Bab 2 EEBT: Rangkaian Listrik Sederhana (Complete Editon)

1. Membuat Sebuah Rangkaian Listrik

Sebuah rangkaian listrik terdiri dari:

  • Sumber tegangan
  • Konduktor
  • Beban

Pada sumber tegangan, bentuk lain energi diubah menjadi listrik. Hal tersebut lah   yang membangkitkan sebuah tegangan.

Pada sebuah beban, energi listrik dirubah menjadi bentuk energi yang diinginkan. Energi listrik “digunakan” disini dan bentuk energi “dibangkitkan” beban, yangmana tidak menghabiskan listrik, tetapi mengubahnya menjadi bentuk energi lain. Perubahan ini terjadi pada beban dengan merintangi perpindahan elektron. Rintangan pada arus listrik dapat diukur dan dikenal sebagai resistansi listrik.

1

Resistansi listrik merupakan rintangan terhadap aliran elektronika dalam bahan yang diberikan.

Resistansi listrik diukur dalam satuan yang disebut Ohm.

Demikian, resistansi listrik menjadi sebuah hal yang penting terhadap semua beban. Bagaimana resistansi dijelaskan dan faktor apa saja yang mempengaruhinya akan dijelaskan pada Bab 3.

2
Gambar 2.1 Rangkaian listrik

Rangkaian listrik lengkap dengan simbol rangkaian ditunjukkan pada gambar 2.1. Saklar, fuse dan perangkat proteksi lainnya tidak diperlihatkan untuk mempermudah pembacaan gambar.

2. Hukum Ohm

Pada bagian berikut, kita akan menjelaskan hubungan antara kuat arus, tegangan dan tahanan dalam sebuah rangkaian sederhana dengan bantuan sebuah eksperimen. Untuk lebih jelasnya, kita akan memulainya dengan menggolongkan hanya satu dari kuantitas berikut pada satuan waktu, dengan besaran yang lain tetap atau konstan.

Pada rangkaian listrik, tiap tegangan U atau beban, contohnya tahanan R dapat dirubah. Bergantung pada Tegangan U dan tahanan R, arus I akan mengalir.

Eksperimen 2-1:

Hubungan antara kuat arus dan tegangan pada tahanan yang tetap

Penyusunan rangkaian

3

Perangkat suplai utama digunakan sebagai sumber tegangan. Perangkat ini merubah tegangan utama 220 V menjadi tegangan output yang lebih kecil, yang dapat dirubah-rubah selanjutnya.

Resistor standar digunakan untuk mendapatkan sebuah nilai tahanan yang tepat.

 

Metode

Tegangan U dirubah dari 0 sampai 10 V pada tahanan R = 20 Ω. Pengukuran diperoleh dari tegangan U dan arus I.

Pengamatan

R = tetap

R = 20 Ω

No.

U dalam V I dalam A

1

0 0

2

2 0.1

3

4

0.2

4 6

0.3

5 8

0.4

6 10

0.5

Eksperimen 2 – 1 menunjukkan:

Arus I bergantung pada tegangan. Pada tahanan yang tetap, arus I menaik seiring dengan kenaikan tegangan U.

Hasil eksperimen dapat juga ditampilkan dengan grafik. Arus berubah seiring berubahnya tegangan. Hal tersebut dikarenakan arus sebagai nilai yang bergantung dan tegangan sebagai nilai yang bebas (gambar 2.2).

4
Gambar 2.2 Kuat arus sebagai fungsi tegangan pada tahanan yang tetap

Ketika nilai arus yang diukur ditampilkan pada grafik terhadap nilai tegangan yang diukur dan titik-titik pengukuran dihubungkan, maka akan mengahasilkan sebuah garis lurus. Hal ini membuktikan adanya keseimbangan. Secara matematis:

I setimbang dengan U

I ~ U 

Keseimbangan I ~ U dapat juga diubah kedalam persamaan; I = k . U. Nilai k dapat dihitung pada tiap pengamatan:

       Pengamatan No.2    

                                                                   (U = 2 V)
78

 

   Pengamatan No.5      

                                                                   (U = 8 V)
9

k sama untuk semua nilai pengukuran, k merupakan nilai yang tetap. Ini mengindikasikan besarnya arus pada tegangan U = 1 V.

Konstanta ini bergantung hanya pada beban. Hal ini disebut konduktansi listrik.

Satuan konduktansi listrik disebut Siemens.

5

Konduktansi listrik suatu beban memberitahukan kepada kita bagaimana arus akan mengalir per satuan tegangan yang digunakan.

Semakin tinggi konduktansi pada suatu rangkaian, makin besar arusnya.

Pada eksperimen 2 – 1, konduktansi tetap konstan dan  tahanan juga tidak dirubah. Sebab itu, pasti ada hubungan diantara tahanan dan konduktansi.

10

Tahanan listrik pada suatu beban mengindikasikan berapa tegangan yang diperlukan untuk memperoleh arus 1 A mengalir pada rangkaian.

Pada eksperimen 2 – 1, arus 0.5 A mengalir pada U = 10 V.

6

Jika ketentuan konduktansi dan tahanan dibandingkan (dan ini sesuai satuannya), maka akan terlihat bahwa:

Konduktansi berbalik dengan tahanan

Pada eksperimen 2 – 1, tahanan R dan karena itu konduktansi G tetap konstan. Seiring tegangan U yang meningkat, arus I juga ikut meningkat. Pada eksperimen selanjutnya, kita akan menujukkan bagaimana kuat arus berubah jika tegangan tetap konstan dan tegangan dirubah-rubah.

Eksperimen 2 – 2:

Hubungan antara arus dan tahanan pada tegangan yang tetap

Penyusunan rangkaian

11

 

Metode

Tahanan dinaikkan secara bertahap dari R = 10 Ω sampai 40 Ω, sambil menjaga tegangan tetap konstan. Arus I diukur untuk tiap untuk tiap tahanannya. Sebuah voltmeter digunakan untuk memonitor tegangan.

Jika dalam eksperimen 2 – 1 nilai tegangan yang divariasikan, maka pada eksperimen ini nilai tahanannya yang divariasikan.

 

Pengamatan

U = tetap

U = 10 V

No.

R dalam  Ω I dalam A

1

10 1
2 20

0.5

3

30

0.33

4 40

0.25

Eksperimen 2 – 2 menunjukkan:

Jika tahanan R meningkat saat tegangan U tetap konstan, maka arus I makin rendah.

Pengamatan berikut dapat juga ditampilkan dalam grafik. Perubahan tahanan merupakan penyebab berubahnya arus. Maka, kuat arus merupakan variabel yang bergantung terhadap nilai tahanan (gambar 2.3).

12
Gambar 2.3 Nilai arus yang bergantung terhadap tahanan pada tegangan yang tetap

Kurva yang dihasilkan berbentuk hiperbola, yang menunjukkan perbandingan yang berbanding terbalik.

Secara matematis, dinyatakan:

 

13

 

Pada rangkaian listrik yang tertutup, arus bergantung pada tegangan dan tahanan.

 

Hukum Ohm

Arus listrik I secara langsung berhubungan dengan tegangan U dan berbanding terbalik dengan tahanan R.


14

15
Gambar 2.4 Kurva karakteristik berbagai ukuran tahanan

Dalam gambar 2.4, nilai arus terhadap tegangan, menghasilkan nilai tahanan yang berbeda-beda. Dapat disimpulkan bahwa semakin rendah nilai tahanannya, makin curam garis fungsinya.

Latihan

  1. a) Berdasarkan perhitungan pada eksperimen 2 – 1, temukan nilai arus dengan            nilai U = 0 V sampai U = 20 V, serta tahanan R1  = 30 Ω dan R2  = 10 Ω.
  1. b) Masukkan karakteristik kurva dalam sebuah diagram yang baru.
  1. c) Hasil tahanan manakah (paling tinggi atau paling rendah) yang memiliki karakteristik kurva yang paling curam? Berikan alasannya.
  1. Berapa tingkat arus yang mengalir melalui tahanan 15 kΩ, jika tegangan yang digunakan sebesar 60 V?
  1. Berapa tinggi tahanan jika arus 9.1 A mengalir pada tegangan 220 V?
  1. Berapa konduktansi beban yang mengizinkan arus 22.5 A pada tegangan 500 V?
  1. Berapa tegangan yang dibutuhkan jika arus maksimum yang diizinkan I = 50 mA mengalir melalui tahanan R = 2.2 kΩ?

 

-END-

Sampai jumpa di Bab 3 “Electrical Engineering Basic Technology”

 

 

 

 

 

 

 

 

Penulis:

Life just once, so keep berkaryaaa Pantang menyerah tuk raih impian.... ^^ Ganbarimasu

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout /  Ubah )

Foto Google

You are commenting using your Google account. Logout /  Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout /  Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout /  Ubah )

Connecting to %s