BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Energi
Energi merupakan konsep yang sangat abstrak, energi tidak memiliki massa, tidak dapat diamati, dan tidak dapat diukur secara langsung, akan tetapi dapat dirasakan perubahannya. Konsep bentuk energi tidak terlepas dari perubahan energi, karena yang berubah adalah energi.
Hukum Kekekalan Energi Thermodinamika 1, “Bahwa energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan tetapi bisa dirubah dari suatu jenis energi ke bentuk energi lain”. Energi dapat berada dalam berbagai bentuk, seperti energi panas, energi cahaya, energi listrik, energi kinetik, energi kimia, energi potensial, energi nuklir dan lain sebagainya. Ada dua bentuk energi yang kaitannya dengan mekanika, yaitu energi kinetik dan energi potensial, dapat dilihat pada Gambar 2.1 dibawah ini.
Gambar 2.1 Bentuk energi
Sumber : Sunarti, Titin. Usaha, Energi, dan Usaha. Direktorat Pendidikan Menengah Kejuruan. Departemen Pendidikan Nasional. 2004
h
1h
21. Energi Kinetik
Setiap benda yang bergerak memiliki energi. Sejumlah kendaraan yang bergerak dengan laju tertentu di jalan raya juga memiliki energi kinetik. Benda yang bergerak memiliki kemampuan untuk melakukan usaha, karenanya dapat dikatakan memiliki energi. Energi pada benda yang bergerak disebut energi kinetik.
Kata kinetik berasal dari bahasa yunani, kinetokos, yang artinya “gerak”. Ketika benda bergerak, benda memiliki kecepatan. Dengan demikian, kita dapat menyimpulkan bahwa energi kinetik merupakan energi yang dimiliki benda karena gerakannya atau kecepatan.
W = Ek = 1/2 mv2 ...(1)
2. Energi Potensial
Istilah potensial memiliki kata dasar “potensi”, yang dapat diartikan sebagai kemampuan yang tersimpan. Secara umum, energi potensial diartikan sebagai energi yang tesimpan dalam sebuah benda atau dalam suatu keadaan tertentu. Energi potensial, karena masih tersimpan, sehingga baru dimanfaatkan ketika sebuah benda berubah menjadi energi lain.
Dalam pengertian yang lebih sempit, yakni dalam kajian mekanika, energi potensial adalah energi yang dimiliki benda karena kedudukan atau keadaan benda tersebut. Dua contoh energi yang mengacu pada pengertian ini yakni energi potensial gravitasi dan energi potensial pegas.
a. Energi potensial Garvitasi
Energi potensial gravitasi adalah energi yang dimiliki suatu benda karena kedudukannya (ketinggiannya) terhadap suatu bidang acuan. Semakin tinggi diatas permukaan tanah, makin besar energi potensial yang dimiliki benda tersebut. Dengan demikian, energi potensial (Ep) gravitasi suatu benda merupakan hasil kali gaya berat benda (mg) dan ketinggiannya (h). → h2-h1
Ep = mgh ... (2) b. Energi potensial Pegas
Energi potensial pegas berhubungan dengan benda-benda elastis, misalnya pegas. Apabila kita melepaskan tekanan pada pegas, maka pegas tersebut melakukan usaha pada tangan kita.
Persamaan Energi Potensial elastis (Ep pegas)
Epelastis = ½ kx2 ... (3)
Gambar 2.2 Energi potensial pegas
Sumber : Sunarti, Titin. Usaha, Energi, dan Usaha. Direktorat Pendidikan Menengah Kejuruan. Departemen Pendidikan Nasional. 2004
2.2 Energy Harvesting
Energy harvesting (juga disebut sebagai power harvesting atau energy scavenging) adalah sebuah proses dimana energi diambil dari sumber eksternal (seperti energi panas matahari, energi dari angin, dan lain sebagainya), diubah, dan kemudian disimpan. (Sumber : www.wikipedia.com).
Pada dasarnya alat harvesting energy untuk getaran telah terbukti melalui tiga prinsip yaitu dari Piezoelectric (Sodano et al 2004), electrostatic (Meninger
et al 2001), and elektromagnetik (Williams et al 1996) yang ditransmisi ke dalam Micro Elektromekanikal System (MEMS). Dari berbagai cara hanya piezoelectric mempunyai kelebihan berupa tingginya Power Output, dan mudahnya pembuatan.
Hal diatas merupakan kategori menghasilkan energi secara makro. Sedangkan untuk menghasilkan energi secara mikro, dalam beberapa tahun ini juga telah banyak dilakukan riset mengenai energy harvesting dengan mengambil energi yang ada dilingkungan (ambient energy) antara lain dari cahaya, getaran, panas, maupun elektromagnetik.
Dengan Pertimbangan tersebut penggunaan harvesting energy dipilih menggunakan speed bump dengan menggunakan piezoelectric. Di Eropa dan China misalnya, telah dikembangkan model speed bump yang terbuat dari bahan plastik atau karet dan tidak bersifat permanen menempel pada jalan raya sehingga polisi tidur ini portable dan mudah untuk dibawa atau dipindahkan sesuai dengan kebutuhan, (verma et al 2010).
2.3 Polisi Tidur
Istilah polisi tidur ini berasal dari bahasa Inggris Britania sleeping policeman. Polisi tidur sudah dicatat Abdul Chaer dalam Kamus Idiom Bahasa Indonesia (1984) dan diberi makna "rintangan (berupa permukaan jalan yang ditinggikan) untuk menghambat kecepatan kendaraan". Jadi, ungkapan polisi tidur pasti sudah ada sebelum tahun 1984.
Kamus Besar Bahasa Indonesia Edisi Pertama (1988) dan Edisi Kedua (1991), polisi tidur belum terdaftar. Polisi tidur mulai diakui dalam KBBI Edisi Ketiga (2001) dan diberi makna „bagian permukaan jalan yang ditinggikan secara melintang untuk menghambat laju kendaraan'.
John M. Echols dan Hassan Shadily mencantumkannya dalam Kamus Indonesia-Inggris Edisi Ketiga (1989) dan memadankannya dengan traffic bump.
Alan M. Stevens dan A. Ed Schmidgall-Tellings pun mencatat polisi tidur dalam Kamus Lengkap Indonesia-Inggris (2005) dan menginggriskannya menjadi speed trap, traffic bump, speed bump.
Polisi tidur atau disebut juga sebagai alat pembatas kecepatan adalah bagian jalan yang ditinggikan berupa tambahan aspal atau semen yang dipasang melintang di jalan untuk pertanda memperlambat laju / kecepatan kendaraan. Untuk meningkatkan keselamatan dan kesehatan bagi pengguna jalan ketinggiannya diatur dan apabila melalui jalan yang akan dilengkapi dengan rambu-rambu pemberitahuan terlebih dahulu mengenai adanya polisi tidur, khususnya pada malam hari, maka polisi tidur dilengkapi dengan marka jalan dengan garis serong berwarna putih atau kuning yang kontras sebagai pertanda.
Akan tetapi polisi tidur yang umumnya ada di Indonesia lebih banyak yang bertentangan dengan desain polisi tidur yang diatur berdasarkan Keputusan Menteri Perhubungan No 3 Tahun 1994 dan hal yang demikian ini bahkan dapat membahayakan keamanan dan kesehatan para pemakai jalan tersebut.
2.3.1 Peraturan DLLAJ Tentang Polisi Tidur
Dalam pembuatan Perangkat lalu lintas atau polisi tidur ini tidak seenaknya dibuat, ada berbagai aturan yang harus dilaksanakan, aturan ini ada pada “KEPUTUSAN MENTERI PERHUBUNGAN NOMOR : KM. 3 TAHUN 1994, tentang ALAT PENGENDALI DAN PENGAMAN PEMAKAI JALAN”
1) BAB II ( JENIS ALAT PENGENDALI DAN PENGAMANAN PEMAKAI JALAN)
Pasal 2
1. Alat pengendal pemakai jalan yang digunakan untuk pengendalian atau pembatasan tehadap kecepatan, ukuran muatan kendaraan pada ruas-ruas jalan terdiri dari :
a. Alat pembatas kecepatan b. Alat pembatas tinggi dan lebar
2) BAB III (ALAT PENGENDALI PEMAKAI JALAN, Bagian Pertama, Alat Pembatas kecepatan)
Pasal 3
1. Alat pembatas kecepatan adalah kelengkapan tambahan pada jalan yang berfungsi untuk membuat pengemudi kendaraan bermotor mengurangi kecepatan kendaraannya
2. Kelengkapan tambahan sebagaimana dimaksud ayat (1), dapat berupa peninggian sebagian badan jalan melintang terhadap sumbu jalan dengan lebar, tinggi, dan kelandaian tertentu.
Pasal 4
1. Alat pembatas kecepatan ditempatkan pada : a. Jalan dilingkungan pemukiman
b. Jalan yang mempunyai kelas jalan II C
c. Pada jalan-jalan yang sedang dilakukan pekerjaan konstruksi
2. Penempatan sebagaimana dimaksud dalam ayat (1) dilakukan pada posisi melintang tegak lurus dengan jalur lalu lintas.
3. Lokasi dan pengulangan penempatan alat pembatasan kecepatan sebagaimana dimaksud dalam ayat (2), disesuaikan dengan hasil manajemen dan rekayasa lalu lintas.
Pasal 5
2. Penempatan alat pembatas kecepatan pada jalur lalu lintas harus diberi tanda berupa garis serong dari cat berwarna putih, atau kuning.
Pasal 6
1. Bentuk penampang melintang alat pembatas kecepatan menyerupai trapesium dan bagian menonjol di atas badan jalan maksimum 12 cm. 2. Penampang sebagaimana dimaksud dalam ayat (1), kedua sisi miringnya
mempunyai kelandaian yang sama maksimum 15%.
3. Lebar mendatar bagian atas sebagaimana dimaksud dalam ayat (1), proporsional dengan bagian menonjol diatas badan jalan dan maksimum 15 cm.
Pasal 7
1. Alat pembatas kecepatan dapat dibuat dengan mengguanakan bahan yang sesuai dengan bahan dari badan jalan, karet, atau bahan lainnya yang mempunyai pengaruh serupa.
2. Pemilihan bahan sebagaimana dimaksud dalam ayat (1) harus memperhatikan keselamatan pemakai jalan.
(lampiran keputusan Menteri Perhubungan, nomor : KM 3 tahun 1994, tanggal 17 Januari 1994)
Gambar 2.3 Contoh pembatas kecepatan
2.4 Piezoelectric
2.4.1 Pengertian Piezoelectric
Piezolectric sendiri ditemukan oleh Curie bersaudara yang terdiri dari Pierre Curie dan Jacques Curie pada tahun 1880. Mereka menggabungkan pengetahuan mereka tentang pyroelectric, suatu kejadian dimana material menghasilkan sebuah potensial listrik dikarenakan perubahan suhu, dengan pemahaman mereka terhadap struktur Kristal mendasar yang memunculkan efek pyroelectric tersebut. Namun Curie bersaudara tidak terlalu membahas efek piezoelectric secara mendalam, ilmu tentang efek piezoelectric ini dibahas lebih lanjut oleh Gabriel Lipmann pada tahun 1881 dengan menggunakan prinsip-prinsip dasar termodinamika.
Piezoelektrisitas adalah sebuah fenomena saat sebuah gaya yang diterapkan pada suatu segment bahan menimbulkan muatan listrik pada permukaan segmen bahan tersebut yang disebabkan oleh adanya distribusi muatan listrik pada sel-sel kristal. Nilai koefisien muatan piezoelectric berada pada rentang 1 – 100 pico coloumb/Newton. Sehingga besarnya daya yang dihasilkan tergantung dengan luas dan jenis dari material
2.4.2 Prinsip Kerja Piezoelectric
Efek piezoelektric terjadi jika medan listrik terbentuk ketika material dikenai tekanan mekanik. Pada saat medan listrik melewati material, molekul yang terpolarisasi akan menyesuaikan dengan medan listrik, dihasilkan dipole yang terinduksi dengan molekul atau struktur kristal materi. Fenomena tersebut dikenal dengan electrostriction.
Lantai piezoelectric ini bekerja dengan prinsip tekanan, saat terjadi perubahan tekanan alat ini akan menghasilkan listrik dalam jumlah yang kecil,
namun jika digunakan banyak alat ini dalam satu wilayah yang luas maka akan mampu menghasilkan listrik yang cukup besar.
Gambar 2.4 Piezoelectric Sumber : Wikipedia
Untuk penggunaan pada kehidupan sehari-hari sebenarnya alat ini sangat berguna untuk menghasilkan energi, namun pemasanganya harus pada tempat-tempat tertentu yang potensial dan juga mengalami perubahan tekanan seperti zebracross ataupun pilisi tidur di jalan raya, sehingga alat ini efektif dalam menghasilkan listriknya. Dan akan menghemat listrik, yang saat ini masih disuplai dari PLN, sehingga penggunaan BBM pun dapat dikurangi.
Gambar 2.5 Prinsip kerja piezoelektrik Sumber : Wikipedia
Pada kristal tertentu, tekanan mekanis →potensial listrik→sebaliknya potensial listrik → perubahan fisik bahannya. (Bila kristal ini diberi tegangan
listrik, maka lempengan kristal akan mengalami vibrasi sehingga timbullah ultrasonik. Sebaliknya, vibrasi pada kristal akan menghasilkan listrik).
q = k.f ... (4) q= muatan
k= konstanta piezoelectric f = gaya
k, quartz = 2,3 pC/N, barium titanate = 140 pC/N.
2.4.3 Spesifikasi Piezoelectric
Piezo Sensor memiliki 2 macam jenis bahan yaitu PVDF dan Copolymer(Keramik) berikut adalah perbedaan antara kedua bahan tersebut . Tabel 2.1 Spesifikasi Piezoelectric
Sumber : Christianto, Paulus. Laporan Proyek Piezo Vibration Sensor. Fakultas Teknik. Jurusan Teknik Elektro Universitas Kristen Maranatha. Bandung. 2011
.Berikut adalah rumus besar nilai kapasitansinya ...(5)
Besar kapasitansi bergantung pada permisitivitas bahan , Luas film PVDF dan ketebalan PVDF .
Tabel 2.2 Voltase yang dibangkitkan
Sumber : Studi Karakteristik Energi Yang Dihasilkan Vibration Energy Harvesting dengan Memanfaatkan Metode Piezoelectric untuk Pembebanan Frontal dan Lateral . Fakultas Teknik Industri Jurusan Teknik Mesin. ITS. Surabaya.2011
Bahan Piezoelectric adalah material yang memproduksi medan listrik ketika dikenai regangan atau tekanan mekanis. Sebaliknya, jika medan listrik diterapkan, maka material tersebut akan mengalami regangan atau tekanan mekanis. Bahan piezoelektrik alami diantaranya: Kuarsa (Quartz, SiO2), berlinite,
turmalin dan garam rossel. Bahan Piezoelectric buatan diantaranya: Barium titanate (BaTiO3), Lead zirconium titanate (PZT), Lead titanate (PbTiO3) dsb.
Material Piezoelectric adalah keramik yang terpolarisasi, seperti material quartz (SiO2) atau barium titanate (BaTiO3) yang akan menghasilkan medan
listrik material berubah dimensinya akibat gaya mekanik. Keramik yang terpolarisasi disini yaitu beberapa bagian molekul bermuatan positif dan sebagian yang lain bermuatan negative dengan elektroda-elektroda yang menempel pada dua sisi yang berlawanan. Pada saat medan listrik melewati material, molekul yang terpolarisasi akan menyesuaikan dengan medan listrik, dihasilkan dipole yang terinduksi dengan molekul atau struktur kristal materi.
Tabel 2.3 Property piezoelectric
Sumber : Wikipedia : piezoelectric tranduser
Penyesuaian molekul akan mengakibatkan material berubah dimensi sekitar 0.1% dari volume bendanya itu sendiri. Fenomena tersebut dikenal dengan electrostriction (efek Piezoelectric) Barium titanate dan zirconate titanate merupakan material Piezoelectric buatan manusia. Dialam ada banyak material
alami yang dapat memberikan efek Piezoelectric, seperti berlinite, kuarsa, turmalin, dan garam rossel. Material jenis ini antara lain yaitu lapisan tipis rhombohedral lead zirconium titanate (PZT) sebagai actuator untuk MEMS, lapisan tipis aluminium nitride (AIN) sebagai filterfr atau resonantor (orde GHZ) berbasis efek surface acoustic wave (SAW), komposit piezoelektrik seperti serbuk keramik PTCa yang didispersikan dalam epoxy digunakan sebagai actuator pembalik (listrik menjadi energi mekanik).
Tabel 2.4 Properties of Some Piezolectric Materials
material Density (Mg/m3) Dielectric constant Curie temerature (°C) Saturation polarization (C/m2) Coupling coefficient, K Quartz 2.65 4.6 575 Li2SO4 2.06 10/3 BaTiO3 5.7 1900 130 0.26 0.38 PbTiO3 7.12 43 494 PZT-4 7.6 1300 320 0.5 0.56 PZT-5 7.7 1700 365 0.5 0.66 LiNbO3 4.64 29 1210 0.74 0.035 Rochelle salt 5000 24
# lead zirconate titanate Sumber : Sources: Hanbook of Tables for Applied Engineering Science, 2nd ed., CRC Press, Boca Raton, FL (1973), and A.I. Moulson and J.M.Herbert, Electroceramics, Champman and Hall, london (1990)
2.4.4 Kelebihan Piezoelectric
Elemen Piezoelectric mempunyai beberapa kelebihan penting dibandingkan mekanisme sensor yang lain. Pertama dan yang utama adalah fakta bahwa piranti tersebut membangkitkan sendiri tegangannya. Karena itu elemen ini tidak memerlukan daya dari luar untuk operasionalnya. Untuk suatu aplikasi di mana konsumsi daya sangat terbatas, piranti Piezoelectric sangat berguna.
2.4.5 Kelemahan dan Kekurangan Material Piezoelcktric
Piezoelectric bukanlah suatu dielektrik yang bagus. Ada sedikit kebocoran muatan pada material piezoelektrik. Karena fenomena ini, ada suatu konstanta waktu penyimpanan tegangan pada Piezoelectric setelah diberikan suatu gaya. Konstanta waktu ini tergantung pada kapasitansi elemennya dan pada resistansi kebocorannya. Konstanta waktunya berada pada orde 1 detik. Karena efek ini, Piezoelectric kurang bermanfaat untuk mendeteksi besaran static seperti berat suatu benda.
Kekurangan utama sensing Piezoelectric ini adalah sensitifitasnya hanya bagus untuk sinyal yang berubah‐ubah terhadap waktu. Piezoelectric tidak dapat beroperasi untuk aplikasi‐aplikasi yang membutuhkan sensitifitas terhadap besaran statik. Meskipun demikian, jika ada sinyal yang berubah terhadap waktu, perlu adanya pemikiran yang serius pada penggunaan elemen sensing Piezoelectric
2.5 Dasar Teori Listrik 2.5.1 Kelistrikan.
Kita ketahui bahwa suatu materi terdiri dari atom-atom, yang memiliki sejumlah partikel dasar, yaitu proton yang bermuatan listrik positif, dan netron yang tak bermuatan yang berada dalam inti atom serta elektron yang bermuatan listrik negatif yang bergerak pada orbit disekitar inti atom. Secara normal, suatu atom bermuatan listrik netral karena muatan listrik negatif dari elektron setimbang dengan muatan listrik proton. Atom-atom ini akan bermuatan listrik positif bila
kehilangan elektron dan menjadi bermuatan listrik negatif bila mendapatkan elektron dari atom-atom lain.
Pada teori rangkaian, arus umumnya dipandang sebagai gerakan muatan listrik positif, hal ini sesuai dengan konvensi dari Benjamin Franklin (1706 – 1790), yang menyatakan bahwa listrik bergerak dari positif menuju negatif. Kita ketahui bahwa arus pada penghantar logam adalah gerakan elektron bebas dari atom-atom logam, yang kita ketahui bermuatan listrik negatif. Dengan demikian arah arus listrik berlawanan dengan arah gerakan elektron.
Terdapat beberapa jenis arus yang umum digunakan, yaitu arus listrik searah (DC) seperti yang dihasilkan oleh catu daya untuk peralatan elektronika, Batere dan sumber listrik arus searah lainnya dan arus listrik bolak-balik atau AC yang umumnya merupakan fungsi sinusoid yang digunakan pada peralatan rumah tangga atau mesin-mesin industri.
Alat ukur Arus listrik disebut Ampere meter. Alat ini harus dihubungkan seri dengan beban yang akan diukur, seperti ditunjukkan pada Gambar di bawah. Agar ampere meter ini tidak mempengaruhi besarnya arus yang diukur, maka tahanan dalam ampere meter harus nol.
V
A
R I
Gambar 2.6 Contoh pengukuran arus listrik Sumber : Wikipedia, Jurnal teori dasar listrik
Muatan dalam suatu konduktor yang berupa elektron-elektron bebas dapat bergerak secara acak. Jika kita menghendaki agar gerakannya menyatu (tidak acak), maka kita harus memberikan gaya gerak listrik (Electromotive Force-EMF). Dengan demikian suatu kerja telah dilakukan pada suatu muatan. Kita
mendefinisikan Tegangan pada suatu elemen adalah kerja yang dilakukan untuk menggerakkan satu muatan (1 C) dari satu terminal ke terminal lain. Satuan dari tegangan atau beda potensial disebut dengan V disingkat dengan V. Satuan ini diambil dari nama ahli fisika berkebangsaan Italia, yaitu Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Va (1745 – 1827), yang menemukan batere Va.
Selanjutnya kita menyatakan tegangan dengan huruf V dan menggunakan tanda +, - untuk menyatakan polaritasnya seperti ditunjukkan pada Gambar di bawah. Nampak bahwa terminal A lebih positif “volt” V dibanding terminal B. Cara yang lain untuk menyatakan tegangan ini adalah dengan menyatakan beda potensialnya, yaitu terminal A memiliki potensial lebih tinggi sebesar “volt” V dibanding terminal B.
A + v - B
Gambar 2.7 Polaritas Tegangan. Sumber : Wikipedia, Jurnal teori dasar listrik
Beberapa orang menyatakan tegangan pada suatu elemen sebagai tegangan jatuh atau tegangan naik. Dengan mengacu pada Gambar di atas, tegangan jatuh terjadi jika arus listrik mengalir dari A ke B, dan tegangan naik jika arus mengalir dari B ke A.
Kita juga dapat menyatakan potensial pada suatu titik terhadap titik yang lain dengan subskrip ganda, seperti VAB = - VAB. Alat ukur Tegangan listrik disebut V meter. Alat ini harus dihubungkan paralel dengan beban yang akan diukur, seperti ditunjukkan pada Gambar di bawah. Agar V meter ini tidak mempengaruhi besarnya tegangan yang diukur, maka tahanan dalam ampere meter harus tak hingga.
V R V
Gambar 2.8 Cara pengukuran tegangan Sumber : Wikipedia, Jurnal teori dasar listrik
Dibawah ini juga akan diuraikan beberapa teori dasar listrik beserta rumus dan satuannya dan hukum – hukum kelistrikan yang berhubungan dengan tugas akhir ini.
Arus listrik adalah muatan-muatan negatif (elektron-elektron) yang mengalir dari potensial rendah ke potensial tinggi. Mengenai arus listrik ini diselidiki oleh Andre Marie Ampere, yang mengatakan : (Kuat) Arus listrik adalah banyaknya muatan listrik yang mengalir dalam suatu penghantar setiap sekon (detik). Pernyataan tersebut dapat ditulis dengan rumus :
I = 𝑄
𝑡 ... (6)
dimana :
I = Arus listrik dalam satuan Ampere ( A ) Q = Muatan listrik dalam satuan Coulomb ( C ) t = Waktu dalam satuan sekon ( dt )
1 Ampere yaitu apabila dalam suatu penghantar mengalir muatan sebesar satu coulomb selama satu sekon ( detik ).
1 Ampere = 1 𝐶𝑜𝑢𝑙𝑜𝑚𝑏 1 𝑆𝑒𝑘𝑜𝑛 (1 Coulomb = 6,3 x 10 18 elektron)
Ketiga rumus ini dapat diingat dengan menggunakan segitiga seperti berikut ini : Q 1. I = 𝑄𝑡 2. Q = I x t I t 3. t = 𝑄 𝐼
Tegangan Listrik dinyatakan dengan notasi V ( volt ) atau voltage dan juga dinyatakan dengan huruf E dari EMF yaitu singkatan Electro Motive Force ( gaya gerak listrik ) dan satuan tegangan Listrik adalah V.
Tegangan listrik atau Potensial listrik yaitu energi atau tenaga yang menyebabkan muatan-muatan negatif (elektron-elektron) mengalir dalam suatu penghantar.
Pernyataan tersebut dapat ditulis dengan rumus :
V = 𝑊𝑄 ...(7) dimana :
V = Tegangan listrik dalam satuan volt (V)
W = Energi /tenaga/ kerja listrik dalam satuan Joule (J) Q = Muatan listrik dalam satuan Coulomb (C)
George Simon Ohm telah melakukan percobaan - percobaan dan membuktikan bahwa terdapat hubungan yang erat antara arus listrik (I), tegangan listrik (V) dan hambatan listrik/Resistor (R). Hubungan tersebut dikenal dengan Hukum Ohm, yang berbunyi :
Dalam suatu rangkaian tertutup (Closed Circuit) Kuat arus listrik (I) sebanding atau berbanding lurus dengan tegangan listriknya (V), dan berbanding terbalik dengan hambatan listriknya (R).
Gambar 2.9 Rangkaian arus Sumber : Wikipedia, Jurnal teori dasar listrik
Daya Listrik adalah usaha listrik dalam suatu penghantar setiap detik. Pernyataan ini dapat ditulis dengan rumus :
P = 𝑊
𝑡
atau P =
( 𝑉.𝐼.𝑡)
𝑡 maka P = V x I ... (8)
Keterangan : P = Daya listrik dalam satuan W V = Tegangan listrik dalam satuan V I = Arus listrik dalam satuan A W = Usaha listrik dalam satuan J W = V x I x t
t = Waktu dalam satuan sekon (dt)
Jika kita hubungkan antara Hukum Ohm dengan Daya Listrik maka diperoleh : a) P = V x I jika I = 𝑉
𝑅 maka
b) P = V x 𝑉𝑅
=
𝑉𝑅2 c) P = I x I x R = I2 x RJadi untuk menentukan besarnya Daya Listrik dapat kita selesaikan dengan menggunakan tiga buah rumus seperti di atas.
2.5.2 Batere atau Accumulator
Batere atau akumulator adalah sebuah sel listrik dimana didalamnya berlangsung proses elektrokimia yang reversibel ( dapat berbalikan ) dengan efisiensinya yang tinggi. Yang dimaksud dengan proses elektrokimia reversibel, adalah didalam batere dapat berlangsung proses pengubahan kimia menjadi tenaga listrik ( proses pengosongan ), dan sebaliknya dari tenaga listrik menjadi tenaga kimia ( pengisian kembali dengan cara regenerasi dari elektroda-elektroda yang dipakai, yaitu dengan melewatkan arus listrik dalam arah ( polaritas ) yang berlawanan didalam sel.
Tiap sel batere ini terdiri dari dua macam elektroda yang berlainan, yaitu elektroda positif dan elektroda negatif yang dicelupkan dalam suatu larutan kimia.
2.5.3 Dioda
Dioda adalah merupakan jenis komponen pasif. Dioda memiliki dua kaki/kutub yaitu kaki anoda dan kaki katoda . Dioda terbuat dari bahan semi konduktor tipe P dan semi konduktor tipe N yang di sambungkan.
Semi konduktor tipe P berfungsi sebagai Anoda dan semi konduktor tipe N berfungsi sebagai katoda. Pada daerah sambungan 2 jenis semi konduktor yang berlawanan ini akan muncul daerah deplesi yang akan membentuk gaya barier .Gaya barier ini dapat ditembus dengan tegangan + sebesar 0.7 V yang dinamakan sebagai break down Vage, yaitu tegangan minimum dimana dioda akan bersifat sebagai konduktor/penghantar arus listrik.
Dioda bersifat menghantarkan arus listrik hanya pada satu arah saja, yaitu jika kutub anoda kita hubungkan pada tegangan + dan kutub katoda kita hubungkan dengan tegangan – (kita beri bias maju dengan tegangan yang lebih besar dari 0.7 V) maka akan mengalir arus listrik dari anoda ke katoda (bersifat konduktor). Jika polaritasnya kita balik (kita beri bias mundur) maka arus yang mengalir hampir nol atau dioda akan bersifat sebagai isulator.
Karena sifat dioda yang bekerja sebagai konduktor jika kita beri bias maju dan bekerja sebagai isulator pada bias mundur, maka dioda sering digunakan sebagai penyearah (rectifier) arus bolak-balik. Contoh penggunaannya adalah pada rangkaian adaptor, DC power supply (Catu Daya DC) dsb.
Menurut bahan semi konduktor yang digunakan dalam pembuatannya, dioda ada 2 jenis yaitu :
1. Dioda silikon: Dibuat dari bahan silikon.
2. Dioda germanium: Dibuat dari bahan germanium. Jenis-jenis dioda dan penggunaannya :
Gambar 2.10 Dioda Sumber : Wikipedia, Berkas: Dioda
Dioda Schottky (diambil dari nama seorang ahli fisika Jerman Walter H. Schottky; juga dikenal sebagai diode pembawa panas) adalah diode semikonduktor dengan tegangan rendah.
Dioda Schottky adalah tipe khusus dari diode dengan tegangan yang rendah. Ketika arus mengalir melalui diode akan ditahan oleh hambatan internal, yang menyebabkan tegangannya menjadi kecil di terminal diode. Dioda normal antara 0.7-1.7 V, sementara diode Schottky tegangan kira-kira antara 0.15-0.45 V.
Dioda Schottky menggunakan simpangan logam-semikonduktor sebagai Sawar Schottky (dari sebuah simpangan semikonduktor-semikonduktor seperti dalam diode konvensional). Sawar Schottky ini dihasilkan dengan waktu kontak yang sangat cepat dan tegangan yang rendah.
Perbedaan yang paling penting antara p-n dan diode Schottky adalah dari membalikkannya waktu pemulihan, ketika beralih dari keadaan tidak menghantarkan ke keadaan menghantarkan dan sebaliknya. Dimana dalam diode p-n waktu pemulihan balik dapat dalam orde ratusan nano-detik dan kurang dari 100 nano-detik untuk diode cepat.
Aplikasi termasuk perlindungan muatan pada sel surya yang dihubungkan dengan batere timbal-asam dan dalam mode saklar-sumber listrik; dalam kedua kasus rendahnya tegangan akan meningkatkan efisiensi. Dioda silicon standar tegangan kira-kira sekitar 0.7 V dan diode germanium 0.3 V.
Gambar 2.11 Schottky diode schematic symbol Sumber : Wikipedia, Berkas: Dioda
2.5.4 Lampu LED
Kata LED merupakan singkatan dari light-Emitting Diode (dioda cahaya) ialah suatu semikonduktor yang memancarkan cahaya monokromatik yang tidak koheren ketika diberi tegangan maju. Gejala ini termasuk bentuk elektroluminesensi. Warna yang dihasilkan bergantung pada bahan semikonduktor yang dipakai, dan bisa juga ultraviolet dekat atau inframerah dekat.
Gambar 2.12 LED Sumber : Wikipedia, berkas: LED
Lampu LED memiliki beberapa keunggulan dari lampu konvensional yang sebelumnya kita gunakan (neon,bohlam dan lainnya) sehingga lampu LED layak disebut sebagai lampu masa depan dan mulai digunakan dari sekarang.
Beberapa Keuntungan yang didapat apabila menggunakan lampu Led ketimbang lampu neon / pijar :
Dengan menggunakan lampu LED kita bisa menghemat tagihan listrik ,lampu pijar hanya bisa mengubah sekitar 8 % dari konsumsi listrik yang digunakan menjadi cahaya, dibandingkan dengan lampu LED yang bisa mengubah dua kali lipat yaitu sekitar 15-25% .
LED menghasilkan panas lebih sedikit. Dengan begitu selain hemat konsumsi listrik dari lampu juga hemat untuk konsumsi lsitrik pendingin. Lampu LED bebas dari bahaya merkuri jadi sangat aman digunakan
dimana saja.
Lampu LED jauh lebih tahan lama, 60 kali dari lampu pijar dan 10 kali dari lampu nion.
Lampu LED memiliki desain yang elegan,bahkan bisa memperindah interior di ruangan.
Lampu LED memiliki efisiensi yang lebih banyak dibandingkan dengan lampu pijar/ tungsten, maupun lampu fluorescent. Lampu LED tidak menghasilkan panas seperti lampu pijar, tidak merusak kesehatan seperti lampu fluorescent,dan lebih tahan lama. 1 W lampu LED menghasilkan 100 lumen.
