul The Galvanic Circuit   Investigated Mathematically pada tahun 1827.

Impendasi

Impedansi listrik, atau lebih sering disebut impedansi, menjelaskan ukuran penolakan terhadap arus bolak-balik sinusoid. Impedansi listrik memperluas konsep resistansi listrik ke sirkuit AC, menjelaskan tidak hanya amplitudo relatif dari tegangan dan arus, tetapi juga fasa relatif. Impedansi adalah kuantitas kompleks yang dinotasikan dengan dan

istilah impedansi kompleks mungkin dapat dipertukarkan. Bentuk kutub secara praktis menunjukkan baik karakteristik magnitudo dan fasa,

dimana magnitudo Z menunjukkan perbandingan amplitudo perbedaan tegangan terhadap amplitudo arus, θ memberikan perbedaan fasa antara tegangan dan arus, sedangkan j adalah bilangan imajiner.

Dalam koordinat Kartesius,

dimana bagian nyata dari impedansi adalah resistansi R dan bagian imajiner adalah reaktansi Χ. Secara dimensi, impedansi sama dengan resistansi; dan satuan

Heaviside pada Juli 1886. Arthur Kennelly adalah yang pertama kali menunjukkan impedansi dengan bilangan kompleks pada 1893.

Induktansi

Induktansi adalah sifat dari rangkaian elektronika yang menyebabkan timbulnya potensial listrik secara proporsional terhadap arus yang mengalir pada rangkaian tersebut, sifat ini disebut sebagai induktansi sendiri. Sedang apabila potensial listrik dalam suatu rangkaian ditimbulkan oleh perubahan arus dari rangkaian lain disebut sebagai induktansi bersama. Definisi kuantitatif dari induktansi sendiri (simbol: L) adalah :

dimana v adalah GGL yang ditimbulkan dalam volt dan i adalah arus listrik dalam ampere. Bentuk paling sederhana dari rumus tersebut terjadi ketika arus konstan sehingga tidak ada GGL yang dihasilkan atau ketika arus berubah secara konstan (linier) sehingga GGL yang dihasilkan konstan (tidak berubah-ubah).

Istilah 'induktansi' sendiri pertama kali digunakan oleh Oliver Heavside pada Februari 1886. Sedang penggunaan simbol  L kemungkinan ditujukan sebagai penghormatan kepada Heinrich Lenz , seorang fisikawan ternama. Satuan induktansi dalam Satuan

Internasional adalah weber per ampere atau dikenal pula sebagai henry (H), untuk 

menghormati Joseph Henry seorang peneliti yang berkontribusi besar terhadap ilmu tentang magnetisme. 1 H = 1 Wb / A.

Induktansi muncul karena adanya medan magnet yang ditimbulkan oleh arus listrik  (dijelaskan oleh Hukum Ampere). Supaya suatu rangkaian elektronika mempunyai nilai induktansi, sebuah komponen bernama induktor digunakan di dalam rangkaian tersebut, induktor umumnya berupa kumparan kabel/tembaga untuk memusatkan medan magnet dan memanfaatkan GGL yang dihasilkannya.

Bentuk umum dari K buah rangkaian dengan arus im dan tegangan vmadalah

Koefisien L yang digunakan pada rumus diatas merupakan matriks simetris, rumus tersebut berlaku selama tidak menggunakan bahan yang bisa menjadi magnet, jika tidak  maka besaran L merupakan fungsi dari besaran arus (induktansi non-linier).

Induktor Solenoida

Transformator Daya

Transformator bekerja berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik . Tegangan masukan bolak-balik yang membentangi primer menimbulkan fluks magnet yang idealnya semua bersambung dengan lilitan sekunder. Fluks bolak-balik ini menginduksikan GGL dalam lilitan sekunder. Jika efisiensi sempurna, semua daya pada lilitan primer akan dilimpahkan ke lilitan sekunder.

Jenis – jenis Transformator :

 Step Up

Transformator step-up adalah transformator yang memiliki lilitan sekunder lebih banyak daripada lilitan primer, sehingga berfungsi sebagai penaik  tegangan. Transformator ini biasa ditemui pada pembangkit tenaga listrik  sebagai penaik tegangan yang dihasilkan generator menjadi tegangan tinggi yang digunakan dalam transmisi jarak jauh.

 Step Down

Transformator step-down memiliki lilitan sekunder lebih sedikit daripada lilitan primer, sehingga berfungsi sebagai penurun tegangan. Transformator  jenis ini sangat mudah ditemui, terutama dalam adaptor AC-DC.

 Autotransfomator

Transformator jenis ini hanya terdiri dari satu lilitan yang berlanjut secara listrik, dengan sadapan tengah. Dalam transformator ini, sebagian lilitan primer juga merupakan

lilitan sekunder. Fasa arus dalam lilitan sekunder selalu berlawanan dengan arus primer, sehingga untuk tarif daya yang sama lilitan sekunder bisa dibuat dengan kawat yang lebih tipis dibandingkan transformator biasa. Keuntungan dari

autotransformator adalah ukuran fisiknya yang kecil dan kerugian yang lebih rendah daripada jenis dua lilitan. Tetapi transformator jenis ini tidak dapat

memberikan isolasi secara listrik antara lilitan primer dengan lilitan sekunder.

Selain itu, autotransformator tidak dapat digunakan sebagai penaik tegangan lebih dari beberapa kali lipat (biasanya tidak lebih dari 1,5 kali).

Kapasitansi

Kapasitansi atau kapasitans adalah ukuran jumlah muatan listrik yang disimpan (atau dipisahkan) untuk sebuah potensial listrik yang telah ditentukan. Bentuk paling umum dari piranti penyimpanan muatan adalah sebuah kapasitor dua lempeng/pelat/keping. Jika muatan di lempeng/pelat/keping adalah +Q dan – Q, dan V adalah tegangan listrik antar

lempeng/pelat/keping, maka rumus kapasitans adalah:

Q adalah muatan yang diukur dalam coulomb V adalah voltase yang diukur dalam volt

Unit SI dari kapasitansi adalah farad; 1 farad = 1 coulomb per volt.

Kondensator

Kapasitansi mayoritas kondensator atau kapasitor yang digunakan dalam rangkaian elektronik adalah sejumlah tingkat besaran yang lebih kecil daripada farad. Beberapa sub satuannya kapasitansi yang paling umum digunakan saat ini adalah milifarad (mF),

mikrofarad (µF), nanofarad (nF), dan pikofarad (pF).

Kapasitansi bisa dikalkulasi dengan mengetahui geometri konduktor dan si fat dielektriknya penyekat di antara konduktor. Sebagai contoh, besar kapasitansi dari sebuah kapasitor “pelat-sejajar” yang tersusun dari dua lempeng sejajarnya seluas A yang dipisahkan oleh

 jarak d adalah sebagai berikut: is approximately equal to the following:

(in SI units) dimana

C adalah kapasitansi dalam farad, F

 A adalah luas setiap lempeng, diukur dalam meter persegi

ε_r adalah konstanta dielektrik (yang juga disebut permitivitas listrik relatif) dari bahan

di antara lempeng, (vakum =1)

ε₀adalah permitivitas vakum atau konstanta listrik dimana ε₀ = 8.854x10-12F/m

d adalah jarak antar lempeng, diukur dalam meter

Persamaan di atas sangat baik digunakan jika d besarnya kecil bila dibandingkan dengan dimensi lainnya lempeng. Dalam satuan CGS, persamaannya berbentuk:

dimana C dalam kasus ini memiliki satuan panjang.

Tetapan dielektrik bagi sejumlah perubahan dielektrik yang sangat berguna sebagai sebuah fungsi medan listrik terapan, misalnya bahan-bahan feroelektrisitas, sehingga kapasitansi untuk berbagai piranti ini tak lagi sekedar memiliki fungsi alat geometri. Kapasitor yang menyimpan tegangan sinusoidal, tetapan dielektrik, merupakan sebuah fungsi frekwensi. Tetapan dielektrik ubahan berfrekwensi disebut sebagai tebaran dielektrik , dan diatur oleh berbagai proses relaksasi dielektrik , seperti kapasitansi relaksasi Debye.

Reaktansi

Reaktansi adalah perlawanan komponen sirkuit/rangkaian atas perubahan arus

listrik atau tegangan listrik karena adanya kapasitansi atau induktansi. Medan listrik yang terbentuk dalam komponen tersebut akan menghambat perubahan potensial listrik dan medan magnetik yang terbentuk menghambat perubahan arus listrik. Simbol yang dipergunakan

untuk menyatakan reaktansi sama dengan yang dipergunakan pada hambatan listrik , namun memiliki beberapa perbedaan.

Nilai kapasitansi dan induktansi mempengaruhi sifat dari komponen tersebut, namun efek  reaktansi tidak terlihat ketika komponen tersebut dialiri arus searah, efek reaktansi hanya akan terlihat jika ada perubahan arus atau tegangan. Jadi, nil ai reaktansi berubah-ubah sebanding dengan perubahan arus, dan jika frekuensi perubahan arusnya teratur, seperti

dalam arus bolak-balik , maka nilai reaktansi menjadi konstan. Jika rangkaian listrik dianalisis menggunakan Kalkulus vektor nilai tahanan adalah bagian riil dari nilai impedansi, sedang nilai reaktansi merupakan imajinernya. Keduannya sama-sama memiliki satuan

internasional Ohm.

Resistor ideal tidak memiliki reaktansi (bernilai 0), sedang induktor dan kapasitor ideal tidak  memiliki resistansi (tahanan bernilai 0).

Reaktansi kapasitif  berbanding terbalik dengan frekuensi dan kapasitansi .[1]

Kapasitor terdiri dari dua buah konduktor yang dipisahkan oleh bahan isolator, yang disebut sebagai dielektrik .

Pada frekuensi rendah kapasitor tidak mengalirkan arus listrik . Jika kapasitor diberi tegangan arus searah salah satu konduktornya (yang terhubung dengan potensial positif) akan berangsur-angsur bermuatan positif sedang konduktor yang lain (pada titik 

potensial negatif) akan berangsur-angsur bermuatan negatif. Ketika muatan positif dan negatif ini telah seimbang (yaitu magnitudo muatannya sama) maka arus listrik akan berhenti mengalir.

Namun jika kapasitor dialiri tegangan AC, muatan yang terkumpul di antara

konduktornya tidak akan pernah mencapai keseimbangan (belum sampai terisi penuh muatannya harus dilepaskan kembali) sehingga arus akan tetap mengalir. Semakin tinggi frekuensinya makin sedikit muatan yang terisi dalam kapasitor sehingga makin kecil pula hambatan terhadap arus yang mengalir.

Reaktansi induktif sebanding dengan frekuensi dan induktansi .

Sebuah induktor terdiri dari sebuah kumparan. Hukum faraday tentang induksi

elektromagnetik menyatakan bahwa induksi elektromagnetik menimbulkan Gaya Gerak  Listrik (GGL) dengan arah yang berlawanan. Hal ini disebabkan oleh perubahan fluks magnetik  yang lewat melalui jalur arus listrik.

Untuk induktor yang terdiri dari kumparan dengan N lilitan menghasilkan

GGL ini bersifat seperti menahan laju arus listrik. Sehingga arus DC yang memiliki potensi listrik konstan dan tidak membuat arus listrik berubah-ubah, membuat induktor nampak seperti konduktor biasa, arus akan mengalir tanpa

hambatan (secara ideal). Namun arus AC yang berubah-ubah potensinya (sehingga arus yang mengalirpun berubah-ubah arahnya) dengan frekuensi tertentu, membuat reaktansi induktifnya meningkat sebanding dengan peningkatan frekuensi.

Resistor

Resistor adalah komponen dasar elektronika yang selalu digunakan dalam setiap rangkaian elektronika karena bisa berfungsi sebagai pengatur atau untuk membatasi  jumlah arus yang mengalir dalam suatu rangkaian. Dengan resistor, arus listrik dapat

didistribusikan sesuai dengan kebutuhan. Sesuai dengan namanya resistor bersifat resistif  dan umumnya terbuat dari bahan karbon. Satuan resistansi dari suatu resistor disebut Ohm atau dilambangkan dengan simbol Ω (Omega).

Di dalam rangkaian elektronika, resistor dilambangkan dengan huruf "R". Dilihat dari bahannya, ada beberapa jenis resistor yang ada dipasaran antara lain : Resistor Carbon, Wirewound, dan Metalfilm. Ada juga Resistor yang dapat diubah-ubah nilai resistansinya antara lain : Potensiometer, Rheostat dan Trimmer (Trimpot). Selain itu ada  juga Resistor yang nilai resistansinya berubah bila terkena cahaya namanya LDR (Light Dependent Resistor) dan resistor yang nilai resistansinya akan bertambah besar bila terkena suhu panas yang namanya PTC (Positive Thermal Coefficient) serta resistor yang nilai resistansinya akan bertambah kecil bila terkena suhu panas yang namanya NTC (Negative Thermal Coefficient).

Untuk resistor jenis carbon maupun metalfilm biasanya digunakan kode-kode warna sebagai petunjuk besarnya nilai resistansi (tahanan) dari resistor. Resistor ini mempunyai bentuk seperti tabung dengan dua kaki di kiri dan kanan. Pada badannya terdapat lingkaran membentuk cincin kode warna, kode ini untuk mengetahui besar resistansi tanpa harus mengukur besarnya dengan ohmmeter. Kode warna tersebut adalah standar manufaktur yang dikeluarkan oleh EIA (Electronic Industries Association) seperti yang ditunjukkan pada tabel 1.1.

Besaran resistansi suatu resistor dibaca dari posisi cincin yang paling depan ke arah cincin toleransi. Biasanya posisi cincin toleransi ini berada pada badan resistor yang paling pojok atau juga dengan lebar yang lebih menonjol, sedangkan posisi cincin yang pertama agak sedikit ke dalam. Dengan demikian pemakai sudah langsung mengetahui berapa toleransi dari resistor tersebut. Kalau kita telah bisa menentukan mana cincin yang pertama selanjutnya adalah membaca nilai resistansinya.

Jumlah cincin yang melingkar pada resistor umumnya sesuai dengan besar

toleransinya. Biasanya resistor dengan toleransi 5%, 10% atau 20% memiliki 3 cincin (tidak  termasuk cincin toleransi). Tetapi resistor dengan toleransi 1% atau 2 % (toleransi kecil) memiliki 4 cincin (tidak termasuk cincin toleransi). Cincin pertama dan seterusnya berturut-turut menunjukkan besar nilai satuan, dan cincin terakhir adalah faktor pengalinya.

Sumber Tegangan

Sumber tegangan adalah alat yang dapat menimbulkan beda

potensial. Dalam kehidupan sehari-hari dapat kita lihat peran sumber tegangan untuk menghasilkan arus listrik, misalnya: untuk menghidupkan lampu senter, radio, dan handphone diperlukan sumber tegangan berupa batu baterai.

Pada umumnya sumber tegangan itu ada dua macam, yaitu : sumber

tegangan arus searah (DC=Direct Current) dan sumber tegangan arus bolakbalik  (AC=Alternating Current).

Dioda

dioda adalah komponen aktif bersaluran dua (dioda termionik mungkin memiliki saluran ketiga sebagai pemanas). Dioda mempunyai dua elektroda aktif dimana isyarat listrik dapat mengalir, dan kebanyakan dioda digunakan karena karakteristik satu arah yang dimilikinya. Dioda varikap (VARIable CAPacitor  /kondensator variabel) digunakan

sebagai kondensator terkendali tegangan.

Sifat kesearahan yang dimiliki sebagian besar jenis dioda seringkali disebut karakteristik  menyearahkan. Fungsi paling umum dari dioda adalah untuk memperbolehkan arus listrik  mengalir dalam suatu arah (disebut kondisi panjar maju) dan untuk menahan arus dari arah sebaliknya (disebut kondisi panjar mundur). Karenanya, dioda dapat dianggap sebagai versi elektronik dari katup pada transmisi cairan.

Dioda sebenarnya tidak menunjukkan kesearahan hidup-mati yang sempurna (benar-benar menghantar saat panjar maju dan menyumbat pada panjar mundur), tetapi mempunyai karakteristik listrik tegangan-arus taklinier kompleks yang bergantung pada teknologi yang digunakan dan kondisi penggunaan. Beberapa jenis dioda juga mempunyai fungsi yang tidak  ditujukan untuk penggunaan penyearahan.

Awal mula dari dioda adalah peranti kristal Cat's Whisker dan tabung hampa (juga disebut katup termionik). Saat ini dioda yang paling umum dibuat dari bahan semikonduktor

seperti silikon atau germanium.

Transistor

Transistor adalah alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung (switching), stabilisasi tegangan, modulasi sinyal atau sebagai fungsi

lainnya. Transistor dapat berfungsi semacam kran listrik, dimana berdasarkan arus inputnya (BJT) atau tegangan inputnya (FET), memungkinkan pengaliran listrik yang sangat akurat dari sirkuit sumber listriknya.

Pada umumnya, transistor memiliki 3 terminal, yaitu Basis (B), Emitor (E) dan Kolektot (C). Tegangan yang di satu terminalnya misalnya Emitor dapat dipakai untuk mengatur arus dan tegangan yang lebih besar daripada arus input Basis, yaitu pada keluaran tegangan dan arus output Kolektor.

Transistor merupakan komponen yang sangat penting dalam dunia elektronik modern. Dalam rangkaian analog, transistor digunakan dalam amplifier (penguat). Rangkaian analog

melingkupi pengeras suara, sumber listrik stabil (stabilisator) dan penguat sinyal radio. Dalam rangkaian-rangkaian digital, transistor digunakan sebagai saklar berkecepatan tinggi. Beberapa transistor juga dapat dirangkai sedemikian rupa sehingga berfungsi sebagai logic gate, memori dan fungsi rangkaian-rangkaian lainnya.