MATERI
PELATIHAN BERBASIS KOMPETENSI
MENERAPKAN TEKNIK LISTRIK DASAR
DI TEMPAT KERJA
IND.LS.02.012.01
BUKU INFORMASI
Daftar Isi
HalamanBAGIAN 1- KETENTUAN DAN DOKUMEN INFORMASI
1.1. Pendahuluan ………. 2
1.2. Buku Informasi ……….. 2
1.3. Desain Buku Informasi………. 2
1.4. Pelaksanaan Buku Informasi……….. 3
1.5. Definisi Pelatih, Peserta Pelatihan dan Pelatihan……… 3
1.6. Definisi Istilah-istilah Yang Digunakan Dalam Standar Kompetensi ……… 3
1.7. Prasyaratan Level Literasi dan Numerasi ………. 4
1.8. Pengenalan ………... 4
1.9. Prasyarat ……… 4
1.10. Hasil Pelatihan ……….. 4
1.11. Pengakuan Kompetensi Terkini (RCC) ……… 4
1.12. Pelaksanaan K3 ……….. 5
1.13. Batasan Variabel ……….. 6
1.14. Pengetahuan dan Keterampilan Pokok ……… 7
1.15. Keterkaitan dengan Unit Lain ………. 7
1.16. Kompetensi Kunci ……… 7
1.17. Strategi Penyajian ……… 8
1.18. Kode Unit, Judul Unit, Deskripsi Unit Kompetensi ………. 8
1.19. Elemen Kompetensi dan Kriteria Unjuk Kerja ………. 8
BAGIAN 2 - MATERI INFORMASI
2.1. Mendemontrasikan pengetahuan tentang dasar listrik DC……… 112.1.1. Mendemontrasikan pengetahuan tentang dasar listrik DC……… 11
Besaran-besaran listrik………... 11
Struktur materi ………... 12
Pergerakan elektron valensi………... 15
Muatan listrik………... 17
Proses timbulnya mutan listrik………... 18
Tegangan, arus dan tahanan………... 19
Pengukuran tahan, tegangan dan arus………... 24
Hukum ohm ………... 25
Hukum Kirchoff I ………... 26
Macam-macam rangkaian listri ………... 27
Daya listrik ………... 28
Energy Listrik ………... 29
Rangkaian seri berarus ………... 31
Rangkaian parallel berarus ………... 33
Tegangan jatuh pada kawat penghantar ………... 35
2.2. Mendemontrasikan pengetahuan tentang dasar listrik AC………... 36
Induksi elektro magnetic ………... 36
Sumber listrik AC ………... 38
Besaran-besaran listrik AC ………... 40
Jenis beban listrik AC ………... 43
Daya listrik AC ………... 47
BAGIAN 1 – KETENTUAN DAN DOKUMEN INFORMASI
1.1. Pendahuluan
Modul Pelatihan Teknik Listrik DC ini terdiri dari tiga buku petunjuk yaitu Buku
Informasi, Buku Kerja dan Buku Penilaian. Ketiga buku ini saling berhubungan dan menjadi salah satu referensi modul pelatihan Teknik Listrik DC. Buku Informasi pelatihan ini disusun berdasarkan Standar Kompetensi Nasional. Standar Kompetensi adalah pernyataan Pengetahuan, Keterampilan dan Sikap yang diakui secara nasional. Modul Pelatihan ini terdiri dari bagian penunjang satu unit kompetensi sebagai
pengetahuan dasar yaitu listrik dasar dengan kode IND:LIS.01.003.01 yang dijabarkan
secara rinci dalam buku Informasi.
Buku Informasi adalah sumber untuk pelatih dan peserta pelatihan. Peserta pelatihan membutuhkan banyak informasi sebelum melaksanakan praktek kerja bidang kelistrikan, sebagai unit kompetensi dasar.
Pelatihan berbasis Kompetensi berfokus pada keterampilan seseorang yang harus dimiliki di tempat kerja. Fokus pelatihan berbasis kompetensi yaitu pada pencapaian keterampilan dan bukan berapa lama waktu yang dibutuhkan untuk mengikuti pelatihan.
Buku Informasi Pelatihan berbasis kompetensi ini digunakan sebagai sumber informasi dari beberapa kriteria penilaian pelatihan terhadap standar kompetensi nasional di bidang Penerapan listrik dasar ditempat kerja.
1.2. Buku Informasi
Buku Informasi ini adalah sumber untuk pelatih dan peserta pelatihan dalam mengetahui dasar pengetahuan di bidang kelistrikan terdiri dari :
- Buku Informasi
- Desain Buku Informasi
- Isi Buku Informasi
- Pelaksanaan Buku Informasi
- Definisi Istilah-Istilah yang Digunakan dalam Standar Kompetensi
- Persyaratan Level Literasi dan Numerasi
- Hasil Pelatihan
- Pengenalan
- Prasyarat
- Pengakuan Kompetensi
1.3. Desain Buku Informasi
Buku Informasi ini didesain untuk dapat digunakan pada Pelatihan Klasikal dan Pelatihan Individu/mandiri.
Pelatihan Klasikal adalah pelatihan yang disampaikan oleh seorang pelatih
Pelatihan Individual/mandiri adalah pelatihan yang dilaksanakan oleh peserta
dengan menambahkan unsur-unsur/sumber-sumber yang diperlukan dengan bantuan pelatih.
1.4. Pelaksanaan Buku Informasi
Pada Pelatihan Klasikal, pelatih akan :
menyediakan Buku Informasi yang dapat digunakan peserta pelatihan sebagai
sumber pelatihan.
menggunakan Buku Informasi sebagai sumber utama dalam penyelenggaraan
pelatihan
memastikan setiap peserta pelatihan memberikan jawaban/tanggapan dan
menuliskan hasil tugas dari soal-soal buku informasi.
1.5. Definisi Pelatih, Peserta Pelatihan dan Pelatihan
Pada Buku Informasi Pelatihan ini, seseorang yang menyampaikan materi pelatihan lebih dikenal sebagai Pelatih atau Instruktur. Di sekolah-sekolah, institusi-institusi dan pusat-pusat pelatihan, orang tersebut lebih dikenal dengan sebutan guru, pembimbing atau sebutan lainnya.
Berkaitan dengan keterangan di atas, seseorang yang berusaha mencapai kemampuan (Skill) tertentu disebut sebagai Peserta Pelatihan. Pada sekolah-sekolah, institusi-institusi dan pusat-pusat pelatihan, orang tersebut lebih dikenal dengan sebutan siswa, murid, pelajar, trainer, peserta pelatihan .
Pelatihan adalah proses pengajaran yang berlangsung di sekolah, institusi Pusat Pelatihan, Latihan Kerja.
1.6. Definisi Istilah-istilah yang Digunakan dalam Standar Kompetensi
Prasyarat
Kompetensi yang dibutuhkan sebelum memulai suatu kompetensi tertentu.
Elemen-elemen Kompetensi
Tugas-tugas yang harus dilakukan untuk menunjukkan pengetahuan pokok pada setiap elemen untuk menunjang ketrampilan-ketrampilan yang dapat membangun suatu unit. kompetensi
Rentang Variabel
Unit ini bermaksud memberikan dasar pengetahuan listrik dasar sebagai menunjang ketrampilan dibidang kelistrikanan.
Petunjuk Penilaian
Merupakan petunjuk bagaimana peserta pelatihan dinilai berdasarkan kriteria unjuk kerja.
Konteks
Merupakan penjelasan tentang dari mana, bagaimana dan metode penilaian apa yang seharusnya digunakan.
Aspek-aspek yang diperlukan
Menentukan kegiatan inti yang harus dinilai.
1.7. Persyaratan Level Literasi dan Numerasi
Persyaratan Program Pelatihanl Literasi Level 1 dan Numerasi Level 1
Level Literasi
1 Kemampuan untuk membaca, symbol-simbol, gambar-gambar,diagram-diagram yang umum digunakan dibidang teknik listrik.
2 Kemampuan memahami istilah-istilah dalam dunia teknik
3 Kemampuan untuk memahami hubungan yang kompleks pada teks dan
memahami informasi lisan dan tulisan yang diberkan.
4 Kemampuan untuk menulis, menganalisa kritik dan mengevaluasi teks.
Level Numerasi
1 Kemampuan untuk menggunakan simbul-simbul dasar, diagram istilah
secara matematik dan dapat memahami konteks serta dapat mengkomunikasikan secara matematik.
2 Kemampuan untuk menguji, memahami dan menggunakan konsep
matematik yang kompleks pada batasan konteks.
3 Kemampuan untuk menganalisa kritik, mengevaluasi dan menggunakan
simbol-simbol matematik, diagram dan teori-teori yang kompleks.
1.8. Pengenalan
Pelatihan ini bertujuan memberi peserta input, petunjuk dan pengalaman dalam bidang pengetahuan dasar listrik sebagai literatur dan numeric untuk bidang kerja kelistrikan berbasis standard kompetensi
1.9 Prasyarat
Sebelum memulai modul ini, Peserta pelatihan harus telah memiliki kemampuan awal berikut :
Matematika dasar
1.10. Hasil Pelatihan
Mampu menerapkan pengetahuan dasar listrik untuk menunjang ketrampilan bidang kerja kelistrikan berbasis standard kompetensi
1.11. Pengakuan Kompetensi Tertentu
Jika seorang peserta menyatakan dia mampu / cakap dalam menyelesaikan tugas-tugas yang ditentukan pada hasil pelatihan, dia harus dapat membuktikan kemampuannya kepada pelatih.
Persyaratan Minimal Kemampuan Membaca, Menulis & Berhitung
Untuk melaksanakan pelatihan secara efektif dan agar dapat mencapai standar kompetensi diperlukan tingkat kemampuan minimal dalam membaca, menulis dan menghitung berikut:
Kemampuan membaca dan menulis
Kemampuan baca, interpretasi dan membuat teks.
Kemampuan menggabungkan informasi untuk dapat menafsirkan suatu pengertian
Kemampuan
menghitung Kemampuan minimal untuk menggunakan matematika dan simbol teknik, diagram dan terminologi dalam konteks umum dan yang dapat diprediksi serta dimungkinkan untuk mengkomunikasikan keduanya yaitu antara matematik dan teknik.
1.12. Pelaksanaan K3
Umum
Keselamatan Kerja dalam mengerjakan EL - 001 ini mengacu pada kesehatan dan keselamatan kerja yang berlaku secara umum pada bidang kelistrikan dan Elektronika. Mohon dibaca dan dipatuhi sebagai saran sebelum memakai material dalam modul ini.
Pribadi
Ikuti keselamatan dan pencegahan kecelakaan baik pada waktu teori maupun pada waktu praktek yang dirangkum sebagai berikut :
- praktek bengkel umum
- praktek dan peralatan keselamatan pribadi
- praktek pencegahan kebakaran.
-
Tingkat kemampuan yang harus ditunjukkan dalam menguasai kompetensi ini
Tingkat Karakteristik
1 Tugas-tugas rutin dalam prosedur sudah tercapai dan secara periodik
kemajuannya diperiksa oleh instruktur.
2 Tugas-tugas yang Iebih luas dan lebih kompleks dengan peningkatan
kemampuan diri untuk menangani pekerjaan secara otonomi. Instruktur melakukan pengecekan-pengecekan atas penyelesaian pekerjaan.
3 Bertanggung jawab atas aktifitas-aktifitas yang kompleks dan non-rutin
Pelaksanaan K3 harus memenuhi :
- Undang-Undang tentang K3 (Keselamatan dan Kesehatan Kerja)
- Penghargaan di bidang industri.
1.13. Batasan Variabel
Batasan konteks
Standar kompetensi ini digunakan untuk :
- Pengetahuan dasar sebagai materi acuan penunjang dalam praktek kelistrikan
Sumber-sumber Peralatan dan Alat Bantu :
Tahanan Rheostaht
Lilitan
Capasitor
Kegiatan :
Kegiatan harus dilaksanakan dibawah kondisi kerja normal dan harus meliputi :
Pengetahuan standard Satuan Internasional
Sifat kelistrikan
Sumber listrik dan besaran- besarannya
Persyaratan khusus
Sehat jasmani dan rohani
Mampu membaca dan menulisPanduan Penilaian
Konteks :
Pengetahuan dan keterampilan dasar dapat dinilai tidak melalui pekerjaan dan
melalui pekerjaan
Penilaian keterampilan dapat dilakukan setelah periode pelatihan yang diawasi
dan pengalaman melakukan sendiri pada tipe yang sama. Jika kondisi tempat kerja tidak memungkinkan, penilaian dapat dilakukan melalui simulasi.
Hasil yang telah ditentukan harus dapat tercapai tanpa pengawasan langsung.
Kompetensi harus dinilai konteks kualifikasi yang sedang diperhatikan.
Aspek-aspek penting :
Kompetensi bagian pengetahuan dasar ini penting diamati secara menyeluruh agar mampu menerapkan kompetensi pada keadaan yang berubah-ubah dan merespon situasi yang berbeda pada beberapa aspek-aspek berikut :
Mempelajari materi pengetahuan dasar mengenai listrik dasar.Ketrampilan yang dibutuhkan :
mengumpulkan, menganalisa dan mengorganisasikan informasi 3
mengkomunikasikan gagasan dan informasi 3
merencanakan dan mengorganisir kegiatan 3
pemecahan masalah 3
penggunaan teknologi 3
Unjuk kerja dari keterampilan yang diperlukan:
1. melaksanakan tugas rutin dengan prosedur yang ditetapkan ditetapkan dimana kemajuan keterampilan seseorang diawasi secara berkala oleh pengawas.
2. melaksanakan tugasyang lebih luas dan sulit dengan peningkatan kemandirian dan tanggung jawab individu. Hasil pekerjaan diperiksa oleh pengawas.
3. melaksanakan kegiatan yang kompleks dan tidak rutin; menjadi mandiri dan tanggung jawab untuk pekerjaan lainnya
1.14. Pengetahuan, Keterampilan dan Sikap yang Dinilai
Pokok-pokok pengetahuan, keterampilan dan Sikap yang harus dinilai dalam penguasaan Pengetahuan, Keterampilan dan Sikap dalam teori dan praktek adalah sebagai berikut : Hirarkhi Belajar : - Deduktif - Induktif Metode Praktek - Metoda
- Penggunaan metode Media praktek Sikap dan Penampilan
- Kegunaan media yang tersedia - Pengoperasian Media yang tersedia
- Perilaku dalam menggunakan dan mengoperasikan media
1.15. Keterkaitan dengan Unit Lain
Unit ini merupakan bagian unit yang membekali pengetahuan dasar khususnya dibidang kelistrikan.
1.16. Kompetensi Kunci
Tingkat Karakteristik
1 Melakukan tugas-tugas rutin berdasarkan prosedur yang baku dan tunduk
pada pemeriksaan kemajuannya oleh instruktur.
2 Melakukan tugas-tugas yang Iebih luas dan lebih kompleks dengan
peningkatan kemampuan untuk pekeijaan yang dilakukan secara otonom.
Instruktur melakukan pengecekan-pengecekan atas penyelesaian
pekerjaan.
3 Melakukan aktifitas-aktifitas yang kompleks dan non-rutin, yang diatur
Tingkat Kemampuan yang harus ditunjukkan dalam menguasai kompetensi ini
NO KOMPETENSI KUNCI DALAM UNIT INI TINGKAT
1 Mengumpulkan,mengorganisir dan menganalisa informasi 1
2 Mengkomunikasikan ide-ide dan informasi 3
3 Merencanakan dan mengorganisir aktifitas-aktifitas 3
4 Bekerja dengan orang lain dan kelompok 3
5 Menggunakan ide-ide dan teknik kelistrikan 1
6 Memecahkan masalah 2
7 Menggunakan teknologi 3
1.17. Strategi Penyajian
Variasi kegiatan pelatihan yang disarankan untuk penyampaian kompetensi ini meliputi:
pengajaran tatap muka tugas-tugas praktek studi kasus
melalui media (video, referensi, dll) kerja kelompok
bermain peran dan simulasi demonstrasi
1.18. Kode unit, Judul unit dan deskripsi unit Kompetensi.
Kode Unit : IND.LS.01.001.01
Judul Unit : Menerapkan Teknik Listrik Dasar Di Tempat Kerja
Deskripsi Unit : Meliputi pengetahuan, keterampilan dan sikap yang dibutuhkan
untuk menerapkan teknik listrik dasar ditempat kerja.
1.19 Elemen dan Kriteria Kerja
NO
ELEMEN
KRITERIA UNJUK KERJA
1.0 Mendemonstrasikan pengetahuan tentang dasar-dasar listrik DC 1.1 1.2 1.3 1.4
Konsep-konsep dasar tentang listrik (muatan, tegangan, arus dan tahanan listrik) dijelaskan. Sumber tegangan dan arus DC dijelaskan Macam, simbol dan satuan dari besaran-besaran listrik (muatan, tegangan, arus, tahanan, daya dan energy) listrik dinyatakan sesuai SI unit
1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 1.10 1.11
(Hukum Ohm) di dalam rangkaian listrik dijelaskan.
Perhitungan besar tahanan kawat penghantar dijelaskan
Perhitungan drop tegangan pada kawat penghantar berarus dijelaskan
Hubungan antara daya dengan tegangan,dan arus dijelaskan.
Hubungan antara energy dengan daya dan waktu dijelaskan
Istilah tentang rangkaian hubung terbuka, rangkaian berbeban dan rangkaian hubung singkat dinyatakan.
Hubungan rangkaian seri, paralel dan seri-paralel dari beberapa tahanan dinyatakan. Perhitungan besar tahanan, arus, tegangan dan daya didisipasi dalam rangkaian seri / paralel beberapa tahanan dijelaskan.
2.0 Mendomonstrasikan pengetahuan tentang dasar-dasar listrik AC 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6
Sumber listrik AC dijelaskan
Perbedaan antara arus searah DC dan arus bolak-balik AC dinyatakan.
Besaran-besaran listrik AC ( frekwensi, harga maksimum, harga effektif dan beda phase) dinyatakan.
Jenis-jenis beban listrik (Resistansi, Induktansi dan Kapasitansi) dinyatakan.
Pengertian listrik AC 1 phase dan listrik AC 3 phase dijelaskan
Perhitungan arus, tegangan, daya, dan faktor daya (cos Q) pada listrik AC 1 phase dan 3 phase dijelaskan.
Bagian 2 – MATERI INFORMASI
2.1. Mendemonstrasikan Pengetahuan Tentang Dasar-Dasar
Listrik DC
2.1.1. Besaran-besaran Listrik.
Ilmu pengetahuan mengenai listrik menyatakan bahwa aliran listrik adalah aliran benda yang sangat kecil, sedang benda-benda itu tidak terlihat oleh mata maupun dengan mikroskop. Walaupun pernyataan itu hanya berdasar teori belaka dan hingga kini orang belum dapat melihat benda-benda yang sangat kecil, namun tidak perlu diragukan lagi kebenarannya. Dengan hasil yang dipraktekkan sesuai dengan kemajuan teknologi, secara tegas telah dapat dibuktikan kebenaran dari teori di atas.
Listrik merupakan suatu tenaga yang tidak dapat dilihat, tetapi akibat yang ditimbulkannya dapat dilihat atau dirasakan, misalnya seperti panas, cahaya, gerakan atau pengaruh fisik lainnya. Tenaga listrik tersebut timbul karena adanya gaya tarik-menarik atau tolak menolak antara muatan-muatan listrik.
Secara `spesifik, listrik dapat dijelaskan dalam bentuk besaran-besaran listrik seperti di bawah ini :
a. Besaran listrik, simbol satuan dan lambang satuan
NAMA BESARAN LISTRIK
SIMBOL SATUAN LAMBANG
SATUAN
Muatan Listrik Q Coulomb C
Tegangan Listrik E / V Volt V
Arus Listrik I / i Ampere ( A ) A
Tahanan Listrik R Ohm
Resistivitas
(Tahanan Jenis) ρ (Rho)
Ohm meter
Ω m
Daya Listrik P Watt W
Energy Listrik W Joule atau Watt Jam
Induktansi L Henry H
Kapasitansi C Farad F
Frekwensi f Herzt Hz
Faktor Daya Cos φ - Cos φ
b Satuan kelipatan:
NAMA KELIPATAN SOMBOL NILAI HURUF ANGKA Gega G Milyard 1000.000.000 Mega M Sejuta 1. 000. 000 Kilo K Seribu 1. 000 Milli m Seperseribu 0, 0001 Mikro Sepersejuta 0, 000 001Nano n Seper seribu
juta 0, 000 000 001 Piko p Seperjuta-juta 0, 000 000 000 001
2.1.2. Struktur Materi
KAPUR DITUMBUK HINGGA HANCUR DITUMBUK HINGGA MENJADI DEBU MOLEKUL YANG TERDIRI DARI ATOM-ATOM ATOM ATOM ATOMMolekul : Adalah bagian yang paling kecil dari benda, akan tetapi masih mengandung
sifat-sifat yang sama dari benda aslinya.
Bila molekul dibagi menjadi bagian yang lebih kecil lagi maka lenyaplah sifat-sifat aslinya dan tikmbullah sifat-sifat-sifat-sifat baru yang tidak sama dengan sifat-sifat aslinya. Hasil dari molekul-molekul yang telah terbagi-bagi ini disebut dengan Atom. Sebagai contoh molekul air (H2O), jika molekul air dibagi-bagi maka akan terdapat dua jenis unsur yang dinamai atom, yaitu atom Hydrogen (H) dan atom Oksigen (O)
Atom : Adalah bagian yang paling kecil dari suatu zat yang bila melalui proses
kimia, atom tersebut dapat membentuk suatu molekul.
Di dalam benda padat, molekul-molekul berdekatan sangat rapat dan mempunyai gaya tarik-menarik yang kuat, sehingga menyebabkn kecenderungan untuk mempertahankan bentuknya. Di dalam benda cair molekul-molekul berdekatan tetapi kurang terikat rapat dan kohesi antara molekul-molekul bebas bergerak sehingga mengakibatkan benda cair selalu mengambil bentuk sesuai tempat yang diisinya.Di dalam benda gas, molekul-molekul letaknya berjauhan satu sama lainnya, sehingga molekul-molekul dapat bergerak lebih bebas. Kohesi antara masing-masing molekul sangat kecil sehingga gas mudah mengembang dan menyusut
Struktur Atom : Tiap-tiap atom terdiri dari sebuah inti atom dan satu atau
beberapa Elektron yang bermuatan listrik negatip (-). Di dalam inti atom teradapat
Proton yang bermuatan listrik positip (+), dan Neutron yang tidak bermuatan listrik
(netral). Proton dapat disebut sebagai penyimpan tenaga listrik positip, dan elektron dapat disebut sebagai penyimpan tenaga listrik negatip.
Elektron pada suatu atom selalu bergerak pada kulitnya mengelilingi inti atom dengan kecepatan luar biasa, yaitu ± 300.000.000 m/dt. Banyaknya elektron pada tiap-tiap atom bervariasi tergantung dari jenis atomnya. Pada umumnya atom mempunyai jumlah elektron yang sama dengan jumlah protonnya, hal ini disebut balance atau seimbang. Pada kondisi seimbang ini atom mempunyai muatan positip dan negatip yang sama jumlahnya. Karena kedua sifat (positip dan negatip) yang saling menentang dan jumlahnya sama, maka mereka saling menghapuskan kekuatan masing-masing sehingga kalau dilihat dari sisi luarnya, atom tidak terlihat adanya kekuatan atau atom tidak bermuatan listrik (netral).
Contoh Struktur Dari Beberapa Atom :
Gambar di atas menunjukkan beberapa atom dalam keadaan seimbang, yaitu jumlah muatan positip (proton) sama dengan jumlah muatan negatip (elektron). Karena muatan positip dan negatip bersifat saling menghilangkan dan besarnya sama, maka jika ditinjau dari sisi luarnya maka atom-atom tersebut tidak bermuatan listrik (netral)
Gambar 2-1-5 : Struktur Atom Dalam Kondisi Tidak Seimbang
+
_
+
_
+
_
Gambar 2-1-2 : Atom Hydrogen Elektron
Proton Neutron
Inti Atom Kulit Atom
Gambar 2-1-3 : Atom Oksigen
Gambar 2-1-4 : Atom Allumunium
+
13Elektron Valensi
Kulit Valensi
Inti Atom terdapat 13 Proton
+ 3
+ 3
Elektron Bebas (Elektron yang keluar dari ikatan atomnya) Lubang (Hole)
Karena pengaruh fisik/kimia/panas maka satu atau beberapa elektron valensi pada atom dapat keluar dari ikatan atomnya, sehingga struktur atom menjadi kekurangan elektron. Seperti gambar 2-5 di atas merupakan atom yang yang kekurangan elektron sehingga mengakibatkan pada atom tersebut timbul lubang (hole) dan hole ini bersifat mempunyai muatan positip.
Jika suatu benda dalam kondisi kekurangan banyak elektron (mengandung banyak lubang/hole), maka benda tersebut menjadi bermuatan listrik Positip (+). Sebaliknya jika suatu benda mengandung banyak kelebihan elektron maka benda tersebut menjadi bermuatan listrik negatip (-).
Atom yang kekurangan elektron (mempunyai jumlah elektron lebih sedikit dari jumlah proton) maka atom menjadi bermuatan listrik posisip dan biasa disebut dengan ion positip. Atom yang mempunyai jumlah elektron lebihbanyak dari protonnya disebut ion negatip
2.1.3. Pergerakan Elektron Valensi
Elektron yang berada pada kulit valensi disebut dengan lektron valensi. Pergerakan elektron valensi ini dipengaruhi oleh jenis bahannya.
a.
Pergerakan elektron valensi pada bahan isolator (penyekat)
Pada bahan isolator seperti karet, ebonit, porselin, kaca, PVC (poly venyl chloride) dsb., elektron valensinya mempunyai ikatan yang kuat dengan inti atomnya, sehingga di susah sekali atau tidak dapat keluar dari atomnya. Karena itu pergerakan elektron valensi pada bahan isolator hanya bergerak mengelilingi atomnya saja dan susah sekali atau tidak dapat bergerak dari satu atom ke atom lainnya. Karena sifat ini maka bahan isolator tidak dapat menghantarkan arus listrik, karena hakekatnya arus listrik merupakan aliran elektron.
Bahan/benda yang elektron valensinya mempunyai ikatan kuat dengan inti atomnya (semakin susah keluar dari ikatan atomnya) maka bahan tersebut semakin baik menjadi bahan isolator.
b.
Pergerakan elektron valensi pada bahan konduktor (penghantar)
Pada bahan konduktor seperti tembaga, emas, perak, air, dsb., elektron valensi mempunyai ikatan yang lemah terhadap inti atomnya. Kondisi ini menyebabkan
elektron valensi dapat atau mudah sekali berpindah dari satu atom ke atom yang lainnya.
Elektron valensi yang keluar dari ikatan atomnya disebut dengan elektron
bebas atau elektron merdeka. Elektron bebas ini bergerak secara tidak beraturan,
yaitu selain mengelilingi inti atomnnya dia selalu berpindah-pindah dari satu atom ke atom lainnya yang terdekat selanjutnya berputar mengelilingi inti atom yang ditempatinya seperti terlihat pada gambar 2-6 di bawah.
Gambar 2-1-6 : Pergerakan Elektron Bebas Yang Tidak Beraturan Pada Bahan Penghantar listrik
Bahan/banda yang elektron valensinya mempunyai ikatan yang sangat lemah dengan inti atomnya (semakin mudah keluar dari ikatan atomnya) maka bahan tersebut akan semakin baik dijadikan sebagai bahan konduktor.
c.
Pergerakan elektron bebas pada konduktor yang dialiri arus listrik
Pada konduktor yang dialiri arus listrik, elektron-elektron bebas bergerak secara teratur menuju ke suatu arah, yaitu dari tempat yang banyak mengandung elektron (kutub -) menuju tempat yang kekurangan elektron (kutub +). Gerakan elektron yang beraturan ini disebut aliran elektron, atau lazim disebut dengan arus listrik.
Gambar 2-1-7 : Pergerakan Elektron Bebas Yang Teratur Pada Konduktor Yang Dialiri Arus Listrik
+
+
+
+
+
+
+
- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - KU TU B ( -) K U TU B ( + )2.1.4. Muatan Listrik.
Terdapat dua jenis muatan listrik, yaitu muatan listrik positip (hole) dan muatan listrik negatip (elektron). Muatan listrik mempunyai sifat-sifat sebagai berikut :
- Muatan yang senama (muatan + dengan muatan +, atau muatan – dengan
muatan -) akan saling tolak menolak.
- Muatan yang tidak senama (muatan + dengan muatan -) akan saling tarik
menarik.
Gambar 2-1-8 : Sifat Sifat Muatan Listrik
Dalam sistem SI (international System of Unit), satuan dari muatan listrik adalah Coulomb (C) diambil dari nama Charles Augustin de Coulomb.
1 Coulomb = 6,24 x 10
18Eektrlon
Jika suatu benda kelebihan atau kekurangan elektron sebanyak 6,24 x 1018
elektron, maka dikatakan benda itu bermuatan listrik negatip atau positip sebesar 1 (satu) coulomb. Satu coulomb adalah banyaknya listrik yang melalui suatu titik dalam rangkaian, bila arus 1 (satu) ampere bekerja dalam 1 (satu) detik.
Q = I x t
1 Coulomb = 1 Ampere detik
I = Q / t
1 Ampere = 1 Coulom /dt
Satuan praktis yang umum dari muatan listrik didasarkan pada perkalian arus dan waktu, yaitu Ampere x Jam (Ampere jam atau Ah), satuan ini biasa dipakai dalam hubungannya dengan storage batteries.
1 (Satu) jam adalah 60 x 60 detik, maka : 1 (satu) Ah = 3600 Coulomb
2.1.5. Proses Timbulnya Muatan Listrik
Gambar di bawah menunjukkan sebuah accumulator, dimana pada acumulator terdapat dua buah pelat yaitu pelat tembaga dan pelat seng dan kedua pelat tersebut dimasukkan ke dalam cairan asam sulfat (H2SO4).
Pada awal proses, pelat B (tembaga) dan pelat A (seng) sama-sama dalam kondisi seimbang/netral, sehingga tidak ada muatan listrik pada kedua pelat tersebut. Setelah kedua berada dalan cairan asam sulfat maka akan timbul proses polarisasi, dimana elektron-elektron pada tembaga berpindah ke seng secara berangsur-angsur. Perpindahan elektron ini akan menyebabkan pelat A menjadi kelebihan elektron (kelebihan banyak ion-ion negatip) sehinggqa pelat A menjadi bermuatan listrik negatip. Karena bermuatan listrik negatip maka pelat A disebut dengan Kutub Negatip (-). Sebaliknya pada pelat B (tembaga) akan menjadi semakin kekurangan elektron dan timbul lubang (hole), maka pelat B menjadi bermuatan listrik positip (+). Karena bermuatan listrik positip maka pelat B disebut kutub positip (+).
Proses polarisasi ini akan berlangsung terus sehingga akan semakin banyak elektron yang menempel pada pelat A atau semakin banyak hole yang terjadi pada pelab B, sehingga akan memperbesar beda muatan antara pelat A dan Pelat B. Pada kondisi tertentu proses polarisasi ini akan mengalami kondisi jenuh, yaitu tidak mampu lagi elektron berpindah dari pelat B ke pelat A. Pada kondisi ini beda potensial/beda muatan antara kutub + (pelat B) dan kutub – (pelat A) akan mencapai maksimum. Pada kondisi ini jika antara kutub + dan kutub – accumulator diukur tegangannya maka
- - -
A
B
Seng Tembaga H2SO4A
B
H2SO4 - - - - - - - - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + - - - Gambar 2-1-9 :Kondisi Awal Proses Timbulnya Muatan Listrik Pada Accumulator
Gambar 2-1-10 :
Kondisi Akhir Proses Timbulnya Muatan Listrik Pada Accumulator
akan menunjukkan harga maksimum sesuai besar tegangan nominalnya, dan accu siap untuk dipakai.
2.1.6. Tegangan, Arus dan Tahanan
Gambar 2-1-11 : Ilustrasi Air dan Listrik
a.
Tekanan / Tegangan (E atau V)
Pada air : Antara bak A dan bak B terdapat beda muatan air, sehingga antara bak
A dan bak B terdapat tekanan air, dimana tekanan air pada bak A lebih besar dibanding tekanan air pada bak B sehingga tekanan air mengarah dari bak A ke bak B. Semakin besar beda muatan air di ke dua bak maka tekanan akan semakin besar.
Pada listrik : Pelat A (kutub -) terdapat banyak muatan listrik – (elektron) sedang pelat B (kutub +) terdapat banyak muatan listrik + (hole). Karena beda muatan pada kedua pelat tersebut maka maka timbul tekanan listrik yang dapat menyebabkan elektron bergerak dari kutub – ke kutub +. Dalam kelistrikan, secara umum tekanan ini disebut dengan tegangan listrik atau beda potensial. Semakin besar beda muatan antara kedua pelat tersebut maka akan semakin besar pula nilai tegangannya. Simbol dari tegangan listrik yaitu E atau V, satuannya adalah volt.
Kran A B
A B H2SO4 - - - - - - - - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + - - - S AIR LISTRIK
Satu Volt adalah : Beda potensial antara dua buah titik bila dibutuhkan 1 Joule untuk memindahkan 1 Coulomb listrik dari satu titik ke titik yanga lainnya.
b.
Aliran / Arus (I)
Pada air : Seperti gambar 2-10 di atas jika keran dibuka maka akan ada aliran air
dari tekanan lebih tinggi menuju tekanan yang lebih rendah (dari bak A ke bak B). Semakin besar beda muatan air pada kedua bak tersebut maka aliran air akan semakin besar pula. Satuan dari aliran air ini dapat
dinyatakan dalam volume/waktu (liter/dt, m3/dt dsb).
Pada listrik : Seperti gambar 2-10 di atas jika sakelar S dihubung maka akan menglir elektron-elektron dari kutub – menuju kutub + melalui beban lampu, hal ini karena sifat elktron dan hole yang saling tarik menarik. Aliran elektron ini dalam kelistrikan biasa disebut dengan arus elektron atau arus listrik. Semakin besar beda muatan antara kedua kutub + dan – maka arus listrik yang akan mengalir akan semakin besar pula. Simbol arus listrik adalah I, dinyatakan dalam satuan Ampere.
Arus listrik dapat dinyatakan sebagai banyaknya muatan listrik yang mengalir
tiap detik. I = Q / t (Ampere = Coulomb/detik)
1 Ampere = 1 Coulom/dt
c.
Hambatan / Tahanan (R)
Pada air : Tahanan pada air yaitu hal yang menghambat jalannya air. Contoh jika
air menglir melalui pipa air maka aruas akan mengalami hambatan dari faktor posisi keran, diameter pipa, panjang pipa dsb. Pipa yang semakin panjang serta semakin kecil luas penampangnya maka faktor gesekan air terhadap permukaan pipa semakin besar sehingga hambatannya akan semakin besar.
Pada Listrik : Tahanan listrik yaitu hal yang menghambat jalannya arus listrik. Contoh jika arus listrik mengalir melalui kawat penghantar, maka arus akan mengalami hambatan yang disebabkan dari beberapa faktor seperti jenis kawat yang dipakai, luas penampang kawat, panjang
kawat, tahanan pada beban dan tahanan pada sumber listrik itu sendiri. Tahanan listrik disimbolkan dengan huruf R dan dinyatakan dalam satuan Ohm (Ω)
Bagaimana listrik mengalir melalui isolator ?
Jika listrik mengalir melalui isolator seperti kaca, karet, porselin, PVC dsb, maka listrik susah sekali bahkan tidak dapat mengalir. Jadi bahan isolator mempunyai nilai tahanan (R) yang sangat besar.
Bagai mana listrik mengalir melalui konduktor ?
Jika listrik mengalir melalui konduktor seperti tembaga, perak, emas dsb. Maka listrik mudah sekali mengalir. Jadi bahan konduktor mempunyai nilai tahanan (R) yang sangat kecil.
Tahanan (resistor) adalah komponen yang umum dari setiap alat listrik/elektronik, dan tahanan sering digunakan pada rangkaian untuk menetapkan harga tegangan, membatasi arus dan memberikan sebuah beban. Bentuk fisik dari tahanan ada yang berbentuk tahan tetap yaitu nilai tahanannya tetap, ada juga yang berbentuk tahanan variabel (tahanan geser) yaitu nilai tahanannya dapat dirobah-robah dengan jalan diputar atau digeser. Di lapangan banyak ditemui tahan yang terbuat dari karbon dan kawat, untuk tahanan karbon mempunyai nilai tahanan dari 0,1 MΩ sampai 22 MΩ dengan ukuran daya 1/16 sampai 2 Watt. Sedang tahanan kawat mempunyai nilai 1Ω sampai 100 KΩ dengan ukuran daya 3 Watt sampai ratusan Watt.
Contoh Soal :
Jika kutub (–) dan kutub (+) suatu sumber tegangan listrik (accumulator) dihubung dengan kawat penghantar melalui beban listrik (lampu), maka ke arah mana arus listrik mengalir, apakah dari kutub (–) ke kutub (+) atau sebaliknya ? Terangkan !
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
-
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
2.1.7. Menghitung Nilai Tahanan (R) Suatu Kawat Penghantar
Dimana :
R = Tahanan kawat ( ).
(Rho) = Tahanan jenis kawat.(mm2 /m)
L = Panjang kawat (meter)
A = Luas penampang kawat (mm2)
Besar Tahanan Jenis () Dari Beberapa Bahan
No. Nama Bahan = Tahanan Jenis pada 150 C. (mm2 / m)
Koefisien pada suhu 150 C α A. Bahan Logam 1. Tembaga keras 0,0175 0,004 2. Tembaga lunak 0,0167 0,0037 3. Walfram 0,055 0,0040 4. Aluminium 0,030 0,0039 5. Perak 0,016 0,0036 6. Emas 0,022 0,0035 7. Besi 0,12 0,0045 8. Baja 0,1- 0,25 0,0052 9. Nikel 0,12 0,0037 10. Seng 0,061 0,0037 11. Air Raksa 0,95 0,0009
12. Timah hitam (timbel) 0,21 0,0037
13. Bismuth 1,2 0,004
14. Platina 0,095 0,0024
15. Arang 100-1000 - 0,0003 - (- 0,0007)
A
Gambar 2-1-12 : Dimensi Kawat
L x A R
=
16. Tungsten 33,8 0,005
B. Bahan logam paduan
1. Nikelin 0,42 0,0002
2. Nikelchroom 1,00 0,0003
3. Perunggu 0,03 0,001
4. Manganin 0,42 0,00001
Koefisien suhu dari tahanan α ( huruf Yunani Alpha) menunjukkan berapa banyak perubahan nilai tahanan bila suhunya berubah. Nilai positip untuk α (alpha) berarti tahanan naik dengan kenaikan temperatur atau suhu. Nilai negative berarti tahanan menurun dan α (alpha) nol berarti tahanan konstan.
Biarpun untuk suatu bahan α (alpha) mungkin sedikit berubah dengan
perubahan suhu, suatu kenaikan tahanan dalam kawat yang disebabkan oleh kenaikan suhu dapat ditentukan secara mendekati dengan rumus:
Rt = Ro + Ro ( αΔT)
Dimana : Rt = Hambatan pada suhu yang lebih tinggi, ohm
Ro= Hambatan pada suhu 200 C, ohm
α = Koefisien suhu, ohm/ 0 C
ΔT= Kenaikan suhu diatas 200 C, 0 C
Contoh Soal :
Kawat tungsten mempunyai hambatan 10 ohm pada suhu 200 C, Hitunglah
2.1.8. Pengukuran Tahanan, Pengukuran tegangan, dan Pengukuran Arus
a. Rangkaian Pengukuran Tahanan b. Rangkaian Pengukuran Tegangaan. c. Rangkaian Pengukuran Arus
Gambar 2-1-13 : Rangkaian Pengukuran Tahanan, Tegangan dan Arus
Tahanan listrik (R) diukur dengan Ohm meter dan cara mengukurnya Ohm meter dipasang paralel dengan tahanannya (rangkaian bebas dari tegangan listrik).
Tegangan listrik pada beban (R) diukur dengan Volt meter yang dipasang paralel dengan beban (beban R dihubung pada sumber tegangan)
Arus listrik yang mengalir ke beban (R) diukur dengan Ampere meter yang dipasang seri dengan beban (beban R dihubung pada sumber tegangan).
2.1.9. Hukum Ohm
Hukum ohm mengatakan bahwa besar arus listrik berbanding lurus dengan nilai tegangannya dan berbanding terbalik dengan nilai tahanannya
R E R V + - A E R + - I = E / R E = I x R R = E / I
Gambar 2-1-14 : Rangkaian Tertutup
+
–
E R
I
Dimana :
I = Arus listrik dalam Ampere (Amp.) E = Tegangan listrik dalam Volt (V)
R = Tahanan listrik dalam satuan Ohm ()
+
–
E R I V A2.1.10.Hukum Khirchoff I
Hukum Khichoff I menyatakan jumlah arus yang menuju ke suatu titik sama dengan jumlah arus yang meninggalkan titik tersebut.
Gambar 2-1-15 : Percabagan Arus Listrik
2.1.11. Macam-macam Rangkaian Listrik
a.
Ran
gkaian Tertutup : Rangkaian tertutup atau rangkaian lengkap adalahsuatu jalan yang tidak terputus untuk arus dari sumber gaya gerak listrik., melalui sebuah beban dan kembali ke sumber. Suatu rangkaian listrik sederhana harus mempunyai paling sedikit empat bagian, yaitu : sebuah sumber tegangan, penghantar, sebuah beban dan suatu alat kontrol (saklar)
Pada rangkaian di atas sesuai hukum ohm berlaku rumus :
I =
RL Rs
E
Dimana : E = Besar tegangan sumber (Volt)
I = Besar arus yang lewat pada pada rangkaian (Ampere)
Rs = Nilai tahanan pada sakelar (Ohm)
I.t
i.1 i.2
i.3
I.t = i.1 + i.2 + i.3
Gambar 2-1-16 : Rangkaian Tertutup S RL Rs I
+
–
ERL = Nilai tahanan pada beban (Ohm).
Karena nilai tahanan pada sakelar Rs sangat kecil (mendekati nol) maka Rs dapat diabaikan, jadi besar arus yang mengalir adalah :
I =
RL E
b. Rangkaian Hubung Terbuka :
Pada rangkaian di atas sesuai hukum ohm berlaku rumus :
I =
RL Rs
E
Dimana : E = Besar tegangan sumber (Volt)
I = Besar arus yang lewat pada pada rangkaian (Ampere)
Rs = Nilai tahanan pada sakelar (Ohm)
RL = Nilai tahanan pada beban (Ohm).
Karena nilai tahanan pada sakelar Rs sangat besar (mendekati tak terhingga) maka besar arus yang mengalir adalah nol (tidak ada arus yang mengalir pada rangkaian)
C. Rangkaian Hubung Singkat :
Pada rangkaian di atas sesuai hukum ohm berlaku rumus :
Gambar 2-1-17 : Rangkaian Terbuka S I
+
–
E R.s RLGambar 2-1-18 : Rangkaian Hubung Singkat S RL Rs I.sc
+
–
E R .k aw atI.sc = kawat R RS E . Dimana :
E = Besar tegangan sumber (Volt)
I.sc = Besar arus short circuit yang lewat pada pada rangkaian (Ampere)
Rs = Nilai tahanan pada sakelar (Ohm)
R.kawat = Nilai tahanan pada beban (Ohm).
Karena nilai tahanan pada sakelar Rs nilainya sangat kecil (mendekati nol), demikian juga tahan kawat nilainya sangat kecil (mendekati nol), maka besar arus yang mengalir I.sc adalah sangat besar (mendekati tah terhingga)
Hubung singkat secara umum disebut konslet dan rangkaian hubung singkat biasanya disebabkan oleh hubungan yang tidak sengaja dimana antar dua titik (kutub + dan kutub -) berhubungan secara langsung yang menyebabkan tahanannya sagat kecil (mendekati nol) dan mengakibatkan arus mengalir pada rangkaian sangat tinggi dan sangat membahayakan bagi rangkaian.
2.1.12. Daya Listrik (P)
James Watt menemukan satuan daya listrik, yaitu Watt (W) dan watt ini merupakan satuan SI dari daya listrik. Simbol dari daya listrik adalah P
atau Di mana : P = Daya listrik (watt)
V = Tegangan listrik (Volt) I = Arus listrik (Ampere)
Oleh James Watt ditemukan pula satua daya mekanik dari output motor listrik, yaitu Horse Power (HP), sehingga perlu dirubah menjadi satuan SI – Watt. Besar daya listrik 1 HP = 736 Watt untuk sistem Eropa dan 1 HP = 746 Watt untuk sistem Amerika.
2.1.13. Energy Listrik atau Usaha Listrik (A)
Energy listrik adalah adalah kapasitas atau kemampuan untuk melakukan kerja. Satuan dari energy adalah watt jam atau Joule, tetapi pada pemakain praktis
hari satuan dari energy listrik ini banyak kita jumpai dalam satuan Kilo watt jam (Kilo watt hour/KWH).
Dimana : A = Energy/Usaha listrik (watt jam) P = Daya listrik (watt)
t. = Waktu (jam)
aian Beberapa
Tahanan
a. Rangkaian Seri Beberapa Tahanan.
Rangkaian seri beberapa tahanan adalah rangkaian dari beberapa tahanan yang dihubungkan sedemikian rupa sehingga tidak ada arus yang dicabangkan
Gambar 2-1-19 : Rangkaian Seri Beberapa Tahanan
Besar tahanan antara titik A sampai D merupakan besar tahanan total (Rt) dari ketiga buah tahanan di atas, dan besar tahanan total adalah :
b. Rangkaian Paralel.
Yang dimaksud rangkaian paralel beberapa tahanan yaitu rangkaian dari beberapa tahanan yang dihubungkan sedemikian rupa sehingga hanya mempunyai dua titik hubung yang sama
A = P x t
Rt = R.1 + R.2 + R.3
R.1
A B R.2 C R.3 D
Gambar 2-1-20 : Rangkaian Paralel Beberapa Tahanan
Besar tahanan antara titik A dan B merupakan besar tahanan total (Rt) dari ketiga buah tahanan di atas, dan besar tahanan totalnya adalah :
Rt
1
= 1 . 1 R + .2 1 R + .3 1 RUntuk paralel dua buah tahanan dapat dihitung dengan rumus sbb. :
Gambar 2-1-21 : Rangkaian Paralel Dua Buah Tahanan
2.1.15. Rangkaian Seri Berarus
Gambar 2-1-22 : Rangkaian Seri Berarus V.1 R.1 R.2 R.3 Es I V.3 V.2 V.S A B C D
+
-
R.t =R.1 x R.2
R.1 + R.2
R.1 A B R.2 R.3 R.t A B R.1 R.2 A BArus yang mengalir pada tiap-tiap tahanan besarnya sama, yaitu besarnya sama dengan arus I
Tegangan pada tiap-tiap tahanan besarnya tidak sama, tergantung besar masing-masing tahanan.
Tegangan antara titik A dan D merupakan tegangan total (Rt), besar tegangan total adalah :
Daya total (P.total) terdisipasi :
2.1.15. Rangkaian Paralel Berarus
Gambar 2-1-23 : Rangkaian Paralel Berarus
I = I R.1 = I R.2 = I R.3 E.AB = V.1 = I x R.1 E.BC = V.2 = I x R.2 E.CD = V.3 = I x R.3 E.AD = E.AB + E.BC + E.CD Et = V.1 + V.2 + V.3 Es = Et P total = I x E.AD P total = I 2 X R.total Es R.2 R.1 R.3 A B I.t i.3 A.1 A.2 A.3 A.0 i.2 i.1
+
-
Besar tegangan sumber sama dengan besar tegangan pada tiap-tiap tahanan
Besar arus utama (arus total) merupakan penjumlahan dari semua arus cabang
Arus yang mengalir pada tiap-tiap tahanan (arus cabang i.1, i,2 dan i.3) besarnya tidak sama, tergantung dari besarnya tiap-tiap tahanan
2.1.17. Tegangan Jatuh Pada Kawat Penghantar
Besar tahanan kawat penghantar listrik relatif nilainya kecil, namun jika pada suatu instalasi kita memakai kawat dengan diameter kecil serta memasang beban listrik seperti motor listrik yang letaknya relatif jauh dari sumber tegangan maka tahanan kawat pada instalasi tersebut akan ada nilainya dan dapat dihitung seperti dibahas pada bab 2.1.12 di atas. Tahanan kawat ini jika nilainya terlalu besar akan dapat mempengaruhi kerja dari suatu beban listrik karena adanya penurunan (drop) tegangan (∆e), sehingga beban listrik mendapat tegangan suplai lebih rendah dari tegangan kerjanya.
E R.1 = E R.2 = E R.3 = Es
Tegangan pada R.1 (E R.1) = i.1 x R.1
Tegangan pada R.2 (E R.2) = i.2 x R.2
Tegangan pada R.3 (E R.3) = i.3 X R.3
Tegangan pada sumber (Es) = I.t x R.t
I.t = i.1 + i.2 + i.3 i.1 = 1 . . R AB E = 1 . . R s E i.1 = 1 . . R AB E = 1 . . R s E i.1 = 1 . . R AB E = 1 . . R s E
Gambar 2-1-24 : Rangkaian Dengan Diperhitungkan Tegangan Jatuh Pada Kawat Penghantar
Em = Es - ∆e
Dimana :Em = Tegangan pada motor (beban) (Volt)
Es = Tagangan sumber (volt)
∆e = Tegangan jatuh pada kawat penghantar (volt)
∆e = I x R.kawat
E.s M Em+
∆e
I2.2. Mendemonstrasikan Pengetahun Tentang Dasar-Dasar
Listrik AC
2.2.1. Induksi Elektro Magnetik.
Induksi Elektro magnetik yaitu adanya kerja timbal balik antara gejala-gejala
kelistrikan dan gejala-gejala kemagnetan secara induksi. Jadi kalau pada suatu kawat penghantar terdapat arus listrik maka di sekitar kawat tersebut timbul gejala-gejala kemagnetan. Sebaliknya bila sepotong kawat yang digerakkan dan memotong medan-medan magnet maka pada kawat tersebut timbul gejala-gejala kelistrikan. Gejala-gelaja kemagnetan dan gejala-gejala kelistrikan ini mempunyai sifat yang saling mempengaruhi, dan inilah yang menjadi dasar dari prinsip kerja mesin listrik.
Mesin listrik yaitu mesin/alat untuk merubah tenaga mekanik menjadi tenaga listrik (disebut motor listrik), atau sebaliknya yaitu merubah tenaga listrik menjadi tenaga mekanik (disebut generator listrik). Dalam learning material ini hanya dibahas menganai generator listrik, khususnya generator AC dengan maksud untuk menjelaskan proses timbulnya listrik AC.
Alternating Current (AC) atau arus bolak-balik didefinisikan sebagai arus yang
mengalir maju-mundur dengan interval waktu yang teratur. Atau Arus bolak-balik
adalah arus listrik yang arah serta besarnya berubah berkala seiring dengan perubahan waktu. Listrik arus bolak-balik (AC) ini dibangkitkan oleh generator AC (dinamo AC). Generator AC (dinamo AC) adalah alat/mesin untuk merubah tenaga mekanik/putar menjadi tenaga listrik AC. Prinsip kerja generator (dinamo) listrik secara umum adalah bedasarkan percobaan Faraday.
Hukum Faraday : Bila sebuah kawat
penghantar listrik digerak-gerakkan
dalam medan magnet maka pada kawat penghantar listrik tersebut akan terbentuk Gaya Gerak Listrik (GGL)
yang besarnya sesuai dengan
banyaknya Garis-garis Gaya Magnet (GGM) yang dipotong oleh kawat penghantar listrik tiap detik
Hal ini juga berlaku jika yang berubah-rubah/bergerak adalah medan magnet, sedang kawat penghantar pada posisi diam. Percobaan Faraday ini merupakan prinsip kerja suatu generator.
Dari percobaan Faraday ini, untuk menentukan arah terbentuknya GGL induksi pada kawat penghantar listrik dapat digunakan Hukum Tangan Kanan Flaming.
Arah GGL (I) meninggalkan/menjauhi kita Arah GGL (I) menuju/mendekati Kita
Gambar 2-2-3 : Arah Pergerakan Gaya Gerak Listrik (GGL) Sesuai Hukum Tangan Kanan Flaming
Fenomena ini bisa digambarkan seperti paku ulir yang ditancapkan pada papan kayu, kalau kita putar searah dengan jarum jam maka paku akan masuk kedalam menjauhi kita, sebaliknya kalau kita putar berlawanan arah dengan jarum jam, maka paku akan keluar atau mundur ke arah kita.
Hukum Tangan Kanan Flaming : Bila
telunjuk, ibu jari dan jari tengah disusun sedemikian rupa sehingga ketiga jari tersebut saling tegak lurus, dimana ibu jari menunjukkan arah gerakan kawat, telunjuk menyatakan arah GGM, maka arah terbentuknya GGL induksi pada kawat penghantar listrik searah dengan arah jari tengah.
Gambar 2-2-2 : Kaidah Tangan Kanan Flaming
U S
2.2.2. Sumber Listrik AC.
1. Prinsip kerja generator AC :
Gambar 2-2-4 : Prinsip Kerja Generator AC
keterangan gambar :
1. Lampu 4. Sikat.
2. Magnit parmanen 5. Kumparan/lingkaran kawat
3. Poros dengan puli 6. Slip ring
Jika kumparan/lingkaran kawat diputar di dalam medan magnet maka kawat akan memotong garis-garis gaya magnet sehingga pada kumparan kawat penghantar tersebut akan timbul tegangan/arus listrik yang besar maupun arahnya selalu berubah-rubah setiap saat. Tegangan/arus yang terjadi pada kumparan kumparan dialirkan ke beban lampu melalui slipring dan sikat-sikat.
Pada kedudukan awal (posisi sudut 00 ) maka pergerakan belitan kawat sejajar
dengan arah flux magnet sehingga tidak ada garis gaya magnet (GGM) yang terpotong sehingga tidak ada arus maupun tegangan yang diinduksikan sehingga besar tegangan/arus pada ujung-ujung kumparan adalah nol. Selanjutnya kumparan berputar
kumparan, dimana jumlah GGM yang dipotong akan semakin besar dan mencapai
maksimum pada sudut 900. Dengan demikian besar tegangan/arus yang ditimbulkan
juga akan semakin besar dan mencapai maksimum pada kedudukan 900 .
Jika kumparan berputar dari posisi 900 ke posisi 1800 maka jumlah GGM yang
dipotong akan semakin sedikit sehingga tegangan/arus yang ditimbulkan juga akan
semakin kecil dan tepat pada posisi 1800 nilai tegangan/arus pada ujung-ujung
kumparan menjadi nol.
Jika kumparan berputar dari posisi 1800 menuju posisi 2700 maka jumlah GGM
yang dipotong oleh kumaparan akan naik dari nol hingga mencapai harga maksimum
pada sudut 2700 .Oleh karena itu tegangan/arus yang ditimbulkan juga akan naik dari
nol hingga mencapai harga maksimum pada sudut 2700. Selanjutnya kumparan
berputar dari posisi 2700 menuju posisi 3600 maka jumlah GGM yang dipotong oleh
gulungan kawat, dari maksimum berkurang hingga menjadi nol. Tegangan/arus yang ditimbulkan mempunyai harga dari maksimum berkurang hingga menjadi nol (pada
posisi 3600). Karena arah tegangan/arus berlawanan dengan arah tegangan/arus saat
gulungan bergerak dari posisi 00 menuju 1800 maka tegangan/arus mempunyai nilai
negatip (-).
Selanjutnya generator akan berputar kembali dengan siklus perputaran seperti langkah-langkah di atas secara terus menerus, dan akan menghasilkan bentuk gelombang tegangan/arus sbb :
Gambar 2-2-6 : Bentuk Gelombang Sinus Dari Tegangan/Arus Listrik AC
2.2.3. Besaran-besaran Listrik AC.
1. Peak Voltage (VP) dan Peak-to-peak Voltage (Vp-p) :
Peak voltage (VP) adalah tegangan puncak (nilai tertinggi dari gelombang
tegangan)
Peak-to-peak Voltage (Vp-p) adalah tegangan puncak ke puncak tegangan AC
Vp-p = 2 x Vp
2. Harga Effektif atau RMS dari Tegangan (Vrms) :
Harga efektif yaitu harga yang sebenarnya digunakan oleh beban V / I
Vp =
2
x Vrms Vrms = Vp /2
Vrms = 0.707 x Vp3. Harga Rata-rata (Vave) :
Harga rata-rata merupakan tinggi rata dari gelombang (sinus) seperti gambar di
atas. Kalau Vave adalah tegangan rata-rata pada tegangan AC, dan Vp adalah
tegangan puncaknya, maka besar dari tegangan rata-rata adalah
Vave = V.rata – rata =
Vp 2 = 0,637 Vp 4. Periode (T) :Periode (T) adalah waktu yang diperlukan terbentuknya satu gelombang penuh
(siklus atau gelombang + dan gelombang –). Perioda dilambangkan dengan T dan diberi satuan detik. Satu siklus atau satu gelombang adalah jarak yang ditempuh oleh
5. Frekwensi (f) :
Frekwensi : yaitu jumlah gelombang (Cycle) yang dihasilkan tiap detik.
F = Cycle/detik (Hertz/HZ)
Frekwensi disimbolkan dengan f dan satuannya adalah Hertz (Hz). Listrik di Indonesia menggunakan frekwensi 50 Hz, berarti tiap detiknya terdapat 50 gelombang (cycle).` Hubungan frekwensi (f) dengan periode (T) dapat dituliskan sbb:
f = 1 / T
Gambar 2-2-7 : Bentuik Satu Gelombang (Satu Cycle) Dari Gelombang Sinus
Dalam kaitannya dengan konstruksi generator maka nilai frekwensi dapat dituliskan sbb : f = 60 Pxn atau f = 120 pxn Dimana : f = Frekwensi (Hertz/Hz)
P = Jumlah pasang kutub (buah) p = Jumlah kutub (buah)
n = Jumlah Rpm (putaran per menit)
U
S
2.2.4. Jenis Beban Listrik AC :
a. Beban Resistip ( R)
Tahanan Resistansi (R) adalah sebuah tahanan berupa tahanan resistor, kawat nikelin, tahanan variabel dan tahanan ini disebut juga dengan tahanan murni.
Satuan tahanan Resistip adalah Ohm (Ω). Pada beban R tegangan dan arus akan
sefasa, yaitu akan mencapai harga maksimum dan harga minimum pada saat yang sama, seperti pada gambar di bawah. Besar daya listrik yang diserap oleh beban R (P), tegangan (V) dan arus I dapat digambarkan secara vektor seperti gambar di bawah
Gambar 2-2-9 : Bentuk Gelombang Tegangan dan Arus dan Arah Vektor Pada Rangkaian Listrik Dengan Beban Resistip R
b. Beban Induktip (XL)
Beban induktif terjadi karena efek kemagnetan seperti yang terjadi pada beban berupa lilitan kawat seperti motor listrik, kipas angin, motor kompresor dan balast
V I 900 00 1800 2700 3600 V / I t
~
R. V I P = V x I I. V. P.a. Rangkaian dengan beban Resistip R
b. Bentuk gelombang tegangan dan arus pada beban Resistip R
lampu TL. Inti besi yang dililiti kawat dan dialiri arus listrik akan menimbulkan gaya gerak magnet (GGM) pada inti besinya, dan flux magnet bergerak dari kutub utara ke kutub selatan melintasi belitan kawat itu sendiri. Karena flux magnet terpotong oleh belitan kawat, maka pada kawat tersebut timbul gaya gerak listrik (GGL), dan GGL ini arahnya berlawanan dengan GGL penyebabnya.
Dengan kata lain arus sumber yang masuk ke dalam lilitan akan menimbulkan efek kemagnetan pada inti besi, dan efek kemagnetan tersebut akan menimbulkan terjadinya arus listrik pada lilitan kawat yang arahnya berlawanan dengan arus sumber yang masuk ke dalam lilitan. Kondisi ini menyebabkan timbulnya beban induktip (XL) dan mengakibatkan lilitan kawat menjadi panas.
Gambar 2-2-10 : Bentuk Gelombang Tegangan dan Arus dan Arah Vektor Pada Rangkaian Listrik Dengan Beban Induktip XL
Sesuai hukum Ohm berlaku :
VL IL = XL P = V x I a. Rangkaian dengan beban Induktip (XL)
c. Arah vector V, I dan P pada beban Induktip
XL = 2 π f L Ohm V I P 900 V / I V I 900 00 1800 2700 3600 t Q Q = 900
b. Benuk gelombang tegangan dan arus pada beban Induktip XL
~
XL.V
dimana :
XL = Reaktansi induktif ( Ohm) f = Frekwensi (hertz)
L = Induktansi (henry)
c. Beban Capasitip (XC)
Gambar 2-2-11 : Bentuk Gelombang Tegangan dan Arus dan Arah Vektor Pada Rangkaian Listrik Dengan Beban Capasitip (XC)
Sesuai hukum Ohm berlaku :
VC
IL =
XC
dimana :
XC = Reaktansi capasitif (Ohm) f = Frewensi (hertz)
C = Kapasitansi kapasitor (farad)
V I 900 00 1800 2700 3600 V / I t Q Q = 900
b. Benuk gelombang tegangan dan arus pada beban capasitp (XC)
a. Rangkaian dengan beban capasitip (XC)
c. Arah vector V, I dan P pada beban Kapasitp
P = V x I
XC= 1/ωC = 1/ (2π fC) Ohm
~
V XC I 900 I P V
c. Beban Impedansi ZL (Campuran XL dan R)
Beban Impedansi ZL merupakan campuran antara beban Induktip (XL) dengan beban resisitip (R). Jenis beban ini paling banyak dijumpai pada aplikasi sehari-hari. Sebagai contoh beban motor listrik, kipas angin dan balast lampu TL, selain mempunyai beban induktip (XL) yang diakibatkan dari efek kemagnetan juga mempunyai beban resistip (R) pada belitan kawatnya.
Jika jenis beban ini dihubung pada sumber tegangan listrik AC maka gelombang tegang beban akan mendahului gelombang arus sebesar sudut Q, dimana besar sudut
Q < 900 dan Q > 00
Gambar 2-2-12 : Bentuk Gelombang Tegangan dan Arus dan Arah Vektor Pada Rangkaian Listrik Dengan Beban Impedansi ZL
Sesuai hukum Ohm berlaku :
V
IL =
ZL
Q < 900 > 00
b. Benuk gelombang tegangan dan arus pada beban impedansi ZL
a. Rangkaian dengan beban capasitip (XC)
c. Arah vector V, I dan P pada beban impedansi ZL P = V x I
~
V ZL I V I 900 00 1800 2700 3600 V / I t Q ZL = √ R2 + XL2c. Arah vector XL, R dan ZL P I Q V XL ZL R Q
dimana :
IL = Arus yang mengalir pada beban. ZL = Impedansi (Ohm),
R = Resistansi (Ohm) XL = Induktansi (Ohm)
2.2.5. Daya listrik AC
Gambar 2-2-13 : Rangkaian listrik dengan beban impedansi ZL
Sesuai rumus daya maka daya yang diserap oleh beban impedansi ZL sama
dengan I2 x ZL, satuannya Volt Ampere (VA). Daya ini merupakan daya yang diserap
dari sumber listrik, dan daya ini biasa disebut dengan daya semu.
Seperti diterangkan di atas bahwa dalam beban impedansi ZL ini merupakan
campuran dari beban resistip (R) dan beban induktip (XL). Daya listrik yang diserap
oleh beban R besarnya sama dengan I2 x R, satuannya Watt, dan daya ini biasa
disebut dengan daya nyata. Sedang daya yang diserap oleh beban induktansi XL
besarnya sama dengan I2 x XL, satuannya VAR, dan daya ini biasa disebut dengan
daya buta.
Antara daya nyata dan daya buta berbeda sudut 900 listrik. Penjumlahan daya
nyata dan daya buta merupakan daya semu dan ketiga macam daya listrik ini secara vektor dapat digambarkan seperti gambar di bawah
Gambar 2-2-14 : Gambar vektor daya nyata, daya buta dan daya semu
V
I
Daya Nyata (Watt) - P
Daya Semu (VA) - S
D a y a B u ta (VA R ) - Q Q
S
2= P
2+ Q
2Dari gambar di atas dapat dilihat bahwa antara daya nyata dan daya buta
berbeda sudut phase 900 sedang antara daya nyata dan daya semu berbeda sudut
phasa sebesar Q.
Daya nyata merupakan daya listrik yang nyata-nyata diserap oleh beban untuk dirubah menjadi energy lain seperti menjadi tenaga gerak/putar pada beban motor listrik atau tenaga cahaya pada beban lampu. Sebagai contoh beban motor listrik mempunyai daya 1 HP (746 Watt), ini berarti motor listrik membutuhkan daya listrik sebesar 746 Watt untuk dirubah menjadi daya mekanik atau tenaga putar sebesar 1 HP. Jadi daya listrik yang dibutuhkan oleh motor dan diubah menjadi tenaga
gerak/putar dapat dikatakan sebagai daya nyata yang besarnya adalah I2 x R.
Selain beban resistip (R), pada motor juga mempunyai beban yang bersifat
induktip (XL). Daya listrik yang diserap oleh beban ini disebut daya buta (I2 x XL)
dimana daya buta ini diserap oleh motor dan dirubah menjadi panas. Daya buta ini merupakan kerugian dalam pemakaian daya listrik, dan daya buta ini sulit ditiadakan.
Penjumlahan daya nyata dan daya buta merupakan daya semu (I2 x ZL), yaitu
daya listrik yang masuk ke beban (motor), atau daya listrik yang ditarik dari sumber listrik.
a. Faktor Daya (Cos Q)
Faktor daya (Cos Q) adalah perbandingan antara daya nyata dengan daya
semu. Seperti gambar di atas dapat dilihat bahwa sudut Q merupakan sudut antara daya nyata dengan daya semu. Jika daya nyata besarnya sama dan semakin besar daya buta (daya yang hilang) maka sudut Q akan semakin besar dan faktor daya (Cos Q) akan semakin kecil. Hal ini pemakaian listrik semakin boros. Sebaliknya jika daya buta semakin kecil maka sudut Q akan semakin kecil dan faktor daya (Cos Q) akan semakin besar, hal ini pemakian listrik semakin hemat.
Besar faktor daya (cos Q) akan maksimum jika harganya 1 (satu), hal ini berarti daya buta besarnya nol, sehingga daya semu besarnya sama dengan daya nyata (daya yang diserap dari sumber listrik sama dengan daya yang dibutuhkan oleh motor untuk dirobah menjadi daya mekanik/putar).
Dengan membaca nilai faktor daya (Cos Q) pada peralatan listrik seperti motor listrik, maka kita dapat menilai kualitas dari peralatan tersebut. Semakin besar nilai faktor daya berarti pemakaian daya listriknya akan semakin hemat. Nilai faktor daya ini dapat diperbaiki dengan memasang beban kapasitip (XC) karena arah XL dan XC
berlawanan (berbeda sudut phase 1800 listrik). Seperti diterangkan di atas bahwa pada
beban XL, tegangan mendahului (leading) 900 listrik terhadap arusnya, sedang pada
beban XC adalah sebaliknya, yaitu tegangan ketinggalan (lagging) 900 listrik terhadap
arusnya.
b. Daya Listrik AC 1 phase
Gambar 2-2-15 : Gambar rangkaian listrik 1 phase
Dimana :
P = Daya listrik (watt)
V = Tegangan listrik (volt)
I = Arus listrik (Ampere)
Cos Q = Sudut phase
c. Daya Listrik AC 3 phase dengan hantaran netral
.
Gambar 2-2-16 : Gambar instalasi 3 phase dengan hantaran netral
P = V x I x Cos Q
L.1 (R) L..2 (S) L.3 (T) NM
Phse (Ph) Netral (N) I V L.3 L.2 L.1 Vp p Vp VpSeperti gambar di atas jika ketiga beban besarnya sama maka daya totalnya :
Di mana :
P = Daya listrik (Watt)
VP = Tegangan phase, yaitu tagangan antara phase dan netral (Volt)
I = Arus (Ampere)
Cos Q = Besar`sudut phase
d. Daya Listrik AC 3 phase tanpa hantaran netral
Gambar 2-2-17 : Gambar instalasi 3 phase tanpa hantaran netral
VL adalah tegangan line, yaitu tegangan antara phase dan phase. Besar
tegangan line lebih besar dibanding dengan tegangan phase, di mana VL =
3
x VpJadi besar daya listrik yang diserap oleh beban motor seperti gambar di atas adalah :
Dimana :
P = Daya listrik (Watt)
VL = Tegangan line (tegangan antara hantaran phase dengan phase)
(Volt)
I = Arus (Ampere)
Cos Q = Faktor daya
P = 3 x Vp x I x Cos Q
P = 3 x VL x I x Cos Q
L.1 (R) L..2 (S) L.3 (T)M
3 ~
VL p VL p VL pBAGIAN 3- SUMBER INFORMASI LAIN :
Judul :Dasar-Dasar Teknik Listrik
Pengarang: : Cevest dan Jika
Penerbit : Depnaker
Tahun Terbit : 1985
Judul : Teknik Listrik Praktis
Pengarang: : Jhon B Robertson
Penerbit: : Yrama Widya
Tahun Terbit: : 1993
Judul: : Ilmu Listrik
Pengarang: : Drs. Christian M
Penerbit: : Angkasa
Tahun Terbit : 1994
Judul: : Operator “J” Dalam Ilmu Listrik Bergabti
Pengarang: : R. Djohari Wiratmadja
Penerbit: : Ganaco N.V.
Tahun Terbit : 1964
Judul: : Teknik Radio Transistor
Pengarang: : J. Canny
Penerbit: : Sekolah Pembangunan Prakarya International Bandung
Materi Pelatihan Buku Informasi Kejuruan Listrik Industri