TEORI DASAR LISTRIK (AC DC)

Sifat muatan listrik yaitu;

a.       Jika dua muatan yang sama ((+) dan (+)/(-) dan (-)) didekatkan, maka akan saling tolak mmenolak.

b.       Jika dua muatan yang berbeda ((+) dan (-)/(-) dan (+)) didekatkan, maka akan saling tarik menarik.

Tenaga listrik dapat dihasilkan dari beberapa sumber diantaranya bahan kimia, tekanan, cahaya, gelombang suara dan magnet.

 

A.     PENGENALAN ARUS SEARAH

 

1.       Generator arus searah.

Adalah mesin pengubah energi mekanik menjadi energi listrik, sedangkan penggerak dari generator disebut prime mover yang dapat berbentuk turbin air, uap, mesin diesel dll.

 

Prinsip kerjanya adalah berdasarkan hokum Faraday dimana konduktor memotong medan magnit  dan emf atau induksi akan timbul beda tegangan dan adanya komutator yang dipasang pada sumbu generator maka pada terminal generator akan terjadi tegangan searah.

 

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.

 

3.       Arus Listrik:

adalah mengalirnya electron secara kontinyu pada konduktor akibat perbedaan jumlah electron pada beberapa lokasi yang jumlah elektronnya tidak sama. satuan arus listrik adalah Ampere.

 

1 ampere arus adalah mengalirnya electron sebanyak 628x10¹⁶   atau sama dengan 1 Coulumb per detik meliwati suatu penampang konduktor.

4.       Kuat Arus Listrik.

Adalah arus yang tergantung pada banyak sedikitnya elektron bebas yang pindah melewati suatu penampang kawat dalam satuan waktu.

 

Difinisi : Amper adalah satuan kuat arus listrik yang dapat memisahkan 1,118 milligram perak dari nitrat perak murni dalam satu detik.

 

Rumus – rumus untuk menghitung banyaknya muatan listrik, kuat arus dan waktu.

 

 

1 (satu) Coulomb     = 6,28 x 10¹⁸  electron

 

Dimana :

 

Q = Banyaknya muatan listrik dalam satuan coulomb (C).

I  = Kuat Arus dalam satuan Amper (A).

t  = waktu dalam satuan detik (s).

 

Contoh soal mengenai Kuat arus listrik.

Sebuah batere memberikan arus 0,5 A kepada sebuah lampu selama 2 menit. Berapakah banyaknya muatan listrik yang dipindahkan ?.

Jawab :

Diketahui :

I = 0,5 amp

t = 2 menit.

Ditanyakan :  Q (muatan listrik).

Penyelesaian        :  t  = 2 menit = 2 x 60 = 120 detik

Q = I x t

= 0,5 x 120 = 60 coulomb.

 

5.       Rapat Arus.

Difinisi : rapat arus ialah besarnya arus listrik tiap-tiap mm²  luas penampang kawat

Rumus-rumus dibawah ini untuk menghitung besarnya rapat arus, kuat arus dan penampang kawat.

 

 

Dimana : 

S = Rapat arus [ A/mm²]

I =  Kuat arus      [ Amp]

q =  luas penampang kawat  [ mm²]

 

6.       Tahanan dan daya hantar.

Tahanan difinisikan sbb :

1 (satu Ohm / Ω) adalah tahanan satu kolom air raksa yang panjangnya 1063 mm dengan penampang 1 mm² pada temperatur 0º C.

Daya hantar didifinisikan sbb :

Kemampuan penghantar arus atau daya hantar arus sedangkan penyekat atau isolasi adalah suatu bahan yang mempunyai tahanan yang besar sekali sehingga tidak mempunyai daya hantar atau daya hantarnya kecil yang berarti sangat sulit dialiri arus listrik.

 

Rumus untuk menghitung besarnya tahanan listrik terhadap daya hantar arus.

 

Dimana : R = Tahanan kawat listrik  [ Ω/ohm]

G = Daya hantar arus [Y/mho]

 

Tahanan pengahantar besarnya berbanding terbalik terhadap luas penampangnya.

Bila suatu penghantar dengan panjang l , dan penampang q serta tahanan jenis r (rho), maka tahanan penghantar tersebut adalah :

 

 

Dimana  : R = tahanan kawat    [ Ω/ohm]

= panjang kawat   [meter/m]

= tahanan jenis kawat  [Ωmm²/meter]

q = penampang kawat  [mm²]

faktot-faktor yang mempengaruhi nilai resistance, karena tahanan suatu jenis material sangat tergantung pada :

a.       panjang tahanan

b.       luas penampang konduktor.

c.        jenis konduktor

d.       temperatur.

 

7.       potensial.

potensial listrik adalah fenomena berpindahnya arus listrik akibat lokasi yang berbeda potensialnya. dari haltsb diatas kita mengetahui adanya perbedaan potensial listrik yang sering disebut potential difference. satuan dari potential difference adalah Volt. 

 

B.     PENGERTIAN ARUS BOLAK-BALIK

 

1.       GEM (GAYA ELEKTROMOTORIS)

Bila sebatang penghantar digerakan sedemikian rupa didalam medan magnet, hingga garis-garis medan magnet terpotong bebas didalam penghantar akan bekerja gaya, yang menggerakan elektron tersebut sejurus dengan arah penghantar. Akibatnya ialah penumpukan elektron (pembawa muatan negatip) disebelah bawah dan kekurangan elektron yang sebanding diujung batang sebelah atas. Didalam batang penghantar terjadi tegangan, selama berlangsungnya gerakan penghantar didalam medan magnet.

Membangkitkan tegangan dengan bantuan medan magnet dinamakan menginduksikan, dan kejadian itu sendiri dinamakan induksi tegangan

 

gambar 1 : bentuk arus bolak-balik 1 fasa

 

gambar2 :  prinsip membangkitkan arusbolak-balik 3 fasa

 

hubungan antara frequensi, kecepatan putar dan tegangan yang timbul pada generator arus bolak balik.

 

 

v  frekwensi.

dimana : P = jumlah kutub magnit.

N = putaran rotor permenit

F = jumlah lengkap putaran perdetik.

 

v  E.M.F (eletro motor force).

dimana :  Kc = jarak antar kumparan atau pitch factor.

Kd = faktor distribusi.

Φ =  fluks per kutub [weber]

f  = frekwensi.

 

Persamaan tegangan bolak-balik (Alternating voltage equations).

 

dengan diketahui bahwa perputaran kumparan dengan percepatan tertentu yaitu ω radians second atau 2π radians dan grafik tegangan untuk satu cycle adalah :

ω = 2πf

 

sesuai standar persamaan dari tegangan bolak-balik adalah :

 

v  e = E_m sin θ

v  e = E_m sin ωθ

v  e = E_m sin 2πft

v  e = E_m sin ωt

 

a.       Nilai sesaat (Instantaneous value).

didifinisikan sebagai harga sesaat ketika berputar dimana nilai pada lokasi tertentu, untuk membedakan dengan notasi tegangan dan arus nilai sesaat dinotasikan sebagai e dan i (huruf kecil).

b.       Nilai Puncak (peak value).

disebub juga nilai maximum baik Positip (+) maupun negatip (-) baik untuk tegangan maupun arus dan disebut juga sebagai nilai makismum.

c.       Nilai rata-rata (average value).

Nilai rata-rata yang dihitung secara arithmetical satu cycle. nilai rata-rata arus dan tegangan bolak-balik yang berbentuk gelombang sinusoidal adalah :

E_av = 0,637 E_m      dan          I_av = 0,637 I_m     ( 0,637 =2/ π ).

d.       Nilai efektip, (effectiv value)

Harga efektif atau harga guna dari arus bolak-balik yang berbentuk sinus adalah suatu harga arus yang lebih penting dari pada harga arus rata-rata. Arus yang mengalir didalam suatu tahanan ”R” selama waktu ’t’, akan melakukan sejumlah usaha yang menurut rumus :

 

A = I².R.t     [joule}

 

usaha ini dalam bentuk panas. Jika tahanan R dilalui arus bolak-balik

 

i = I_m.sin ωt

 

dan didalam waktu t yang sama, arus bolak-balik tersebut melakukan sejumlah pekerjaan yang sama besarnya dengan

 

= I²_m.R.t     [joule].

 

Harga efektif arus bolak-balik adalah harga tetap dari arus rata yang didalam waktu yang sama melakukan sejumlah usaha (I²_m.R.t     [joule].) yang besarnya dengan usaha yang dilakukan oleh arus bolak-balik.

 

sehingga bentuk persamaan ts diatas berubah menjadi sbb :

 

A = I²_m.sin²ωt 

 

berarti ;

 

i² = I²_m.sin²ωt

= I²_m  (½ - ½.cos 2ωt)

= (½I²_m  - ½. I²_m  cos 2ωt)

 

Jadi arus i² merupakan arus campuran yang terdiri dari dua bagian yaitu :

v  Bagian arus yang rata dengan harga ½ I²_m .

v  bagian yang berubah –ubah menurut rumus cosinus (grafik). ½. I²_m  cos 2ωt

 

dari bagian yang rata adalah sebagai harga puncak yang jika dihitung merupakan harga efektip dari arus bolak-balik adalah akar dari harga puncak yaitu :

 

I_eff = Ö ½. I²_m

I_eff = I_m Ö ½.

 

untuk tegangan sama :

  

 

Source: Teori Dasar Listrik PT PLN (PERSERO) PENYALURAN DAN PUSAT PENGATUR BEBAN JAWA BALI         

OSILOSKOP

Osiloskop adalah suatu alat yang digunakan untuk mengamati bentuk gelombang dan pengukurannya. Komponen  utama osiloskop adalah tabung sinar katoda. Komponen utama dari sinar katoda (Cathode ray tube) atau CRT adalah ;

1.  Perlengkapan senapan elektron.

2.  Perlengkapan pelat defleksi.

3.  layar frouorosensi.

4.  Tabung gelas dan dasar tabung.

(David  Halliday, Fisika Dasar II, 1992)

 

Osiloskop sinar katoda dapat digunakan untuk menyelidiki gejala yang bersifat periodik. Komponen utama osiloskop adalah tabung sinar katoda (CRT), Prinsip kerja tabung sinar katoda adalah sebagai berikut: Elektron dipancarkan  dari katoda akan menumbuk bidang gambar yang dilapisi oleh zat yang bersifat flourecent. Bidang gambar ini berfungsi sebagai anoda. Arah gerak elektron ini dapat dipengaruhi oleh medan listrik dan medan magnetik. Umumnya osiloskop sinar katoda mengandung medan gaya listrik untuk mempengaruhi gerak elektron kearah anoda. Medan listrik dihasilkan oleh lempeng kapasitor yang dipasang secara vertikal, maka akan terbentuk garis lurus vertikal dinding  gambar.

 

Selanjutnya jika pada lempeng horizontal dipasang tegangan periodik,  maka elektron yang pada mulanya bergerak secara vertikal, kini juga bergerak secara horizontal dengan laju tetap. Sehingga pada gambar terbentuk grafik sinusoidal. (Tim Fisika Dasar II, 2002)

 

Sebuah benda bergetar sekaligus secara harmonik, getaran harmonik (Super posisi) yang berfrekuensi dan mempunyai arah getar sama akan menghasilkan satu getaran harmonik baru berfrekuensi sama dengan amplitudo dan fase tergantung pada amplitudo dan frekuensi setiap bagian getaran harmonik tersebut. Hal itu berdasarkan metode penambahan trigonometri atau lebih sederhananya lagi dengan menggunakan bilangan kompleks. Bila dua getaran harmonik super posisi yang berbeda, frekuensi terjadi getaran yang tidak lagi periodik. (Musbee, 1995)

 

Basis waktu secara periodik menggerakkan bintik cahaya dari kiri kekanan melalui permukaan layar. Tegangan yang akan diperiksa dimasukkan ke Y atau masukan vertikal osiloskop, menggerakkan bintik keatas dan kebawah sesuai dengan nilai tegangan yang dimasukkan.

 

Selanjutnya bintik tersebut menghasilkan jejak berkas gambar pada layar yang menunjukkan variasi tegangan  masukan sebagai fungsi dari waktu. Bila tegangan masukan berkurang dengan laju yang cukup pesat gambar akan kelihatan sebagai sebuah pola yang diam pada layar. (William B Cooper, Instrumentasi Elektronika dan teknik pengukuran, Erlangga, Jakarta, 1993)

 

Besaran-besaran yang dapat diukur dengan osiloskop antara lain:

1.  Amplitudo ( A ) :  Jarak perpindahan titik maksimum dari titik kesetimbangan dalam arah  getarannya.

2.  Periode ( T )       :          Waktu yang diperlukan untuk membentuk satu gelombang penuh.

3.  Frekuensi ( F )     :       Banyaknya gelombang yang terbentuk dalam satu satuan waktu.

4.  Sudut fasa (    )   :  Simpangan partikel terhadap posisi kesetimbangan dalam radian.

(David J Esomar, 1998)

*File lama dalam laptop zaman mahasiswa