HALAMAN FRANCIS Editor Materi
: Koko
Editor Bahasa
: Willem
Ilustrasi Sampul
:
Desain & Ilustrasi Buku
: PPPPTK BOE MALANG
Hak Cipta © 2013, Kementerian Pendidikan & Kebudayaan MILIK NEGARA TIDAK DIPERDAGANGKAN
Semua hak cipta dilindungi undang-undang. Dilarang memperbanyak (mereproduksi), mendistribusikan, atau memindahkan sebagian atau seluruh isi buku teks dalam bentuk apapun atau dengan cara apapun, termasuk fotokopi, rekaman, atau melalui metode (media) elektronik atau mekanis lainnya, tanpa izin tertulis dari penerbit, kecuali dalam kasus lain, seperti diwujudkan dalam kutipan singkat atau tinjauan penulisan ilmiah dan penggunaan non-komersial tertentu lainnya diizinkan oleh perundangan hak cipta. Penggunaan untuk komersial harus mendapat izin tertulis dari Penerbit. Hak publikasi dan penerbitan dari seluruh isi buku teks dipegang oleh Kementerian Pendidikan & Kebudayaan. Untuk permohonan izin dapat ditujukan kepada Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan, melalui alamat berikut ini: Pusat Pengembangan & Pemberdayaan Pendidik & Tenaga Kependidikan Bidang Otomotif & Elektronika: Jl. Teluk Mandar, Arjosari Tromol Pos 5, Malang 65102, Telp. (0341) 491239, (0341) 495849, Fax. (0341) 491342, Surel:
[email protected], Laman: www.vedcmalang.com
i
DISKLAIMER (DISCLAIMER) Penerbit tidak menjamin kebenaran dan keakuratan isi/informasi yang tertulis di dalam buku tek ini. Kebenaran dan keakuratan isi/informasi merupakan tanggung jawab dan wewenang dari penulis. Penerbit tidak bertanggung jawab dan tidak melayani terhadap semua komentar apapun yang ada didalam buku teks ini. Setiap komentar yang tercantum untuk tujuan perbaikan isi adalah tanggung jawab dari masing-masing penulis. Setiap kutipan yang ada di dalam buku teks akan dicantumkan sumbernya dan penerbit tidak bertanggung jawab terhadap isi dari kutipan tersebut. Kebenaran keakuratan isi kutipan tetap menjadi tanggung jawab dan hak diberikan pada penulis dan pemilik asli. Penulis bertanggung jawab penuh terhadap setiap perawatan (perbaikan) dalam menyusun informasi dan bahan dalam buku teks ini. Penerbit
tidak
ketidaknyamanan
bertanggung yang
jawab
disebabkan
atas sebagai
kerugian, akibat
kerusakan
dari
atau
ketidakjelasan,
ketidaktepatan atau kesalahan didalam menyusunmakna kalimat didalam buku teks ini. Kewenangan
Penerbit
hanya
sebatas
memindahkan
atau
menerbitkan
mempublikasi, mencetak, memegang dan memproses data sesuai dengan undang-undang yang berkaitan dengan perlindungan data.
Katalog Dalam Terbitan (KDT) Teknik Sepeda Motor, Edisi Pertama 2013 Kementerian Pendidikan & Kebudayaan Direktorat Jenderal Peningkatan Mutu Pendidik & Tenaga Kependidikan, th. 2013: Jakarta
ii
KATA PENGANTAR Puji syukur kami panjatkan kepada Tuhan yang Maha Esa atas tersusunnya buku teks ini, dengan harapan dapat digunakan sebagai buku teks untuk siswa Sekolah Menengah Kejuruan (SMK) Bidang Studi Teknik Dasar Lisrtrik Otomotif. Penerapan kurikulum 2013 mengacu pada paradigma belajar kurikulum abad 21 menyebabkan terjadinya perubahan, yakni dari pengajaran (teaching) menjadi BELAJAR (learning), dari pembelajaran yang berpusat kepada guru (teachers-centered) menjadi pembelajaran yang berpusat kepada peserta didik (student-centered), dari pembelajaran pasif (pasive learning) ke cara belajar peserta didik aktif (active learning-CBSA) atau Student Active Learning-SAL. Buku teks ″Teknik Dasar Listrik Otomotif″ ini disusun berdasarkan tuntutan paradigma pengajaran dan pembelajaran kurikulum 2013diselaraskan berdasarkan pendekatan model pembelajaran yang sesuai dengan kebutuhan belajar kurikulum abad 21, yaitu pendekatan model pembelajaran berbasis peningkatan keterampilan proses sains. Penyajian buku teks untuk Mata Pelajaran ″Teknik Dasar Listrik Otomotif″ ini disusun dengan tujuan agar supaya peserta didik dapat melakukan proses pencarian pengetahuan berkenaan dengan materi pelajaran melalui berbagai aktivitas proses sains sebagaimana dilakukan oleh para ilmuwan dalam melakukan eksperimen ilmiah (penerapan scientifik), dengan demikian peserta didik diarahkan untuk menemukan sendiri berbagai fakta, membangun konsep, dan nilai-nilai baru secara mandiri. Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan, Direktorat PembinaanSekolah Menengah Kejuruan, dan Direktorat Jenderal Peningkatan Mutu Pendidik dan Tenaga Kependidikan menyampaikan terima kasih, sekaligus saran kritik demi kesempurnaan buku teks ini dan penghargaan kepada semua pihak yang telah berperan serta dalam membantu terselesaikannya buku teks siswa untuk Mata Pelajaran Teknik Otomotif Sepeda Motor kelas XI/Semester 2 Sekolah Menengah Kejuruan (SMK). Jakarta, 12 Desember 2013 Menteri Pendidikan dan Kebudayaan Prof. Dr. Mohammad Nuh, DEA
iii
PETA KEDUDUDKAN MODUL BIDANG KEAHLIAN
: TEKNOLOGI DAN REKAYASA
PROGRAM KEAHLIAN
: OTOMOTIF
PAKET KEAHLIAN
: PEKERJAAN DASAR TEKNIK OTOMOTIF
KLAS SEMESTER
2 XII 1
2 XI 1
2 X 1
BAHAN AJAR (BUKU) Pemeliharaan
Pemeliharaan
Pemeliharaan
Mesin
Sasis dan
Kelistrikan
Kendaraan
Pemindah
Kendaraan
Ringan 4
Tenaga 4
Ringan 4
Pemeliharaan
Pemeliharaan
Pemeliharaan
Mesin
Sasis dan
Kelistrikan
Kendaraan
Pemindah
Kendaraan
Ringan 3
Tenaga 3
Ringan 3
Pemeliharaan
Pemeliharaan
Pemeliharaan
Mesin
Sasis dan
Kelistrikan
Kendaraan
Pemindah
Kendaraan
Ringan 2
Tenaga 2
Ringan 2
Pemeliharaan
Pemeliharaan
Pemeliharaan
Mesin
Sasis dan
Kelistrikan
Kendaraan
Pemindah
Kendaraan
Ringan 1
Tenaga 1
Ringan 1
Teknologi
Pekerjaan
Teknik Listrik
Dasar
Dasar Teknik
Dasar
Otomotif 2
Otomotif 2
Otomotif 2
Teknologi
Pekerjaan
Teknik Listrik
Dasar
Dasar Teknik
Dasar
Otomotif 1
Otomotif 1
Otomotif 1
iv
DAFTAR ISI HALAMAN FRANCIS ............................................................................................. i DISKLAIMER (DISCLAIMER) ................................................................................ii KATA PENGANTAR ............................................................................................... iii PETA KEDUDUDKAN MODUL .............................................................................iv DAFTAR ISI ........................................................................................................... v DAFTAR GAMBAR ................................................................................................ix I.
PENDAHULUAN ............................................................................................ 1 A. Prasyarat ..................................................................................................... 1 B. Petunjuk Penggunaan ................................................................................. 1 C. Tujuan Akhir ................................................................................................ 1 D. Kompetensi Inti dan Kompetensi Dasar ...................................................... 2 E. Cek Kemampuan Awal ................................................................................ 2
II.
PEMELAJARAN ............................................................................................. 3
BAB I BESARAN LISTRIK..................................................................................... 3 A. KOMPETENSI DASAR DAN PENGALAMAN BELAJAR ............................ 3 A. PETA KONSEP ........................................................................................... 4 B. PETA KONSEP BESARAN LISTRIK........................................................... 5 C. MATERI PEMBELAJARAN ......................................................................... 6 1.
2.
3.
ARUS LISTRIK...................................................................................... 10 1.1.
KUAT ARUS LISTRIK. ................................................................... 13
1.2.
RAPAT ARUS ................................................................................. 15
TEGANGAN (VOLTAGE) ....................................................................... 20 2.1.
Beda Potensial Tegangan .............................................................. 24
2.2.
Jenis Tegangan Beda Potensial Tegangan ....................................... 26
HAMBATAN/TAHANAN ........................................................................... 30 3.1.
Hambatan Kawat Penghantar ........................................................ 33
3.2.
Tahanan Dalam Penghantar .......................................................... 35
3.3.
Konduktor, Isolator Dan Resistor ...................................................... 39
Latihan Evaluasi : ............................................................................................. 41 Rangkuman ...................................................................................................... 42 Evaluasi ........................................................................................................... 43 Tugas Mandiri .............................................................................................. 43 v
BAB II HUKUM-HUKUM PADA DASAR LISTRIK ............................................... 44 A. KOMPETENSI DASAR DAN PENGALAMAN BELAJAR .......................... 44 B. PETA KONSEP ......................................................................................... 45 C. MATERI PEMBELAJARAN ....................................................................... 47 1.
2.
HUKUM OHM........................................................................................ 47 1.1.
HUBUNGAN DAYA DAN HUKUM OHM ........................................ 52
1.2.
HUBUNGAN KALOR DENGAN HUKUM OHM ............................. 53
1.3.
HUBUNGAN DAYA LISTRIK DENGAN HUKUM OHM .................. 54
HUKUM KIRCHOFF.............................................................................. 57 2.1.
Hukum Kirchoff I ............................................................................ 58
2.2.
HUKUM II KIRCHOFF (CLOSE LOOP) ......................................... 61
LATIHAN EVALUASI : ...................................................................................... 62 RANGKUMAN .................................................................................................. 63 TUGAS MANDIRI ............................................................................................ 63 BAB III KAIDAH FLAMING .................................................................................. 64 A. KOMPETENSI DASAR DAN PENGALAMAN BELAJAR .......................... 64 B. PETA KONSEP ......................................................................................... 65 C. MATERI BELAJAR ................................................................................... 67 1.
2.
3.
KUTUB MAGNET.................................................................................. 67 1.1.
SIFAT MAGNET ............................................................................. 69
1.2.
JENIS – JENIS BAHAN PEMBUAT MAGNET ............................... 70
INDUKSI ELEKTROMAGNET .............................................................. 71 2.1.
JENIS-JENIS MAGNET ................................................................. 72
2.2.
Cara membuat medan magnit ....................................................... 74
KAIDAH FLAMING ................................................................................ 76 3.1.
Prinsip Flaming .............................................................................. 76
3.2.
PENGGUNAAN HUKUM FLAMING .............................................. 78
LATIHAN EVALUASI ; ...................................................................................... 87 RANGKUMAN .................................................................................................. 88 EVALUASI ........................................................................................................ 88 TUGAS MANDIRI ............................................................................................ 89 BAB IV PENGUKURAN ARUS, TEGANGAN DAN TAHANAN ........................... 90 A. KOMPETENSI DASAR DAN PENGALAMAN BELAJAR .......................... 90
vi
B. PETA KONSEP ......................................................................................... 91 1.
AMPER ................................................................................................. 93
2.
VOLTMETER ........................................................................................ 97
3.
OHMMETER ......................................................................................... 99
4.
AVO METER ANALOG ....................................................................... 101
LATIHAN EVALUASI ...................................................................................... 107 RANGKUMAN ................................................................................................ 108 EVALUASI ...................................................................................................... 109 TUGAS MANDIRI .......................................................................................... 112 BAB V RANGKAIAN SERI, PARALEL DAN GABUNGAN ................................ 114 A. KOMPETENSI DASAR DAN PENGALAMAN BELAJAR ........................ 114 B. PETA KONSEP ....................................................................................... 115 C. MATERI PEMBELAJARAN .................................................................... 118 1.
2.
RANGKAIAN LISTRIK SERI ............................................................... 119 1.1.
Rangkaian Seri Pada Rangkaian Arus Langsung ........................ 119
1.2.
Rangkaian seri pada Hambatan .................................................. 121
Rangkaian Listrik Paralel .................................................................... 126 2.1.
Rangkaian Paralel pada Sumber Tegangan ................................ 126
2.2.
Rangkaian Paralel pada Hambatan ............................................. 127
3.
RANGKAIAN LISTRIK CAMPURAN ................................................... 131
4.
Rangkaian Listrik Majemuk ................................................................. 135
PERMASALAHAN ......................................................................................... 137 RANGKUMAN ................................................................................................ 139 TUGAS MANDIRI .......................................................................................... 141 BAB VI INDUKSI SENDIRI DAN MUTUAL PADA KEMAGNITAN ..................... 143 A. KOMPETENSI DASAR DAN PENGALAMAN BELAJAR ........................ 143 B. PETA KONSEP ....................................................................................... 144 C. MATERI BELAJAR .................................................................................. 146 1.
PENGERTIAN INDUKSI ..................................................................... 146 1.1.
2.
Induksi magnetis .......................................................................... 147
INDUKSI SENDIRI (SELF-INDUCTION EFFECT) ............................. 152 2.1.
Jenis –Jenis induksi Diri (self indusinpada lilitan) : ...................... 154
2.2.
INDUKTANSI BERSAMA ............................................................. 158
vii
PERMASALAHAN ......................................................................................... 159 RANGKUMAN ................................................................................................ 161 KERJA MANDIRI ........................................................................................... 162 BAB VII MACAM-MACAM JENIS, UKURAN KABEL, TERMINAL DAN PENGGUNAANNYA .......................................................................................... 163 A. KOMPETENSI DASAR DAN PENGALAMAN BELAJAR ........................ 163 B. PETA KONSEP ....................................................................................... 164 C. MATERI BELAJAR .................................................................................. 166 1.
2.
3.
KABEL ................................................................................................ 167 1.1.
FUNGSI KABEL ........................................................................... 167
1.2.
KOMPONEN KABEL ................................................................... 169
1.3.
UKURAN KABEL ......................................................................... 172
KOMPONEN-KOMPONEN PENGHUBUNG ...................................... 177 2.1.
Junction Block dan Relay Block ................................................... 177
2.2.
Terminal Kabel (sepatu kabel) ..................................................... 177
2.3.
Konektor ...................................................................................... 179
2.4.
Baut Massa .................................................................................. 180
KOMPONEN-KOMPONEN PELINDUNGI SIRKUIT ........................... 181 3.1.
Sekring (FUSE) ............................................................................ 181
3.2.
Fusible Link .................................................................................. 183
3.3.
Circuit Breaker ............................................................................. 183
LATIHAN EVALUASI ...................................................................................... 184 RANGKUMAN ................................................................................................ 185 EVALUASI ...................................................................................................... 185 TUGAS MANDIRI .......................................................................................... 186 DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 187
viii
DAFTAR GAMBAR Gambar 1. Pengamatan rangkaian ................................................................ 7 Gambar 2. Pengamatan rangkaian ............................................................. 8 Gambar 3. Gerakan Elektron ......................................................................... 11 Gambar 4. Perumpaman Aliran arus .............................................................. 12 Gambar 5. Gambar Aliran Elektron Dan Arus listrik ....................................... 12 Gambar 6.Kerapatan arus listrik ..................................................................... 15 Gambar7. aliran arus ...................................................................................... 17 Gambar 8. Reaksi Kimia Baterai .................................................................... 17 Gambar 9. Grafik Arus Listrik Searah ( DC) ................................................... 27 Gambar 10. Grafik tegangan listrik Bolak-Balik .............................................. 28 Gambar 11. Penampang Kabel ...................................................................... 34 Gambar 12. Gerakan elektron di dalam penghantar logam ........................... 37 Gambar 13. Pergerakan tegangan dan arus terhadap tahanan ..................... 38 Gambar 14. Arus keluar Kirchoff .................................................................... 59 Gambar 15. Loop arus “ Kirchoff“ ................................................................... 59 Gambar 16. Pengaruh pada jarum kompas oleh penghantar yang dialiri arus listrik ............................................................................................................... 71 Gambar 17. Arah Gaya Elektromagnet .......................................................... 83 Gambar 18. Arah medan magnet ................................................................... 85 Gambar 19. Model sederhana motor stater.................................................... 85 Gambar 20. Arah medan magnet ................................................................... 147 Gambar 21. Trafo step down .......................................................................... 148
ix
Gambar 22. Induksi Diri ................................................................................. 151 Gambar 23. Solenoida. .................................................................................. 153 Gambar 24. Perubahan arus di salah satu kumparan akan menginduksi arus pada kumparan yang lain ............................................................................... 156 Gambar 25. bagian-bagian kabel ................................................................... 167 Gambar 26. Bagian Kabel tegangan rendah .................................................. 168 Gambar 27. bagian kabel bertegangan tinggi ................................................ 169 Gambar 28. Kabel Yang Diisolasi ................................................................... 169 Gambar 29. Jenis kabel ................................................................................. 171 Gambar 30. Penampang Kabel. ..................................................................... 172 Gambar 31. Isolasi ......................................................................................... 173 Gambar 32. Selang bakar ............................................................................. 174 Gambar 33. Selang kabel ............................................................................... 174 Gambar 34. Kotak Sekering .......................................................................... 175 Gambar 35. terminal kabel ............................................................................ 175 Gambar 36. terminal penghubung Kabel ....................................................... 176 Gambar 37. Konektor dari kabel ke komponen .............................................. 176 Gambar 38. Konektor ..................................................................................... 177 Gambar 39. Pin Kabel Konektor ..................................................................... 177 Gambar 40. Jumlah Pin konektor ................................................................... 177 Gambar 41. Baut Washer ............................................................................... 178 Gambar 42. sekring jenis blade (a) dan sekring jenis cartridge (b) ................ 179 Gambar 43. Circuit Breaker ............................................................................ 181
x
I.
PENDAHULUAN
A. Prasyarat Materi konsep dasar-dasar listrik otomotif
memberikan bekal awal dalam
memahami kompetensi teknik dasar listrik otomotif. materi ini disampaikan pada kelas X smester 1.
B. Petunjuk Penggunaan Buku ini dibuat dengan memberikan penjelasan tentang pengetahuan konsep dasar-dasar listrik otomotif. Untuk memungkinkan siswa belajar sendiri secara tuntas , maka perlu diketahui bahwa isi buku ini pada setiap kegiatan belajar umumnya terdiri atas. Uraian materi, rangkuman, Lembar kerja, dan Pengayaan, sehingga diharapkan siswa dapat belajar mandiri (individual learning) dan mastery learning (belajar tuntas) dapat tercapai.
C. Tujuan Akhir Tujuan akhir yang hendak dicapai adalah agar siswa mampu:
Memahami
dan
menyajikan
data
hasil
analisis
berdasarkan
pengamatan tentang dasar-dasar listrik otomotif
Memahami
dan
menyajikan
data
hasil
analisis
berdasarkan
pengamatan tentang Arus Listrik, Tegangan, Hambatan/Tahanan.
Memahami
dan
menyajikan
data
hasil
analisis
berdasarkan
pengamatan tentang Hukum Ohm dan Hukum Kirchoff
Memahami
dan
menyajikan
data
hasil
analisis
berdasarkan
pengamatan tentang Kutub Magnet, Induksi Elektromagnet dan Kaidah Flaming
Memahami
dan
menyajikan
data
hasil
analisis
berdasarkan
pengamatan tentang ampere, Voltmeter, Ohmmeter dan Avometer
Memahami
dan
menyajikan
data
hasil
analisis
berdasarkan
pengamatan tentang Rangkaian Listrik Seri,Rangkaian Listrik Paralel, Rangkaian Listrik Campuran dan Rangkaian Listrik Majemuk
Memahami
dan
menyajikan
data
hasil
analisis
berdasarkan
pengamatan tentang Pengertian Induksi dan Induksi Sendiri (SelfInduction)
1
Memahami
dan
menyajikan
data
hasil
analisis
berdasarkan
pengamatan tentang Kabel, Komponen Penghubung, Komponen Pelindung Sirkuit, Komponen Pelindung Kabel dan Ukuran Kabel
D. Kompetensi Inti dan Kompetensi Dasar
Memahami jenis-jenis Besaran Listrik
Memahami Rumus Dasar Besaran Listrik
Memahami Hukum Ohm dan Kirchoff
Memahami Medan Magnet dan Arah Medan Magnet
Memahami Rangkaian Dasar Listrik Seri dan Paralel
Memahami Pengaruh Induksi terhadap timbulnya listrik
Memahami jenis kabel, ukuran kabel, dan konektor
E. Cek Kemampuan Awal o
Sebutkan satuan-satuan besaran listrik!
o
Sebutkan cara pembentukan medan magnet!
o
Apa yang dimaksud dengan GGL(Garis Gaya Listrik)?
o
Apa yang dimaksud dengan HukumOhm dan Hukum Kirchoff!
o
Sebutkan jenis-jenis rangkaian listrik!
o
Sebutkan alat-alat yang digunakan untuk mengukur rangkaian listrik!
o
Jelaskan Hukum Flamming!
o
Sebutkan fungsi kabel!
2
II. PEMELAJARAN BAB I BESARAN LISTRIK
A. KOMPETENSI DASAR DAN PENGALAMAN BELAJAR KOMPETENSI DASAR Setelah mengikuti pembelajaran dengan kompetensi dasardasar Listrik siswa dapat : 1. Menghayati dan Mengamalkan perilaku jujur, disiplin, tanggung jawab, peduli (gotong royong, kerjasama, toleran, damai), santun, responsif dan proaktif dan menunjukan sikap sebagai bagian dari solusi atas berbagai permasalahan dalam berinteraksi secara efektif dengan lingkungan sosial dan alam serta dalam menempatkan diri sebagai cerminan bangsa dalam pergaulan dunia. 2. Memahami besaran listrik, hukum Ohm dan Kirchof padar listrik otomotip 3. Menerapkan Dasar Listrik pada rangkaian seri, paralel dan gabungan
PENGALAMAN BELAJAR Dari pembelajaran kompetensi dasardasar Listrik siswa mendapatkan pengalaman belajar : 1. Mengamati simulsi terkait materi pokok besaran listrik dan Mengeksplorasi dalam Menyelesaikan sosl-soal terkait materi besaran listrik, 2. Mengamati simulsi terkait materi pokok besaran listrik dan Mengeksplorasi dalam Menyelesaikan sosl-soal terkait Hukum Ohm dan Kirchof , 3. Mengamati simulsi terkait materi pokok besaran listrik dan Mengeksplorasi dalam Menyelesaikan sosl-soal terkait Kaidah Flaming 4. Mengkomunikasikan dalam pengukuran tegangan, tahanan dan arus 5. Mengamati simulsi terkait materi dan Mengeksplorasii rangkaian seri, paralel dan gabungan. 6. Mengamati simulsi terkait materi pokok besaran listrik dan Mengeksplorasiinduksi sendiri, mutual pada kemagnitan 7. Mengkomunikasikan macam-macam 8. Jenis, ukuran kabel, terminal dan penggunaannya
3
A. PETA KONSEP
1. BESARAN LISTRIK 7. JENIS, UKURAN KABEL, TERMINAL DAN PENGGUNAA N
2. HK. OHM & KIRCHOF
DASAR LISTRIK 6. INDUKSI DIRI, MUTUAL PADA KEMAGNITAN
3. KAIDAH FLAMING
5. RANGKAIAN SERI PARALEL & GABUNGAN
4. PENGUKURAN TEGANGAN, TAHANAN & ARUS
4
B. PETA KONSEP BESARAN LISTRIK
KUAT ARUS
1. AMPER BESARAN LISTRIK
RAPAT ARUS
2. VOLT 3. HAMBATAN
HAMBATAN DALAM PENGHANTAR
KONDUKTOR, ISOLATOR
5
C. MATERI PEMBELAJARAN
Selamat! Sekarang kalian telah menjadi peserta didik SMK. Saatnya telah tiba untuk mempelajari lebih dalam lagi tentang listrik melaluimata pelajaran. Dasar Listrik Otomotif. Dasar Listrik Otomotip adalah ilmu yang mempelajari tentang listrik sesuatu yang ada di kendaraan baik itu kendaraan ringan, dan kendararaan berat secara sistematis. melakukan serangkaian penelitian dengan sangat cermat dan hati-hati. Dengan cara itu, mereka dapat menjelaskan apa dan mengapa sesuatu dapat terjadi serta memperkirakan sesuatu yang terjadi saat ini maupun yang akan datang terhadap alam sekitar. Hasil-hasil temuan mereka dapat dimanfaatkan untuk kesejahteraan hidup manusia, seperti sepeda motor , mobil, excavator, dosher, komputer, televisi, dan sebagainya. Pada bab ini, kalian akan mempelajari apa yang diselidiki dalam Besaran Listrik Otomotip, bagaimanamelakukan pengamatan, perhitungan
serta pengukuran
sebagai bagian dari pengamatan tersebut. Langkah awal untuk mempelajari benda-benda di sekitar adalah dengan melakukan pengamatan
(observasi).
Sebagai permulaan, lakukankegiatan berikut untuk melatih pengamatan untuk eksplorasi terhadap listrik disekitarmu.
6
PENGAMATAN
Gambar 1. Pengamatan rangkaian
Pada kegiatan ini, kalian telah menyimpulkan bahwa dalam kegiatanpengukuran perlu menggunakan satuan baku, satuan yang disepakati bersama. Besaran yang satuan nya didefinisikan ini disebut besaran pokok.
MENAKSIR / MENDISKRIPSIKAN RANGKIAN LISTRIK 1.
Lihatlah gambar dibawah 1.1 , Rangkaian listrik , dan amati!
2.
Buatlah taksiran arus listrik, tegangan dan hambatan
pada rangkian
tersebut. Catatlah taksiranmu dan taksiran teman-temanmu!
Membandingkan dan Berlatih Bandingkan taksiranmu dan teman-temanmu dengan hasil perhitunganmu!
7
Diskusikan,
apakah
dekatnya
hasil
taksiran
dengan
hasil
pengukuran
sebenarnya dapat ditingkatkan dengan latihan? Untuk mengujinya, berlatihlah menaksir dan menghitung kemudian uji dengan hasil pengukuran!
Gambar 2. Pengamatan rangkaian
Pengamatan 1. Rangkailah komponen-komponen listrik seperti gambar 1.1 , baterai, kawat penghubung, lampu dan saklar ! 2. Gerakan saklar ke bawah (tutup saklar) dimana pada posisi On. 3. Amati dari manakah lampu itu bisa hidup / menyala ! 4. Hidup / nyalakan lampu beberapa menit (kurang lebih 3 menit), kemudian matikan. 4. Ulangi langkah tersebut sampai 3 (tiga) kali, sampai bisa menemukan komponen yang bisa membuat lampu hidup / menyala! Bagaimanakah hasil pengamatanmu? Temuan apakah yang dapat kamu ambil sebuah kesimpulan untuk menjelaskan kenapa lampu bisa nyala ?! Dari hasil temuan dilapangan silahkan sesuaikan dengan gambar 1.1 Rangkaian listrik
Diskusikan:
Buat kelompok diskusi, bandingkan hasil pengamatanmu dengan hasil pengamatan kelompok lain. Adakah yang berbeda dari kelompok lain ? Mengapa
8
hasilnya
demikian? Apakah yang memengaruhi hasil pengamatan tegangan
pada rangkaian listrik bisa menyalakan lampu ? Pada kegiatan sebelumnya, kalian telah menyimpulkan bahwa dalam kegiatan pengamatan pada rangkian listrik dimana lampu bisa menyala karena adanya arus listrik, beda tegangan dan hambatan yang terdapat pada rangkian. Arus listrik, beda tegangan dan hambatandapat di ukur dan perlu menggunakan satuan
baku,
satuan
yangdisepakati
bersama.Besaran
yang
satuannya
didefinisikan ini disebut besaran pokok. Besaran panjang, massa dan waktu disebut besaran pokok, karena dari besaran ini dapat diturunkan besaran-besaran yang lain seperti gaya dan energi. Besaran pokok didefinisikan sebagai besaran yang satuannya telah ditetapkan terlebih dahulu.Satuan dari besaran pokok disebut satuan pokok.Satuan Pokok SI seluruhnya ada tujuh, yaitu seperti yang terlihat pada Tabel 1. Tabel 1 Satuan pokok SI Besaran
Satuan
Simbol
Panjang
meter
m
Massa
kilogram
kg
Waktu
sekon
s
Kuat arus listrik
ampere
A
Suhu
kelvin
K
Jumlah zat
mol
mol
Intensitas cahaya
Candela
Cd
Tabel 1 Satuan pokok SI Penggunaan berbagai macam satuan untuk besaran menimbulkan suatu kesukaran, alat ukur suatu satuan tertentu menjadi macam-macam, yang lebih menyulitkan lagi bahwa orang harus menyesuaikan diri terhadap berbagai macam satuan.Dengan demikian diperlukan menetapkan satuan standar besaran
9
pokok.Syarat untuk membuat satuan standar yang berguna adalah praktis digunakan, mudah didapat, mudah dibuat ulang, dan tetap setiap saat.Maka seiring dengan perkembangan ilmu pengetahuan dan sejumlah penemuan oleh para ilmuwan, standar satuan terus berubah.Sebagai contoh, standar meter mengalami perubahan beberapa kali dimana yang digunakan sekarang ditetapkan pada tahun 1983 dan dianggap yang paling tepat sampai saat ini. Berikut iniakan dijelaskan satuan standar besaran pokok untuk listrik, besaran yang digunakan pada listrik terbagi menjadi dua, meliputi Besaran pokok dan besaran turunan.
1. ARUS LISTRIK
Amper adalah satuan SI untuk besaran pokok listrik, dilambangkan dengan huruf A. Satu amper adalah suatu arus listrik yang mengalir, sedemikian sehingga di antara dua penghantar lurus dengan panjang tak terhingga, dengan penampang yang dapat diabaikan, dan ditempatkan terpisah dengan jarak satu meter dalam vakum, menghasilkan gaya sebesar 2 x 10
7
newton per meter.
Satuan ini diambil dari nama André-Marie Ampère, salah satu penemu elektromagnetik.
DEFINISI ARUS LISTRIK
Adalah Elektron-elektron yang mengalir melalui suatu penghantar tiap detik.atau dengan kata lain adalah mengalirnya elektron secara terus menerus dan berkesinambungan pada konduktor akibat perbedaan jumlah elektron pada beberapa lokasi yang jumlah elektronnya tidak sama. Besarnya arus listrik yang mengalir melalui konduktor adalah sama dengan jumlah elektron bebas yang melewati penampang konduktor setiap detik. Arus listrik dinyatakan dengan I (Intensity) sedangkan besar arus listrik dinyatakan dengan satuan ampere, disingkat A.Satu amperA sama dengan
10
pergerakan 6.25 x 1018 elektron bebas yang melewati konduktor setiap detik. Atau dengan pengertian lain 1 ampere arus adalah mengalirnya elektron sebanyak 624x1016 (6,24151 × 1018) atau sama dengan 1 Coulumb per detik melewati suatu penampang konduktor” Arus listrik bergerak dari terminal positif (+) ke terminal negatif (-), sedangkan aliran listrik dalam kawat logam terdiri dari aliran elektron yang bergerak dari terminal negatif (-) ke terminal positif(+), arah arus listrik dianggap berlawanan dengan arah gerakan elektron.
Gambar 3. Gerakan Elektron Elektron bebas yang bermuatan negative selamanya akan selalu tolak menolak satu dengan lainnya. Bila ada kelebihan electron disatu tempat, maka akan ada kekurangan electron ditempat lainnya, electron akan selalu bergerak ketempat yang kosong, dan kemudian mencoba untuk saling menjauh satu sama lainnya. Saat pergerakan ini terjadi, aliran atau arus elektron terbentuk, Arus akan terus berlanjut sampai electron genap terpisah dari intinya. Arus dapat digambarkan seperti laju aliran elektron, besarnya aliran electron bias diumpamakan seperti pada pipa air. Pada pipa yang diameternya lebih besar mempunyai kapasitas aliran yang lebih besar pula. Artinya adalah aliran arus akan besar bila jumlah electron yang bergerak juga banyak, sehingga semburan air bisa jauh seperti gambar dibawah ini. Pada pipa yang diameter kecil mempunyai kapasitas aliran yang lebih kecil,
11
artinya aliran arus akan kecil karena jumlah elektron yang mengalir kecil. Berakibat semburan air melalui pipa menjadi kecil.
Gambar 4. Perumpaman Aliran arus Jadi kesimpulannya adalah mengalirnya suatu electron sama dengan mengalirnya suatu arus. Arus adalah mengalirnya electron secara kontinyu pada konduktor akibat perbedaan jumlah electron pada beberapa lokasi yang jumlah elektronnya tidak sama.
Gambar 5. Gambar Aliran Elektron Dan Arus listrik Formula arus listrik adalah: Dimana: I
= besarnya arus listrik yang mengalir, ampere
Q
= Besarnya muatan listrik,
coulomb
12
t
1.1.
= waktu,
detik
KUAT ARUS LISTRIK.
Definisi Kuat Arus Listrik
Adalah arus yang tergantung pada banyak sedikitnya elektron bebas yang pindah melewati suatu penampang kawat dalam satuan waktu, dengan kata lain Amper adalah arus yang tergantung pada banyak sedikitnya elektron bebas yang pindah melewati suatu penampang kawat dalam satuan waktu. “Ampere adalah satuan kuat arus listrik yang dapat memisahkan 1,118 milligram perak dari nitrat perak murni dalam satu detik”. listrik yang dapat memisahkan,118 milligram perak dari nitrat perak murni dalam satu detik.Rumus – rumus untuk menghitung banyaknya muatan listrik, kuat arus dan waktu. Formula arus listrik adalah
1 (satu) Coulomb
=
6,28
x
1018
electron Dimana : Q = Banyaknya muatan listrik dalam satuan coulomb I = Kuat Arus dalam satuan Amper. t = waktu dalam satuan detik.
13
PERMASALAHAN KUAT ARUS LISTRIK
Sebuah baterai memberikan arus 0,5 A kepada sebuah lampu selama 2 menit. Berapakah banyaknya muatan listrik yang dipindahkan ?
PEMECAHAN MASALAH
Diketahui: I = 0,5 amp t = 2 menit. Ditanyakan: Q (muatan listrik). Penyelesaian: t = 2 menit = 2 x 60 = 120 detik Q=Ixt = 0,5 x 120 = 60 coulomb.
14
1.2.
RAPAT ARUS
Arus listrik 12 A mengalir dalam kawat berpenampang 4mm², maka kerapatan arusnya 3A/mm² (12A/4 mm2), ketika penampang penghantar mengecil 1,5mm², maka kerapatan arusnya menjadi 8A/mm2 (12A/1,5 mm²). Kerapatan arus berpengaruh pada kenaikan temperatur. Suhu penghantar dipertahankan sekitar 300°C, dimana kemampuan hantar arus kabel sudah ditetapkan dalam tabel Kemampuan Hantar Arus (KHA).
Definisi
Rapat Arus
Adalah besarnya arus listrik tiap-tiap luas penampang kawat (mm2)
Gambar 6.Kerapatan arus listrik.
15
Berdasarkan tabel KHA kabel pada tabel diatas, kabel berpenampang 4 mm², 2 inti kabel memiliki KHA 30A, memiliki kerapatan arus 8,5A/mm².Kerapatan arus berbanding
terbalik
dengan
penampang
penghantar,
semakin
besar
penampang penghantar kerapatan arusnya mengecil.Rumus-rumus dibawah ini untuk menghitung besarnya rapat arus, kuat arus dan penampang kawat: Formula arus listrik adalah :
Dimana : S = Rapat arus I = Kuat arus
Dijabarkan sebagai berikut :
[ A/mm²] [ Amp]
Q = luas penampang kawat [ mm²] Kejadian-Kejadian Yang Disebabkan Oleh Arus Listrik Bila arus mengalir pada konduktor atau elektrolit akan menyebabkan (menimbulkan) tiga kejadian : a. Pembangkit panas
16
Bila arus melewati konduktor, akan menghasilkan panas saat sistem bekerja. Contohnya meliputi :Lampu kepala (Head Light), Korek api dimobil (Cigarette Lighter), sekring (Fuse) dll.
Gambar7. aliran arus b. Aksi kimia Bila aksi kimia terjadi pada elektrolit (cairan yang dapat dilalui /dialiri arus listrik) akan menyebabkan arus listrik mengalir. Baterai jenis basah bekerja berdasarkan prinsip kimia. Saat kondisi baterai kosong (teganan dan arus) yang tersimpan dibaterai berkurang, reaksi kimia yang terjadi sebagai berikut : Pb02 + Pb + 2H2S04 -----> 2PbS04 + 2H20
Di atas ditunjukkan terbentuknya timbal sulfat selama penggunaan (discharging). Keadaan ini akan mengurangi reaktivitas dari cairan elektrolit karena asamnya menjadi lemah (encer), sehingga tahanan antara kutub sangat lemah untuk pemakaian. baterai perlu diisi tegangan dan arus (charging) mengakibatkan pada reaksi kimia akan berubah. Perubahannya sebagai berikut :2PbS04 + 2H20 ----> PbO2 + Pb + 2H2S02
Gambar 8. Reaksi Kimia Baterai 17
c. Aksi magnet Bila arus listrik mengalir pada kabel atau kumparan akan menghasilkan medan magnet disekitarnya. Prinsip ini digunakan pada koil pengapian (ignition coil), alternator, motor starter dan macam-macam solenoid.
RANGKUMAN ARUS LISTRIK: Arus listrik terjadi karena mengalirnya elektron. Bila aliran elektronnya banyak, maka arus yang mengalir juga lebih banyak. Melalui perbedaan potensial, arus bisa mengalir dari potensial yang tinggi ke potensial yang lebih rendah. Bila aliran elektron bebasnya banyak, maka akan menghasilkan panas, karena itu kawat listrik menjadi panas dikarenakan banyaknya arus yang lewat. Jumlah arus dapat diterangkan dengan mengambil perumpamaan pada jumlah air yang mengalir pada sebuah pipa.
18
Besarnya arus yang melewati kebeberapa aktuator (beban) berarti tenaga listriknya juga kuat.
PERMASALAHAN RAPAT ARUS 1. Sebuah batere memberikan arus 0,5 A kepada sebuah lampu selama 2 menit. Berapakah banyaknya muatan listrik yang dipindahkan ? 2. Muatan listrik 4500 C, arus listrik 1500 mA. Hitunglah waktunya
Diketahui : I = 0,5 amp t = 2 menit. Ditanyakan : Q (muatan listrik). Penyelesaian : t = 2 menit = 2 x 60 = 120 detik Q=Ixt = 0,5 x 120 = 60 coulomb.
PEMECAHAN MASALAH 2
Diketahui : Q = 4500 C I = 1500 mA = 1.5 A Ditanyakan : t = ? Jawab : t
=Q/I = 4500 C / 1.5 A = 3000 s = 3000 dt = 50 menit = 5/6 jam
19
2.
TEGANGAN (VOLTAGE)
Besaran turunan yang digunakan pada listrik adalah tegangan.
Pengamatan tegangan 1. Siapkan baterai bertengan 12 V, yang satu ber tegangan rendah (kurang dari 12 V) dan satunya bertegangan 12 V. 2. Siapkan bola lampu bertengan 12 V dan penghantar (kabel) 3. Rangkailah, seperti gambar sebelah ini 4. Amati nyala lampu bila menggunakan tegangan dibawah 12 V dan tegangan diatas 12 V
BANDINGKAN DAN SIMPULKAN Bandingkan hasil pengamatanmu dan hasil pengamatan temanmu! Catat persamaandan
perbedaannya!
Jika
hasil
pembelajaran
tegangan
dikomunikasikan kepada orang lain,apakah orang tersebut memperoleh pemahaman yang sama? Berdasarkan hasil perbandingan tersebut, hal penting apakah yang arus dirumuskan bersama? Diskusikan dalam kelompokmu
Diskusikan:
20
Buat kelompok diskusi, bandingkan hasil pengamatanmu dengan hasil pengamatan kelompok lain. Adakah yang berbeda dari kelompok lain ? Mengapa hasilnya demikian? Apakah yang memengaruhi hasil pengamatan tegangan pada rangkaian listrik bisa menyalakan lampu ? Tegangan listrik merupakan perbedaan potensial listrik antara dua titik pada suatu penghantar atau rangkaian listrik.Beda potensial adalah perbedaan jumlah elektron yang berada dalam suatu arus listrik. Bila suatu battery dihubungkan ke lampu dan lampu tersebut menyala, hal ini terjadi dengan adanya aliran listrik. Arus bias mengalir karena ada perbedaan potensial antara kutub positip dan kutub negatip. Arus mengali rmelalui lampu, artinya bahwa electron bergerak dari "-" ke "+" sehingga lampu dapat menyala.Selanjutnya bagaimana dan mengapa arus mengalir? Kita lihat contoh pada kincir air ,kincir tidak akan berputar bila tidak ada air yang mengalir, hal yang sama jika tidak ada arus yang mengalir, maka lampu tidak akan menyala. Bagaimana air akan mengalir pada contoh dibawah ini? Bila tangki air A dan B tingginya sama, air tidak akan mengalir dan kincir air juga tidak bias berputar. Jika ada perbedaan tingg ipermukaan air diantara kedua tangki tersebut, maka air bias mengalir dari tangki yang lebih tinggi ke tangki yang lebih rendah dengan sendirinya.
DEFINISI TEGANGAN
Adalah mengalirnya elektron-elektron disebabkan adanya perbedaan potensial listrik antara dua titik pada suatu penghantar atau rangkaian listrik. Di satu sisi sumber arus listrik terdapat elektron yang bertumpuk sedangkan di sisi yang lain terdapat jumlah elektron yang sedikit. Hal ini terjadi karena adanya gaya magnet yang mempengaruhi materi tersebut. Dengan kata lain, sumber tersebut menjadi bertegangan listrik. Tegangan listrik (disebut juga voltase) identik dengan beda potensial.
21
Pada dasarnya, beda potensial (tegangan) inilah yang menyebabkan aliran elekron dari potensial rendah (negatif) ke potensial tinggi (positif). Artinya adanya arus listrik disebabkan karena adanya tegangan listrik pada dua titik (kutub positif dan kutub negatif). Pada rangkain listik, bisa jadi setiap komponen listrik mempunyai beda potensial yang berbeda tergantung hambatan komponen tersebut
Sebagai contoh,kincir air akan berputar. Hal yang sama juga berlaku pada listrik, bila tidak ada perbedaan potensial, arus tidak mengalir, dan jika ada perbedaan potensial, maka arus bisa mengalir dari potensial yang lebih tinggi ke yang lebih rendah,hasilnya adalah arus atau tenaga listrik. Bila pergerakan elektron bebas jumlahnya banyak,artinya adalah tenaga listriknya menjadi besar. Jika suatu kabel dihubungkan antara muatan positif dan muatan negatif, maka elektron akan bergerak netral. Pada saat tersebut, panas terbentuk oleh
22
pergerakan elektron. Reaksi pembangkitan panas ini merupakan salah satu dari tiga kejadian yang disebabkan oleh adanya arus listrik, misalnya cigaret lighter, electricstove ,dll. Kedua adalah kejadian Magnetic, yaitu bila arus melewati suatu kabel atau kumparan maka akan menghasilkan medan magnet, contohnya solenoid dan yang ketiga adalah arus dapat menyebabkan kejadian reaksi kimia seperti misalnya yang terjadi pada battery. Mari kita lihat aliran arus pada battery kendaraan. Sumber energi battery terdiri dari dua terminal yaitu positif dan negatif.
Dari penjelasan mengenai muatan positif dan negatif, dapat dikatakan bahwa atom terminal positif protonnya lebih banyak dari pada elekronnya, sehingga terminalnya berisi muatan positif. Dan satunya lagi, atom yang terdapat pada terminal negatif mempunyai electron yang lebih banyak disbanding dengan proton, sehingga terminalnya bermuatan negatif. Terminal negative mempunyai suplai electron bebas yang sangat banyak sekali,ke semua electron ini ,terkumpul disuatu area yang kecil dan saling tolak–menolak satu sama lainnya. Jika perbedaan listrik secara alami terhubung dengan kedua kawat yang bermuatan berbeda ,maka arus bias mengalir dikarenakan adanya perbedaan potensial listrik antara kedua muatan sehingga arus dapat mengalir. Perbedaan potensial listrik biasa disebut dengan tegangan (voltage). Karena ada perbedaaan potensial listrik,maka terjadi electromotive force(emf). Tegangan (V) adalah unit listrik untuk menerangkan jumlah tekanan listrik
23
yang ada atau sejumlah tekanan listrik yang dibangkitkan oleh aksi kimia di dalam battery. Simbol tegangan
=E dan satuan teganan
=V,
dimana
Satu Volt adalah beda potensial antara dua titik saat melakukan usaha satu joule untuk memindahkan muatan listrik satu coulomb”. Dari pernyataan diatas dapat diformulasikan sebagai berikut : Dimana ;
E
= W (joule) / Q (coulombs)Volt
W = tenaga listrik 1Q =jumlah muatanlistrik Persetaraan satuan : 1volt
:0.001 KV
volt :1,000mV 1kV:1,000v
2.1. Beda Potensial Tegangan Tegangan dapat disebut sebagai potensial dan perbedaan potensial. Pada gambar 2-3 (tangki air) menerangkan bagaimana mereka berhubungan satu sama lainnya, saat kedua tangki air dihubungkan dengan sebuah pipa, maka air akan mengalir dari tangki yang lebih tinggi ke tangki yang lebih rendah. Tinggi air diukur dari permukaan tanah. Untuk kelistrikan, potensial diukur berdasarkan standar tingkatan kepastian yang disebut dengan alam (eart) atau bumi (ground), potensial dari bumi (ground) diambil dalam angka 0 volt(V). Biasanya alam secara phisik mewakili ground, namun pada bidang otomotif ground adalah terminal battery negative (-).
24
Tinggi air pada tangki yang lebih rendah diibaratkan sebagai tinggi air dalam nol volt (V). Pada battery, 12 volts artinya adalah perbedaan potensial antara kedua terminal battery kutup positip dan kutup negatip. Bila ketinggian tempat pada gambar diatas karenakan posisi air berbeda, air akan mengalir dari tangki A ke tangki B, namun apabila bila posisinya tidak berbeda (tekanansama), air tidak akan mengalir. Karena itulah, jika tekanannya tidak berbeda atau sama ,arus akan diam. Karena tidak ada aliran arus, maka Sistem tidak bekerja sehingga tidak terjadi panas. Jika ada perbedaan tekanan antara tangki A dan B maka arus bias mendesak masuk sehingga terjadi panas. Artinya adalah muatan positif pada battery adalah 12 volt dan negatifnya adalah 0 volt. Pada switch buka – tutup yang ada pada gambar 2-4 dibawah, karena arus mengalir ,lampu bias menyala berdasarkan posisi switch-nya. Agar terjadi aliran muatan (arus listrik) dalam suatu rangkaian tertutup, maka haruslah ada beda potensial atau beda tegangan di kedua ujung rangkaian (kutub baterai sebagai sumber tegangan).
Adalah perbedaan jumlah elektron yang berada dalam suatu arus listrik Jika energi tiap muatan habis akibat penggunaan, maka di kedua ujung rangkaian tidak akan ada beda potensial (beda potensial bernilai nol volt). Akibatnya komponen-komponen elektronika seperti lampu, trafo, dan lain
25
sebagainya tidak akan dapat berfungsi sebagaimana mestinya. Perhatikanlah gambar berikut. Adanya beda potensial pada ujung ujung sumber tegangan, menyebabkan lampu dalam rangkaian tertutup tersebut dapat menyala. Pada lampu terjadi perubahan energi listrik menjadi energi kalor dan cahaya.
2.2. Jenis Tegangan Beda Potensial Tegangan 1. Sumber tegangan listrik searah ( DC = Direct Current ) Tegangan yang bekerja pada rangkaian arus listrik tertutup selalu dengan arah yang sama, maka arus listrik yang mengalir arahnya juga sama. Biasa disebut dengan arus searah (simbol normalisasi : ¾ ). Tegangan listrik searah adalah arus listrik yang mengalir dengan arah dan besar yang tetap/konstan.Yaitu sumber arus listrik yang tidak berubah fasenya. Pada gambar grafik yang memperlihatkan hubungan antara tegangan (V) dan waktu (t) pada tegangan Listrik searah (DC). Berarti bahwa pembawa muatan listrik bergerak dengan arah arus listrik tertentu. Besarnya tegangan listrik pada saat yang berbeda diperlihatkan pada suatu grafik (grafik tegangan fungsi waktu). Untuk maksud ini sumbu horisontal sebagai waktu (misal 1s, 2s, 3s dst.) dan sumbu vertikal sebagai arusnya (misal 1A, 2A, 3A dst.).
Besarnya
arus
listrik
yang
sekarang ditetapkan pada 1, 2
26
atau 3 sekon, untuk masing masing waktu yang berlaku ditarik garis lurus ke atas atau ke bawah (lihat gambar 1.14). Kita hubungkan titik yang sesuai dengan suatu garis, Gambar 9. Grafik Arus Listrik Searah ( DC) dengan demikian maka didapatkan suatu grafik arus fungsi waktu (grafik garis). Gambar grafik seperti ini dapat dibuat secara jelas dengan suatu oscilloscope.
Contoh Sumber arus listrik searah ( DC ) 1.
Batere/Baterai ( elemen kering )
2.
Accumulator ( aki = accu ) (elemen basah )
3.
Elemen Volta ( elemen basah )
4.
Solar sel
5.
Dinamo DC atau Generator DC
6.
Adaptor AC ke DC : a. Adaptor Sistem Perata Tunggal, b. Adaptor Sistem Cabang Tengah, c. Adaptor Sistem jembatan, d. Adaptor Sistem Dwi Kutub
2. Tegangan bolak-balik Tegangan pada suatu rangkaian arus, arahnya berubah - ubah dengan suatu irama / ritme tertentu, dengan demikian maka arah dan besarnya arus selalu berubah - ubah pula. Biasa disebut arus listrik bolak-balik (simbol normalisasi : ~ ). Berarti bahwa elektron bebasnya bergerak maju dan mundur
27
Gambar 10. Grafik tegangan listrik Bolak-Balik
Disini pada tegangan bolak-balik, sebagaimana digunakan didalam praktik, arahnya selalu berubah - ubah (misalnya 50 kali tiap sekon), electron - elektron di dalam penghantar kawat hanya sedikit berayun / bergerak maju dan mundur. Suatu tegangan listrik bergelombang yang besarnya selalu berubah, tetapi arah tegangan listrik tersebut tetap konstan, maka dalam hal ini berhubungan dengan suatu arus listrik yang terdiri atas sebagian tegangan listrik searah dan sebagian yang lain berupa tegangan bolakbalik. Biasa disebut sebagai tegangan bergelombang (alternating current). Tegangan bergelombang adalah suatu arus yang terdiri atas sebagian arus searah dan sebagian arus bolak-balik.Salah satu bentuk lain dari arus bergelombang yang sering ditemukan dalam praktik yaitu berupa pulsa arus searah (lihat gambar 4) tegangan hanya dapat diketahui dan ditetapkan melalui reaksi atau efek yang ditimbulkannya. Sebagai contoh akibat dari reaksi atau efek yang ditimbulkannya adalah sebagai berikut :
1. Reaksi panas Arus listrik selalu memanasi penghantarnya.Didalam kawat logam misalnya, elektron-elektron saling bertumbukan dengan ion-ion atom, bersamaan dengan itu elektron tersebut memberikan sebagian energi geraknya kepada ion-ion atom dan memperkuat asutan panas ion-ion atom, yang berhubungan dengan kenaikan temperatur.Penggunaan reaksi panas arus listrik ini misalnya pada open pemanas, solder, kompor, seterika dan sekering lebur.
28
2. Reaksi cahaya Pada lampu pijar reaksi panas arus listrik mengakibatkan kawat membara dan dengan demikian menjadi bersinar, artinya sebagai efek samping dari cahaya. Reaksi cahaya secara langsung ini ditemukan pada penggunaan tabung cahaya, lampu mercury, lampu neon dan lampu indikator (negative glow lamp). 3. Reaksi kemagnitan Gas seperti neon, argon atau uap mercury dipicu/diprakarsai oleh arus listrik sehingga menjadi bersinar. Contoh sumber arus listrik bolak balik ( AC ) 1. Generator AC 2. Jala-jala PLN yang dihasilkan oleh : PLTA, PLTU, PLTP, PLTN, dll. 3. Inverter DC ke AC
PERMASALAHAN : Energy 12.500 J, muatan 250 C. Hitunglah besar tegangan listriknya
PEMECAHAN MASALAH : Diketahui : W = 12.500 J Q = 250 C Ditanyakan : V = ? Jawab : V=W/Q = 12.500 J / 250 C = 50 Volt
29
3. HAMBATAN/TAHANAN
PERCOBAAN 1: 1. Sediakan 3 (tiga) jenis bahan kawat penghantar dari tembaga, kuningan dan dari kawat nikelin. 2. Panjang kawat penghantar masing-masing 1 dan 3 meter. 3. sediakan bola lampu bertegangan 12 V sebanyak 3 buah. 4. Sediakan sumber tegangan 12 V 5. Hubungkan ke 3 (tiga) komponen kawat tembaga, kuningan dan kawat nikelin dengan bola lampu serta sumber tegangan. 6. Rangkai seperti gambar disamping ! 7. Amati nyala bola Lampu ! Mana yang lebih terang
Panjang : 1 m dan 3 m Luas penampang : Tetap Bahan : Berubah-ubah
30
Diskusikan:
Buat kelompok diskusi, bandingkan hasil pengamatanmu dengan hasil pengamatan kelompok lain. Adakah yang berbeda dari kelompok lain ? Mengapa hasilnya demikian? Apakahyang memengaruhi hasil percobaan tersebut?
Bandingkan dan Simpulkan Jika prediksimu berbeda dengan kenyataannya, apa yang akan terjadi sesuai hasilpengamatanmu?
Jenis Kawat
Panjang
Panjang
Kondisi
Penghantar
Penghantar 3
Menyala
1 meter
meter
(Terang / Redup)
Kawat Tembaga
Kawat Nikelin
Kawat Kuningan
31
Panjang : Tetap Luas penampang : Tetap Bahan : dipanaskan
PERCOBAAN 2: 1. Seperti pada percobaan 1 (satu) panaskan kawat penghantar dengan menggunakan lilin dengan jenis kawat penghantar berbedabeda! 2. Amati apa yang terjadi pada nyala bola lampu?
Gambar Penampang kabel dipanaskan
Diskusikan: Buat kelompok diskusi, bandingkan hasil pengamatanmu dengan hasil pengamatan kelompok lain. Adakah yang berbeda dari kelompok lain ? Mengapa hasilnya
demikian? Apakah yang memengaruhi hasil percobaan
tersebut?
Jenis Kawat
Bola lampu
Kondisi Menyala
(Tegangan lampu 12 V)
(Terang / Redup)
Tidak dipanaskan
kondisi dipanaskan
Kawat Tembaga
Kawat Nikelin
Kawat Kuningan
32
MATERI PEMBELAJARAN
Jika suatu elektron bebas bisa bergerak didalam benda, dan dikarenakan elektron mempunyai listrik alami, maka akan terjadi suatu aliran arus listrik. Arus 1 ampere adalah elektron sebanyak 6.25x1018 electron bergerak dalam satu detik. Perlu juga kita ketahui, bahwa semua jenis benda tersusun dari atom-atom sehingga ada beberapa kemungkinan rintangan bagi elektron bebas untuk bergerak, tertahannya pergerakan elektron bebas biasa disebut dengan tahanan listrik.
Difinisi Tahanan
Adalah hambatan-hambatan yang dialami oleh elektron-elektron pada
saat perpindahannya.Diukur dengan Ohm meter, satuan (ohm). Semua benda terdiri dari struktur atom yang berbeda, Karena itulah ruang lingkup elektron bebas untuk bergerak menjadi beragam tergantung dari jenis bendanya. Walaupun elektron dengan jumlah yang sama persatuan, jumlah elektron yang dapat mengalir melalui ruang sempit persatuan waktu dapat berubah, semakin besar ketebalan suatu benda, maka pintu gerbang dimana elektron dapat bergerak juga menjadi semakin lebar. Jika jarak mengalir elektron jauh, maka waktu perjalanan juga akan semakinl ama, sehingga jumlah elektron yang bergerak dalam unit waktu dapat berkurang. Artinya adalah banyak tahanan listriknya. 3.1. Hambatan Kawat Penghantar Besar hambatan suatu kawat penghantar (L). Sebanding dengan panjang kawat
penghantar.
artinya
makin
panjang
penghantar,
makin
besar
33
hambatannya, 2. Bergantung pada jenis bahan kawat (sebanding dengan hambatan jenis kawat), dan 3. berbanding terbalik dengan luas penampang kawat, artinya makin kecil luas penampang, makin besar hambatannya. Jika panjang kawat dilambangkan ℓ, hambatan jenis ρ, dan luas penampang kawat A. Secara matematis, besar hambatan kawat dapat ditulis: Rumus untuk menjelaskan tahanan listrik adalah :
R = Tahanan suatubenda
𝜌
= Variable dari suatu benda (Ώ m)
L
= Panjang kabel(m)
2 A = Lebar area(m )
Gambar 11. Penampang Kabel Besaran ρ dikenal sebagai hambatan jenis atau resistivitas yang nilainya bergantung pada jenis bahan penghantar. Dalam suatu batas perubahan suhu tertentu, perubahan hambatan jenis sebanding dengan besar perubahan suhu (Δt), Karena hambatan R berbanding lurus dengan hambatan jenis ρ, maka perubahan
nilai
hambatan
akan
mengikuti
hubungan.Sehingga
rumus
hambatan sebagai berikut :
Dimana: Rt = hambatan pada suhu t0C, R0 = hambatan mula-mula,
34
α = Koefisien suhu hambatan jenis (per 0C) Δt = perubahan suhu (0C) Koefisien suhu hambatan jenis (α) tergantung pada jenis bahan. Meskipun hambatan jenis sebagian besar logam bertambah akibat kenaikan suhu, namun bahan tertentu hambatan jenis justru akan semakin kecil akibat kenaikan suhu. Hal ini terjadi pada bahan semikonduktor yaitu, karbon, grafit, germanium, dan silikon. Nilai
hambatan
suatu
penghantar
tidak
bergantung
pada
beda
potensialnya. Beda potensial hanya dapat mengubah kuat arus yang melalui penghantar itu. Jika penghantar yang dilalui sangat panjang, kuat arusnya akan berkurang. Hal itu terjadi karena diperlukan energi yang sangat besar untuk mengalirkan arus listrik pada penghantar panjang. Keadaan seperti itu dikatakan tegangan listrik turun. Makin panjang penghantar, makin besar pula penurunan tegangan listrik. 3.2. Tahanan Dalam Penghantar Dalam suatu rangkaian listrik tentu terdapat hambatan. Hambatan / resistansi merupakan karakteristik umum dari suatu rangkaian. Berikut akan dijelaskan secara lebih detail karakteristik hambatan komponen-komponen dalam rangkaian listrik. Besarnya hambatan kawat penghantar dipengaruhi oleh tiga faktor, yaitu Hambatan
jenis
penghantar,panjang
penghantar,
dan
luas
penampang
penghantar
35
Penghantar dari bahan metal mudah mengalirkan arus listrik, tembaga dan aluminium memiliki daya hantar listrik yang tinggi. Bahan terdiri dari kumpulan atom, setiap atom terdiri proton dan elektron.Aliran arus listrik merupakan aliran elektron.Elektron bebas yang mengalir ini mendapat hambatan saat melewati atom sebelahnya.Akibatnya terjadi gesekan elektron denganatom dan ini menyebabkan
penghantar
panas.Tahanan
penghantar
memiliki
sifat
menghambat yang terjadi pada setiap bahan. 1 Ω (satu Ohm) adalah tahanan satu kolom air raksa yang panjangnya 1063 mm dengan penampang 1 mm² pada temperatur 0° C”
36
Difinisi Daya hantar
Adalah Kemampuan penghantar dalam menghantarkan daya hantar arus listrik (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/resistansi [ ?/ohm] G = Daya hantar arus/konduktivitas [Y/mho]
Gambar 12. Gerakan elektron di dalam penghantar logam
37
Jadi tahanan listrik pada suatu benda berbeda tergantung faktor sebagai berikut: a.
Jenis benda
b.
Bagian kabel
c.
Panjang kabel
d.
Temperatur
Juga jika suatu benda temperaturnya naik, gerakan atom akan menjadi lebih lambat, karena atom – atom elektron bebas tersebut bergeraknya tidak bebas. Jadi tahanan listrik akan naik apabila temperatur bendanya bertambah tinggi. Huruf yang mewakili tahanan adalah : R Satuan tahanan adalah : Ω (ohm) Simbol tahanan : --/\/\/\--
Gambar 13. Pergerakan tegangan dan arus terhadap tahanan
1 ohm : adalah suatu tahanan listrik (konduktor) yang mampu menahan sebesar
aliran 1
arus
ampere
listrik
dengan
tegangan 1 volt
38
PERSETARAAN SATUAN 1kΩ =1,000 Ω 1Ω=0.001kΩ 1MΩ=1,000,000 Ω
3.3. Konduktor, Isolator Dan Resistor Bila arus listrik mengalir melalui suatu benda dengan mudah, maka benda tersebut disebut sebagai Konduktor (penghantar listrik). Logam seperti tembaga, perak, emas, aluminum, dan baja dipakai sebagai
penghantar
karena mereka adalah conductor yang baik. Tembaga banyak dipakai dalam bentuk kabel karena ketahanannya dan biaya yang tidak begitu mahal.Lawan dari conductor adalah insulator. Insulator adalah benda yang tidak bisa mengalirkan arus listrik, Contohnya adalah gelas, plastik, karet, dan keramik. Lapisan plastik pada bagian luar kabel adalah salah satu contoh sebuah insulator. Saat elektron bebas bergerak di dalam conductor, beberapa elektron bersinggungan dengan atom-atom dan sebagian energi kinetik yang memancarkan cahaya atau panas. Karena itulah, aksi pembangkitan panas disebut dengan Daya listrik (Joule heat). Pembangkitan panas besarnya adalah sebanding dengan arus listrik dan besar tahanan. Diformulasikan sebagai berikut :
Dimana ; P : Daya (Jouleheat ) I : Aruslistrik R : Tahanan
39
Alat yang menggunakan aksi pembangkitan panas adalah - Electric Stove Electriciron - Lamps - Etc
Konductor
Insulator
Tembaga
Gelas
Besi
Udara
Baja
Kayu kering
Alumunium
Pasir
Perak
Air yang disuling
Kaleng
Plastik
Ground (Bumi)
Kertas
40
Latihan Evaluasi : Kawat yang hambat jenisnya 0,000 001 Ωm dan luas penampangnya 0,000 000 25 m² digunakan untuk membuat elemen pembakar listrik 1kW yang harus memiliki hambatan listrik 57,6 ohm. Berapa panjang kawat yang diperlukan?
PEMECAHAN MASALAH : Diketahui ρ = 0,000 001 Ωm
R = 57,6 Ω
A = 0,000 000 25 m² Ditanya : L ? Jawab R = ρ (L/A) = 57,6 = 0.000 001 . (L/o.oooooo25) L
= 57,6 . 0,25
L
= 14,4 m
41
Rangkuman Arus 1.
Arus yang mengalir adalah sebesar jumlah elektron bebas.
2.
Arus listrik menjalankan electric actuator
3.
Bila tegangannya tinggi, arus yang mengalir juga banyak. Namun akan mengakibatkan overheat bila aliran arusnya berlebihan.
4.
Tahanan menahan aliran arus , jika tahanannya besar, aliran arus akan berkurang.
5.
Bila arus yang lewat berlebihan, akan terjadi panas.
6.
Aksi megnet terjadi pada gulungan kawat yang dialiri listrik.
Tegangan 1.
Bila ada potensial listrik, maka elektron mulai bergerak
2.
Selanjutnya, aliran listrik dimulai
3.
Bila tegangannya tinggi, elektron bisa bergerak lebih banyak lagi
4.
Dan aliran listriknya juga menjadi lebih banyak
Resistance 1.
Tahanan menghalangi gerak elektron bebas, juga menggangu aliran listrik
2.
Jika tahanannya besar, aktuator kelistrikan 100% tidak bisa berjakan karena tidak 100% arusyang lewat.
3.
Tahanan dimulai dengan degradasi atau penuaian pada suatu wiring harness.
4.
Pada mobil problem kelistrikan dimulai dari tahanannya, kontak tahanan pada connector,terlepasnya connector dan ground yang lemah.
42
Evaluasi 1.
Kawat yang hambat jenisnya 0,000 001 Ωm dan luas penampangnya 0,000 000 25 m² digunakan untuk membuat elemen pembakar listrik 1kW yang harus memiliki hambatan listrik 57, 6 ohm. Berapa panjang kawat yang diperlukan ?
2.
Seutas kawat yang panjangnya 50 cm, luas penampangnya 2 mm2 , ternyata hambatannya 100 Ohm. Dengan demikian, hambatan jenis kawat tersebut adalah…?
3.
Sebuah Kawat penghantar setelah diberi beda potensial listrik pada kedua ujung 2 detik kemudian besar arus yang mengalir secara konstan pada kawat tersebut terukur 4 A. Hitunglah : a. Jumlah muatan yang mengalir dalam tiap satuan menit, b. Jumlah elektron yang mengalir dalam per menit.
4.
Sebuah baterai memberikan arus 0,5 A kepada sebuah lampu selama 2 menit. Berapakah banyaknya muatan listrik yang dipindahkan ?.
5.
Pada sebuah penghantar kabel yang berupa kawat tembaga yang memiliki luas penampang sebesar 1 mm2 terdapat 2 x 1021 elektron bebas per meter persegi. Berapa rapat arus yang dapat dihitung apabila kawat tersebut dialiri listrik selama 1 menit jika diketahui muatan 1 elektron = 1,6 x 10-19C ? Diketahui : A = 1 mm2 = 1 x 10-6 m2 dan n = 2 x 1021 elektron per meter persegi dapat kita hitung rapat arus dari persamaan berikut.
Tugas Mandiri Pilihlah suatu L a mp u P e n e r a n g a n d i t e m p a t w o r k s h o p d i m a n a l a m p u t e r s e b u t b i s a m e n y a l a t e r a n g d a n r e d u p sebagai objek
pengamatan.Kemudian,amati
benda
tersebut
dengan
indramu. Lakukan penafsiran sebanyak – banyaknya terhadap benda tersebut agar dapat kalian deskripsikan secara rinci. Buat laporan tertulis tentang deskripsi objek itu. Lakukan analisis, adakah besaran pada benda itu yang belum dapa diamati atau diukur. Kemukakan idemu, bagaimana cara mengamati atau mengukurnya.
43
BAB II HUKUM-HUKUM PADA DASAR LISTRIK
A. KOMPETENSI DASAR DAN PENGALAMAN BELAJAR KOMPETENSI DASAR Setelah
mengikuti
dengan
kompetensi
PENGALAMAN BELAJAR
pembelajaran dasar-dasar
perilaku
dan
jujur,
jawab,
Mengamalkan
disiplin,
peduli
Listrik siswa mendapatkan pengalaman belajar :
Listrik siswa dapat : 1. Menghayati
Dari pembelajaran kompetensi dasar-dasar
1. Mengamati simulsi terkait materi pokok
tanggung
besaran listrik dan Mengeksplorasi
royong,
dalam Menyelesaikan Hukum Ohm dan
(gotong
kerjasama, toleran, damai), santun,
Kirchof ,
dan
2. Mengamati simulsi terkait materi pokok
menunjukan sikap sebagai bagian
besaran listrik dan Mengeksplorasi
dari
dalam Menyelesaikan sosl-soal terkait
responsif
dan
proaktif
solusi
atas
berbagai
permasalahan
dalam
berinteraksi
secara efektif dengan lingkungan sosial
dan
alam
serta
dalam
Hukum Ohm dan Kirchof , 3. Mengamati simulsi terkait materi pokok Hukum
Ohm
dan
Kirchof
,dan
menempatkan diri sebagai cerminan
Mengeksplorasi dalam Menyelesaikan
bangsa dalam pergaulan dunia.
sosl-soal
2. Memahami besaran listrik, hukum Ohm
dan
Kirchof
padar
listrik
rangkaian gabungan
Hukum
Ohm
dan
Kirchof , 4. Mengkomunikasikan dalam Hukum Ohm dan Kirchof ,
otomotip 3. Menerapkan
terkait
Dasar seri,
Listrik
pada
paralel
dan
5. Mengamati simulsi terkait materi dan Mengeksplorasi
Hukum
Ohm
Kirchof ,6.
44
dan
B. PETA KONSEP
DASAR LISTRIK
HUKUM OHM
HUBUNGAN DAYA
HUBUNGAN KALOR
KIRCHOF
KIRCOF 1
KIRCOF 2
45
HUKUM-HUKUM PADA DASAR LISTRIK Rudi seorang pelajar kelas 1 SMK yang baru masuk dari proses penerimaan siswa baru. Pada suatu hari Andi bersama teman sekelasnya dibimbing oleh guru pengajar dasar listrik otomotip melakukan praktikum di workshop yang berkaitan dengan hambatan pada sumber tegangan.Andi duduk berempat dalam satu kelompok sambil mendengarkan penjelasan guru. Setelah pengarahan dari guru, Rudi dan ketiga temannya mulai melakukan kegiatan untuk mengamati peralatan yang tersedia di meja praktikum yaitu dua buah lampu yang berbeda hambatanya,penghantar, lampu dan sumber tegangan yang telah dirangkaikan sesuai petunjuk buku dan pengarahan guru mereka, mendapati lampu yang terpasang yang menyala terang dan satunya menyalaredup. Rudii bertanya dalam hati, apa yang terjadi pada rangkaian tersebut kaitannya dengan nyala lampu yang menyebabkan lampu dapat menyala terang dan redup.
PENGAMATAN 1. Lakukan pengamatan terhadap dua buah lampu yang menyala terang dan redup pada gambar diatas 2. Buatlah penafsiran lampu bisa menyala terang dan redup,
BANDINGKAN DAN SIMPULKAN Bandingkan hasil pengamatanmu dan pengamatan temanmu! Catat persamaan dan perbedaannya! Jika hasil pengamatan dikomunikasikan kepada orang lain, apakah orang tersebut memperoleh pemahaman yang sama? Berdasarkan hasil perbandingan tersebut, hal penting apakah yang harus dirumuskan bersama?
46
Diskusikan: Buat kelompok diskusi, bandingkan hasil pengamatanmu dengan hasil pengamatan kelompok lain. Adakah yang berbeda dari kelompok lain? Mengapa hasilnya demikian ? Apakah yang memengaruhi hasil pengamatan tegangan pada rangkaian listrik bisa menyalakan lampu
C. MATERI PEMBELAJARAN
1. HUKUM OHM Pada dasarnya sebuah rangkaian listrik terjadi ketika sebuah penghantar mampu dialiri electron bebas secara terus menerus. Aliran yang terus-menerus ini yang disebut dengan arus, dan sering juga disebut dengan aliran, sama halnya dengan air yang mengalir pada sebuah pipa. Tenaga (the force) yang mendorong electron agar bisa mengalir dalam sebauh rangkaian dinamakan tegangan. Tegangan adalah sebenarnya nilai dari potensial energi antara dua titik. Ketika kita berbicara mengenai jumlah tegangan pada sebuah rangkaian, maka kita akan ditujukan pada berapa besar energi potensial yang ada untuk menggerakkan electron pada titik satu dengan titik yang lainnya. Tanpa kedua titik tersebut istilah dari tegangan tersebut tidak ada artinya. Elektron bebas cenderung bergerak melewati konduktor dengan beberapa derajat pergesekan, atau bergerak berlawanan. Gerak berlawanan ini yang biasanya disebut dengan hambatan. Besarnya arus didalam rangkaian adalah jumlah dari energi yang ada untuk mendorong electron, dan juga jumlah dari hambatan dalam sebuah rangkaian untuk menghambat lajunya arus. Sama
47
halnya dengan tegangan hambatan ada jumlah relative antara dua titik. Dalam hal ini, banyaknya tegangan dan hambatan sering digunakan untuk menyatakan antara atau melewati titik pada suatu titik. Untuk menemukan arti dari ketetapan dari persamaan dalam rangkaian ini, kita perlu menentukan sebuah nilai layaknya kita menentukan nilai masa, isi, panjang dan bentuk lain dari persamaan fisika. Standard yang digunakan pada persamaan tersebut adalah arus listrik, tegangan,danhambatan.Symbol yang digunakan adalah standar alphabet yang digunakan pada persamaan aljabar. Standar ini digunakan pada disiplin ilmu fisika dan teknik, dan dikenali secara internasional. Setiap unit ukuran ini dinamakan berdasarkan nama penemu listrik. Ampere dari orang perancis Andre M. Ampere, volt dari seorang Italia Alessandro Volta, dan ohm dari orang German Georg Simon Ohm. Simbul matematika dari setiap satuan sebagai berikut “R” untuk resistance (Hambatan), V untuk voltage (tegangan), dan I untuk intensity (arus), standard symbol yang lain dari tegangan adalah E atau Electromotive force. Simbol V dan E dapat dipertukarkan untuk beberapa hal, walaupun beberapa tulisan menggunakan E untuk menandakan sebuah tegangan yang mengalir pada sebuah sumber ( seperti baterai dan generator) dan V bersifat lebih umum. Pada materi besaran listrik telah dijelaskan dalam perhitungan elektro, yang sering dibahas mengenai satuan couloumb, dimana ini adalah besarnya energi yang setara dengan electron pada keadaan tidak stabil. Satu couloumb setara dengan 6.250.000.000.000.000.000. electron (6,25.1018) Symbolnya ditandai dengan Q dengan satuan couloumb. Ini yang menyebabkan elektron mengalir, satu ampere sama dengan 1 couloumb dari electron melewati satu titik pada satu detik. Pada kasus ini, besarnya energi listrik yang bergerak melewati conductor (penghantar). Pada materi besaran listriktelah didefinisikan apa itu volt, kita harus mengetahui bagaimana mengukur sebuah satuan yang kita ketahui sebagai energi potensial. Satuan energi secara umum adalah joule dimana sama dengan besarnya work (usaha) yang ditimbulkan dari gaya sebesar 1 newton yang digunakan untuk bergerak sejauh 1 meter (dalam satu arah). Dalam british unit, ini sama halnya dengan kurang dari ¾ pound dari gaya yang dikeluarkan
48
sejauh 1 foot. Masukkan ini dalam suatu persamaan, sama halnya dengan I joule energi yang digunakan untuk mengangkat berat ¾ pound setinggi 1 kaki dari tanah, atau menjatuhkan sesuatu dengan jarak 1 kaki menggunakan parallel pulling dengan ¾ pound. Maka kesimplannya, 1 volt sama dengan 1 joule energi potensial per 1 couloumb. Maka 9 volt baterai akan melepaskan energi sebesar 9 joule dalam setiap couloum dari electron yang bergerak pada sebuah rangkian. Satuan dan symbol dari satuan elektro ini menjadi sangat penting diketahui ketika kita mengeksplorasi hubungan antara mereka dalam sebuah rangkaian. Yang pertama dan mungkin yang sangat penting hubungan antara tegangan, arus dan hambatan ini disebut hokum ohm. Ditemukan oleh Georg Simon Ohm dan dipublikasikannya pada sebuah paper pada tahun 1827, The Galvanic Circuit Investigated Mathematically. Prinsip ohm ini adalah besarnya arus listrik yang mengalir melalui sebuah penghantar metal pada rangkaian, ohm menemukan sebuah persamaan yang simple, menjelaskan bagaimana hubungan antara tegangan, arus, dan hambatan yang saling berhubungan.
Definisi HUKUM OHM
Menyatakan bahwa besar arus listrik yang mengalir melalui sebuah penghantar selalu berbanding lurus dengan beda potensial yang diterapkan kepadanya. Rumus hukum Ohm dapat digambarkan seperti segitiga sehingga dengan mudah menghitung salah satu besaran listrik, jika kedua besaran yang lain sudah diketahui :
Dimana :
E atau V atau U :Tegangan dinyatakan dengan nilai volts. I
: Arus dinyatakan dengan amps
R : Hambatan dinyatakan dengan ohms
49
Untuk mempermudah proses menghitung tegangan, hambatan dan arus dengan cara menutup pakai tangan sesuai kondisi perhitungan yang dibutuhkan. Cara untuk mengetahui atau menghitung tegangan dengan menutup bagian puncak dari segitiga seperti terlihat pada gambar dibawah. Menghitung tegangan
Gambar untuk menghitung tegangan Menghitung arus
Gambar untuk menghitung arus Menghitung Hambatan
Gambar menghitung arus
50
Pembuktian hukum Ohm dengan menggunakan perhitungan sederhana secara sederhana sebagai berikut :
Hitunglah besar tegangan U = I x R = 1 x 20 = 20 V Hasil kontrol dengan voltmeter : Hasil pengukuran = Hasil perhitungan
Hitunglah kuat arus I = Hasil kontrol dengan Ampermeter : I Pengukuran = 0,2A (Sama dengan hasil perhitungan)
Hitunglah besar tahanan R = Lepaskan tahanan dari sumber tegangan pada saat pengukuran tahanan Hasil kontrol dengan Ohmmeter : R pengukuran = 30 ( sama dengan hasil perhitungan ).
51
1.1. HUBUNGAN DAYA DAN HUKUM OHM Energi listrik merupakan suatu bentuk energi yang berasal dari sumber arus. Energi listrik dapat diubah menjadi bentuk lain, misalnya:
Energi listrik menjadi energi kalor / panas, contoh: seterika, solder, dan kompor listrik.
Energi listrik menjadi energi cahaya, contoh: lampu.
Energi listrik menjadi energi mekanik, contoh: motor listrik.
Energi listrik menjadi energi kimia, contoh: peristiwa pengisian accu, peristiwa penyepuhan (peristiwa melapisi logam dengan logam lain).
Jika arus listrik mengalir pada suatu penghantar yang berhambatan R, maka sumber arus akan mengeluarkan energi pada penghantar yang bergantung pada:
Beda potensial pada ujung-ujung penghantar (V).
Kuat arus yang mengalir pada penghantar (i).
Waktu atau lamanya arus mengalir (t).
Berdasarkan pernyataan di atas, dan karena harga V = R.I, maka persamaan energi listrik dapat dirumuskan dalam bentuk :
W = V.I.T = (R.I).I.T W = I2.R.T (dalam satuan watt-detik)
dan karena I = V/R, maka persamaan energi listrik dapat pula dirumuskan dengan:
W = I2.R.T W = (V/R2.R.T) W = V2.T/R
(dalam satuan watt-detik) 52
Keuntungan menggunakan energi listrik: a.
Mudah diubah menjadi energi bentuk lain.
b.
Mudah ditransmisikan.
c.
Tidak banyak menimbulkan polusi/ pencemaran lingkungan.
1.2. HUBUNGAN KALOR DENGAN HUKUM OHM Energi listrik yang dilepaskan itu tidak hilang begitu saja, melainkan berubah menjadi panas (kalor) pada penghantar. Besar energi listrik yang berubah menjadi panas (kalor) dapat dirumuskan:
Q = 0,24 V I T
kalori
Q = 0,24 I2 R T
kalori
Q = 0,24 V2.T/R
kalori
Jika V, I, R, dan t masing-masing dalam volt, ampere, ohm, dan detik, maka panas (kalor) dinyatakan dalam kalori. Konstanta 0,24 didapat dari percobaan joule, Di dalam percobaannya Joule menggunakan rangkaian alat yang terdiri atas kalorimeter yang berisi air serta penghantar yang berarus listrik. Jika dalam percobaan arus listrik dialirkan pada penghantar dalam waktu t detik, ternyata kalor yang terjadi karena arus listrik berbanding lurus dengan: a.
Beda potensial antara kedua ujung kawat penghantar (V)
b.
Kuat arus yang melalui kawat penghantar (i)
53
c.
Waktu selama arus mengalir (t).
Hubungan ketiganya ini dikenal sebagai "hukum Joule" Karena energi listrik 1 joule berubah menjadi panas (kalor) sebesar 0,24 kalori. Jadi kalor yang terjadi pada penghantar karena arus listrik adalah:
Q = 0,24 V.I.T
kalori
1.3. HUBUNGAN DAYA LISTRIK DENGAN HUKUM OHM
DEFINISI DAYA
Adalah banyaknya energi tiap satuan waktu dimana pekerjaan sedang berlangsung atau kerja yang dilakukan persatuan waktu. Dari definisi ini, maka daya listrik (P) dapat dirumuskan dan daya sama dengan energi/waktu ( Daya = energi/waktu).
P =W/T P = V.I.T/T = V.I P = I2 R P = V2/R (dalam satuan volt-ampere,( VA)
54
Satuan daya listrik : a.
watt (W) = joule/detik
b.
kilowatt (kW): 1 kW = 1000 W.
Dari satuan daya maka muncullah satuan energi lain yaitu: Jika daya dinyatakan dalam kilowatt (kW) dan waktu dalam jam, maka satuan energi adalah kilowatt jam atau kilowatt-hour (kWh). 1 kWh = 36 x 105 joule Dalam satuan internasional (SI), satuan daya adalah watt (W) atau setara Joule per detik (J/sec). Daya listrik juga diekspresikan dalam watt (W) atau kilowatt (kW). Konversi antara satuan HP dan watt, dinyatakan dengan formula sebagai berikut: 1 HP = 746 W = 0,746 kW 1kW = 1,34 HP Sedangkan menurut standar Amerika (US standard), daya dinyatakan dalam satuan Hourse Power (HP) atau (ft)(lb)/(sec).
55
LATIHAN EVALUASI : Pada sebuah rangkaian mengalis arus listrik sebesar 1500 miliAmpere dan hambatan listriknya 40 ohm. Tentukan besar tegangan yang dipasang pada rangkaian tersebut ?
PEMECAHAN MASALAH : Diketahui : I = 1500 miliAmpere = 1,5 A R = 40 ohm Ditanyakan : V = ? Jawab : V = I x R = 1,5 A x 40 ohm
TUGAS MANDIRI 1. Arus listrik 2A mengalir melalui seutas kawat penghantar ketika beda potensial 12 V diberikan pada ujung-ujungnya. Tentukan hambatan listrik pada kawat tersebut! 2. Pada sebuah rangkaian mengalis arus listrik sebesar 2500 miliAmpere dan hambatan listriknya 60 ohm. Tentukan besar tegangan yang dipasang pada rangkaian tersebut ? 3. Dalam hukum Ohm, kita mengenal tiga besaran listrik. Satuan setiap besaran adalah: ….............sebutkan
56
2. HUKUM KIRCHOFF
PENGAMATAN
Perhatikan
gambar
disamping
ini,
siapkan baterai, ampermeter,berjumlah empat (4) busi pijar (tahanan pada listrik)
dan
penghantar.
Rangkailah
komponen - komponen tersebut dan perhatikan arus pada masing-masing busi pijar (tahanan). Bila busi pijar (tahanan) pada rangkaian satu atau dua dilepas (tidak difungsikan). Apa yang terjadi pada alat ukur amper ?
Bandingkan dan Simpulkan
Bandingkan hasil pengamatanmu dan pengamatan temanmu! Catat persamaan dan perbedaannya! Jika hasil pengamatan dikomunikasikan kepada orang lain, apakah orang tersebut memperoleh pemahaman yang sama? Berdasarkan hasil perbandingan tersebut, hal penting apakah yang harus dirumuskan bersama?
57
Diskusikan:
Buat kelompok diskusi, bandingkan hasil pengamatanmu dengan hasil pengamatan kelompok lain. Adakah yang berbeda dari kelompok lain? Mengapa hasilnya demikian? Apakah yang memengaruhi hasil pengamatan tegangan pada rangkaian listrik bisa menyalakan lampu
Gustaf Robert Kirchoff adalah seorang fisikawan jerman yang berkontribusi pada pemahaman konsep dasar teori rangkaian listrik, spektroskopi, dan emisi radiasi benda hitam yang dihasilkan oleh benda-benda yang dipanaskan. Dalam kelistrikan, sumbangan utamanya adalah dua hukum dasar rangkaian, yang kita kenal sekarang dengan Hukum I dan Hukum II Kirchoff.Kedua
hukum
dasar
rangkaian
ini
sangat
bermanfaat
untuk
menganalisis rangkaian-rangkaian listrik majemuk yang cukup rumit.Akan tetapi sebagian orang menyebut kedua hukum ini dengan Aturan Kirchoff, karena dia terlahir dari hukum-hukum dasar yang sudah ada sebelumnya, yaitu hukum kekekalan energi dan hukum kekekalan muatan listrik. 2.1. Hukum Kirchoff I Merupakan hukum kekekalan muatan listrik yang menyatakan bahwa jumlah muatan listrik yang ada pada sebuah sistem tertutup adalah tetap. Hal ini berarti dalam suatu rangkaian bercabang, jumlah kuat arus listrik yang masuk pada suatu percabangan sama dengan jumlah kuat arus listrik yang ke luar percabangan itu. Untuk lebih jelasnya tentang Hukum I Kirchoff, perhatikanlah rangkaian berikut ini
58
ARUS MASUK = ARUS KELUAR
Gambar 14. Arus keluar Kirchof
Bila ada arus lain ( 2 atau 3 ) yang masuk pada cabang dan kemudian keluar cabang ada 2 atau 3 maka rumusHukum Kirchof dapat dijabarkan seperti gambar dibawah ini :
Gambar 15. Loop arus “ KIRChOFF “
Rumus arus masuk ada 2 atau 3 ;
I1 + (-I2) + (-I3) + I4 + (-I5 ) = 0 I1 + I4 = I2 + I3 + I5
59
LATIHAN EVALUASI Antara titik a dan b pada suatu rangkaian terdapat resistor/hambatan listrik 4 ohm. Arus yang mengalir dari a ke b adalah 3 Ampere. Jika, potensial di titik a = 24 Volt. Berapakah potensial di titik B. ?
PEMECAHAN : Diketahui : R = 4 Ohm R = 4 ohm I = 3 Ampere a b Va = 24 Volt Ditanyakan : Vb = ? Jawab : I 24 Volt Va - Vb = I x R 24 V - Vb = 3 x 4 Vb = 24 V - 12 V Vb = 12 V Jadi, potensial di titik b adalah = 12 Volt = 12
60
2.2. HUKUM II KIRCHOFF (CLOSE LOOP)
Adalah hukum kekekalan energi yang diterapkan dalam suatu rangkaian tertutup. Hukum ini menyatakan bahwa jumlah aljabar dari GGL (Gaya Gerak Listrik) sumber beda potensial dalam sebuah rangkaian tertutup (loop) sama dengan nol. Secara matematis, Hukum II Kirchoff ini dirumuskan dengan persamaan
Di mana V adalah beda potensial komponen komponen dalam rangkaian (kecuali sumber ggl) dan E adalah ggl sumber. Untuk lebih jelasnya mengenai Hukum II Kirchoff, perhatikanlah sebuah rangkaian tertutup sederhana berikut ini
Dari rangkaian sederhana di atas, maka akan berlaku persamaan berikut (anggap arah loop searah arah arus)
61
Persamaan dapat ditulis dalam bentuk lain seperti berikut I . R = E - I .r Di mana I . R adalah beda potensial pada komponen resistor R, yang juga sering disebut dengan tegangan jepit
LATIHAN EVALUASI : Antara titik-titik a dan b pada suatu rangkian terdapat resistor/hambatan listrik 2 ohm. Arus yang mengalir dari a ke b adalah 2 Ampere. Jika, potensial di titik a = 5 Volt. Berapakah potensial di titik b ?
PEMECAHAN MASALAH : R = 2 Ohm R = 2 ohm Va = 5 Volt a b I = 2 Ampere Ditanyakan :Vb = ? I5V Jawab : Va - Vb = I x R 5 V - Vb = 2 x 2 Vb = 5 V - 4 V Vb = 1 volt Jadi, potensial di titik b adalah = 1 Volt = 1 V
62
RANGKUMAN 1.
Hukum ohm, berbunyi bahwa besar arus listrik yang mengalir melalui sebuah penghantar selalu berbanding lurus dengan beda potensial yang diterapkan kepadanya
2.
Hukum kirchoff i , berbunyi arus masuk = arus keluar
3.
Hukum kirchoff ii, berbunyi tegangan masuk = tegangan keluar
TUGAS MANDIRI 1. Kuat arus I1 = 10 A, I2 = 5 A arah menuju titik A. Kuat arus I3 = 8 A arah keluar dari titik A. Berapakah besar dan arah kuat arus I4? 2. Ada lima buah percabangan berarus listrik, percabangan berarus listrik masuk yaitu I1 = 10 A, I2 = 5 A, sedangkan percabangan berarus listrik keluar yaitu I3 = 5 A, I4 = 7 A, sedangkan I5 harus ditentukan besar dan arahnya, tentukan I5 tersebut !
63
BAB III KAIDAH FLAMING
A. KOMPETENSI DASAR DAN PENGALAMAN BELAJAR KOMPETENSI DASAR
PENGALAMAN BELAJAR
Setelah mengikuti pembelajaran dengan kompetensi dasar-dasar
1. Menghayati dan Mengamalkan perilaku jujur, disiplin, tanggung jawab, peduli (gotong royong, toleran,
damai),
santun, responsif dan proaktif dan menunjukan sikap sebagai bagian dari solusi atas berbagai permasalahan berinteraksi
dasar
Listrik
siswa
mendapatkan
pengalaman belajar :
Listrik siswa dapat :
kerjasama,
Dari pembelajaran kompetensi dasar-
dalam secara
efektif
dengan lingkungan sosial dan alam serta dalam menempatkan
1. Mengamati simulsi terkait materi pokok besaran listrik dan Mengeksplorasi dalam Menyelesaikan sosl-soal terkait materi KAIDAH FLAMING, 2. Mengamati simulsi terkait materi pokok KAIDAH FLAMING dan Mengeksplorasi dalam Menyelesaikan sosl-soal terkait KAIDAH FLAMING
3. Mengamati simulsi terkait materi
diri sebagai cerminan bangsa
pokok besaran listrik dan
dalam pergaulan dunia.
Mengeksplorasi dalam
2. Memahami
besaran
listrik,
hukum Ohm dan Kirchof padar listrik otomotip
seri,
Kaidah Flaming 4. Mengamati simulsi terkait materi
3. Menerapkan Dasar Listrik pada
rangkaian
Menyelesaikan sosl-soal terkait
paralel
dan
dan Mengeksplorasii rangkaian seri, paralel dan gabungan.
gabungan
64
B. PETA KONSEP
1. KUTUP MAGNIT
4.KAIDAH FLAMING
KAIDAH FLAMING
2. INDUKSI EKTROMAGN ETIK
3. JENIS - JENIS MAGNIT
65
Pengamatan
1.
Ambilah suatu batang penghantar. Batangan magnet sejumlah 2 (dua) batang.
2.
Letakkan batang penghantar diantara kutub utara dan kutup selatan!
3.
Lihat dan amati apa yang terjadi pada batang penghantar yang diletakkan antar kedua kutub magnet!
4.
Hasil
pengamatan
didiskusikan
dengan
teman
yang
selanjutnya
disimpulkan!
Bandingkan dan Simpulkan
Bandingkan hasil pengamatanmu dan pengamatan temanmu! Catat persamaan dan perbedaannya! Jika hasil pengamatan dikomunikasikan kepada orang lain, apakah orang tersebut memperoleh pemahaman yang sama? Berdasarkan hasil perbandingan tersebut, hal penting apakah yang harus dirumuskan bersama?
Diskusikan: Buat kelompok diskusi, bandingkan hasil pengamatanmu dengan hasil pengamatan kelompok lain. Adakah yang berbeda dari kelompok lain? Mengapa hasilnya demikia ? Apakah yang memengaruhi hasil pengamatan tegangan pada rangkaian listrik bisa menyalakan lampu 66
C. MATERI BELAJAR
Salah satu fungsi utama dari kelistrikan adalah menimbulkan kemagnetan. Yang dimaksud dengan kemagnetan adalah sifat yang dimiliki oleh logam tertentu untuk menarik besi atau benda yang mengandung besi.Suatu benda dapat mengandung magnet apabila kemagnetannya terpusat di tempat tertentu.Magnet yang kuat selalu dapat menarik beban yang lebih berat daripada magnet yang lemah. Berdasarkan percobaan ternyata magnet yang terbuat dari besi lebih lemah daripada magnet yang dibuat dari logam campuran. Magnet yang ada terdiri dari beberapa bentuk seperti magnet jarum, magnet batang, magnet tapal kuda, magnet sentral dan lain-lain tergantung fungsinya, tetapi semuanya mempunyai kemagnetan yang terpusat di suatu tempat yang disebut kutub.
1. KUTUB MAGNET
Magnet memiliki dua tempat yang gaya magnetnya paling kuat. Daerah ini disebut kutub magnet.Ada 2 kutub magnet, yaitu kutub utara (U) dan kutub selatan (S).Seringkali kita menjumpai magnet yang bertuliskan N dan S. N merupakan kutub utara magnet itu(singkatan dari north yang berarti utara) sedangkan
S
kutub
selatannya
(singkatan
dari
south
yang
berarti
selatan).Kemagnetan suatu logam tidak dapat dilihat tetapi beberapa hasil kerjanya dapat disaksikan. Untuk keperluan ini dapat menggunakan bantuan serbuk besi.Caranya : Letakkan sebuah magnet dibawah sehelai karton, plastik
67
atau kaca tipis. Kemudian diatasnya ditaburi serbuk besi. Jika penutup tersebut diketok-ketok, maka terlihatlah bahwa serbuk besi itu akan mengatur diri dalam pola tertentu. Pola ini yang dinamakan medan magnet (seperti pada gambar dibawah ini).
Gambar diatas menjelaskan bahwa menjelaskan bahwa garis gaya merupakan garis yang keluar dari magnit melalui kutub utara dan masuk melalui kutub selatan.Jadi garis gaya itu menunjukkan arah medan magnit, sedangkan jumlah garis-garis gaya menunjukkan kekuatan medan magnit.Gaya tarik yang terkuat dari magnit, terdapat pada ujungnya yaitu pada Kutub magnet.Magnet mempunyai dua kutub yaitu kutub utara dan kutub selatan. Penentuan dua kutub magnet sangat membantu kita dalam penggunaan magnet.Untuk dapat mengetahui arah garis gaya dalam medan magnet, terlebih dahulu harus diketahui kutubnya. Dengan mengetahui kutub utara dan kutub selatan magnet maka kita dapat memastikan arah garis gaya magnet.Oleh karena itu kutub magnet dapat membantu kita dalam penggunaan magnet, khususnya untuk mengetahui arah garis gaya magnet.
68
1.1. SIFAT MAGNET
Sifat magnet adalah tarik menarik apabila didekatkan dua buah magnet yang tidak sejenis. Dan akan tolak menolak apabila didekatkan dua buah magnet yang sejenis. Berdasarkan percobaan tentang kutub magnit, maka dapat dibuktikan bahwa: “kutub magnit yang senama (sejenis) apabila didekatkan akan saling tolak menolak,dan kutub magnit yang tidak senama (tidak sejenis) akan saling tarik menarik”.
Medan magnet dan gari-garis gaya magnet sangat penting. Dengan adanya medan dan garis gaya magnet menyebabkan magnet sangat bermanfaat bagi kehidupan manusia, khususnya dalam menunjang pemanfaatan teknologi, seperti pada bidang Elektro dan Otomotif. Medan magnet dapat menghasilkan arus listrik pada kawat penghantar apabila medan magnet bergerak berpotongan dengan kawat penghantar tersebut. Selain itu, arus listrik yang dihasilkan oleh medan magnet yang mengalir pada sebuah penghantar dapat juga berfungsi untuk pengisian aki pada kendaraan (charge). Kunci pokok untuk memudahkan kita dalam penggunaan magnet yaitu : Garis gaya magnet mengalir dari kutub selatan ke kutub utara Garis gaya magnet keluar dari kutub utara masuk kembali melalui kutub selatan.
69
1.2. JENIS – JENIS BAHAN PEMBUAT MAGNET
Gaya tarikan atau tolakan bahan yang berada pada suatu medan magnit ternyata tidak sama, seperti misalnya pada besi dengan emas. Besi menarik garis-garis gaya dengan kuat sedangkan emas kurang menarik garis-garis gaya.Hasil percobaan di atas menunjukkan bahwa bahan-bahan di alam dapat dikelompokan menjadi tiga macam, yaitu :
1) Bahan Feromagnit, yaitu bahan yang memiliki sifat kemgnitan yang sangat kuat atau sangat kuat menarik garis-garis gaya magnit. Contoh : Nikel, kobalt, besi, baja,dan lain-lain. 2) Bahan Paramagnit, yaitu bahan yang memiliki sifat kemagnitan yang kurang kuat, atau kurang kuat menarik garis-garis gaya magnit. Contoh : aluminium, platina, dan lain-lain. 3) Bahan Diamagnit, yaitu bahan yang tidak memiliki sifat magnit, atau sedikit menolak garis-garis gaya magnit. Contoh : Bismuth, tembaga, emas, dan lain-lain.
Istilah bahan magnetik yang umum digunakan adalah bahan ferromagnetik, yang dapat dikategorikan menjadi 2 macam, yaitu :
1. Bahan yang mudah dijadikan magnet yang lazim disebut bahan magnetik lunak. Bahan in banyak digunakan untuk inti transformator, inti motor atau generator, rele, peralatan sonar atau radar. 2. Bahan ferromagnetik yang sulit dijadikan magnet tetapi setelah menjadi magnet tidak mudah kembali seperti semula yang disebut dengan bahan magnetik keras.Bahan ini digunakan untuk pabrikasi magnet permanen. Sifat-sifat bahan magnetik mirip dengan sifat dari bahan dielektrik, dimana momen atom dan molekul-molekul yang menyebabkan adanya dwikutub sama dengan momen dwikutub pada bahan dielektrik. Magnetisasi pada bahan magnet seperti polaritas pada bahan dielektrik.
70
2. INDUKSI ELEKTROMAGNET Kumparan
yang
dialiri
arus
listrik
berubah
menjadi
magnet
disebut
Elektromagnet. Berbicara tentang magnet tidak terlepas dari pembicaraan tentang listrik.Pernyataan tersebut telah dibuktikan dalam percobaan. Misalnya: bila sebuah kompas diletakkan dekat dengan suatu penghantar yang sedang dialiri aruslistrik, maka kompas tersebut akan bergerak pada posisi tertentu seperti diperlihatkan pada gambar berikut ini.
Gambar 16. Pengaruh pada jarum kompas oleh penghantar yang dialiri arus listrik
Kompas bergerak karena dipengaruhi oleh medan magnet. Ini berarti bahwa gerakan kompas seperti pada percobaan di atas adalah akibat adanya medan magnet yang dihasilkan oleh gerakan elektron pada kawat penghantar.Yang dimaksud dengan elektromagnetik adalah magnet yang timbul pada suatu penghantar lurus atau kumparan pada waktu dialiri arus listrik. Seperti halnya pada magnet biasa, pada elektromagnetpun memiliki medan magnet yang timbul disebabkan oleh adanya arus listrik yang mengalir melalui suatu kawat penghantar. Untuk mengetahui bentukmedan magnet yang timbul di sekitar penghantar, dapat dilakukan dengan suatu percobaan sederhana seperti gambar dibawah ini.
Bahan-bahan yang dibutuhkan untuk membuktikan adanya medan magnet diantaranya : (1) serbuk besai, (2) penghantar, (3)Kertas, (4) baterai 3 volt, (5) medan magnet yang terbentuk, (6) medan magnet yang digambarkan berupa garis.
71
2.1. JENIS-JENIS MAGNET Magnet dapat digolongkan atas 2 (dua) jenis.
1. Magnet tetap (permanen) Magnet tetap adalah magnet yang diperoleh dari dalam alam (penambangan). Magnet ini berupa jenis besi yang disebut Lodstone. Sifat atom magnet tetap tidak sama dengan sifat atom magnet tidak tetap. Pada bahan magnet, garis edar elektron pada atom yang satu dan lainnya membentuk formasi yang sejajar dan selalu tetap.Sedangkan pada bahan yang bukan magnet, arah garis edar elektron pada setiap atom tidak teratur. 2. Magnet tidak tetap (remanen atau buatan) Magnet tidak tetap terdiri dari 3 (tiga) macam, yaitu : 1)
Magnet hasil induksi. Magnet hasil induksi ini dibuat dari besi atau baja. Besi dan baja dapat dijadikan magnet dengan cara induksi magnet. Besi dan baja diletakkan di dekat magnet tetap Magnet elementer yang terdapat pada besi dan baja akan terpengaruh atau terinduksi magnet tetap yang
menyebabkan
letaknya
teratur
dan
mengarah ke satu arah. Besi atau baja akan menjadi
magnet
sehingga
dapat
menarik
serbuk besi yang berada di dekatnya. Ujung besi yang berdekatan dengan kutub magnet batang, akan terbentuk kutub yang selalu berlawanan dengan kutub magnet
72
penginduksi. Apabila kutub utara magnet batang berdekatan dengan ujung A besi, maka ujung A besi menjadi kutub selatan dan ujung B besi menjadi kutub utara atau sebaliknya. Magnet hasil induksi bersifat sementara. Mengapa demikian ? Karena apabila medan magnet yang dibuat di sekitarnya dihilangkan, maka garis elektron akan kembali keposisi tidak teratur. Dengan kata lain kemagnetannya menjadi hilang. 2)
Magnet hasil perlakuan listrik. Magnet ini dibuat dari baja lunak ( baja karbon rendah ). Baja ini dipilih karena sifat baja lunak sifat kemagnetannya relatif mudah dihilangkan.Penghilangan sifat magnet ini memang diperlukan untuk hampir semua peralatan magnet hasil perlakuan listrik karena seringkali
kutub-kutub
magnetnya
harus
berubah-ubah
pada
kecepatan tertentu. Untuk membentuk magnet ini, diperlukan elektromagnet (akan dijelaskan selanjutnya) sebagai bahan sumber medan magnet. Selain dengan cara induksi, besi dan baja dapat dijadikan magnet dengan arus listrik. Besi dan baja dililiti kawat yang dihubungkan dengan baterai. Magnet elementer yang terdapat pada besi dan baja akan terpengaruh aliran arus searah (DC) yang dihasilkan baterai. Hal ini menyebabkan magnet elementer letaknya teratur dan mengarah ke satu arah. Besi atau baja akan menjadi magnet dan dapat menarik serbuk besi yang berada di dekatnya. Magnet yang demikian disebutmagnet listrik atau elektromagnet.
Besi yang berujung A dan B dililiti kawat berarus
listrik.
Kutub
magnet
yang
terbentuk bergantung pada arah arus ujung kumparan.Jika
arah arus berlawanan
jarum jam maka ujung besi tersebut menjadi kutub utara. Sebaliknya, jika arah arus searah putaran jarum jam
maka
ujung
kutub
besi
tersebut
terbentuk
selatan. Dengan demikian, ujung A kutub
73
utara dan B kutub selatan atau sebaliknya. 2.2. Cara membuat medan magnit Ada 3 (tiga) cara yang dapat dilakukan untuk memperkuat medan magnet pada elektromagnet a.
Membuat inti besi pada kumparan. Cara ini dilakukan dengan jalan meletakkan sepotong besi di dalam kumparan yang dialiri listrik. Besi tersebut akan menjadi magnet tidak tetap (buatan atau remanen). Karena inti besi menjadi magnet, maka inti besi itu akan menghasilkan medan magnet. Dilain pihak kumparan juga akan menghasilkan medan magnet pada arah yang sama pada inti besi. Hal ini akan menyebabkan terjadinya penguatan medan magnet. Penguatan medan magnet diperoleh dari penjumlahan medan magnet yang dihasilkan oleh besi dengan medan magnet yang dihasilkan oleh kumparan.
b.
Menambah jumlah kumparan. Tiap-tiap kumparan elektromagnet menghasilkan medan magnet. Dengan
penambahan
jumlah
kumparan
sudah
tentu
akan
memperkuat medan magnet secara keseluruhan. Kuatnya medan elektromagnet merupakan jumlah dari medan magnet yang dihasilkan oleh masing-masing lilitan. c.
Memperbesar arus yang mengalir pada kumparan. Besarnya arus yang dialirkan pada kumparan berbanding lurus dengan besarnya medan magnet. Setiap elektron yang mengalir pada penghantar menghasilkan medan magnet. Dengan demikian
74
medan total tergantung dari banyaknya elektron yang mengalir setiap detik atau kuat medan total ditentukan oleh besarnya arus yang mengalir pada kumparan. Berdasarkan jenis bahan yang digunakan, magnet dapat dibedakan menjadi empat tipe: 1.
Magnet Permanen Campuran Sifat magnet tipe ini adalah keras dan memiliki gaya tarik sangat kuat. Magnet permanen campuran dibagi menjadi: - Magnet alcomax, dibuat dari campuran besi dengan almunium - Magnet alnico, dibuat dari campuran besi dengan nikel - Magnet ticonal, dibuat dari campuran besi dengan kobalt
2.
Magnet Permanen Keramik Tipe magnet ini disebut juga dengan magnadur, terbuat dari serbuk ferit dan bersifat keras serta memiliki gaya tarik kuat.
3.
Magnet Besi Lunak Tipe magnet besi lunak disebut juga stalloy, terbuat dari 96% besi dan 4% silicon.Sifat kemagnetannya tidak keras dan sementara.
4.
Magnet Pelindung Tipe magnet ini disebut juga mumetal, terbuat dari 74% nikel, 20% besi, 5% tembaga, dan 1% mangan. Magnet ini tidak keras dan bersifat sementara.
Sebuah magnet akan hilang sifat kemagnetannya jika: 1.
Magnet dipanasakan hingga berpijar atau dibakar Pemanasan pada magnet menyebabkan sifat kemagnetannya berkurang atau bahkan hilang. Hal ini terjadi karena tambahan energi akibat pemanasan menyebabkan partikel-partikel bahan bergerak lebih cepat dan lebih acak, maka sebagian magnet elementernya
2.
Magnet dipukul atau ditempa hingga bentuknya berubah atau rusak Magnet yang susunan
mengalami pemukulan akan
menyebabkan perubahan
magnet elementernya. Akibat pemanasan dan pemukulan
magnet elementer menjadi tidak teratur dan tidak searah.Magnet-magnet elementer yang tadinya segaris (searah) menjadi berarah sembarangan,
75
sehingga benda kehilangan sifat magnetiknya. 3. KAIDAH FLAMING Pada materi ini akan dibahas mengenai magnet dan hubungan antara kelistrikan dengan kemagnetan.Kaidah tangan kiri flaming adalah sebuah kaidah untuk menentukan arah gaya elektromagnit atau putaran pada sebuah motor listrik.kaidah tangan kiri flaming diciptakan oleh John Ambrose Flaming seorang fisikawan kebangsaan Inggris pada abad 18-19, untuk mengenang jasanya maka kaidah tangan kiri fliming digunakan rumus pada penentuan arah gaya magnit.
3.1. Prinsip Flaming 1. Bila arus mengalir dalam suatu penghantar (conductor), medan magnet akan bangkit pada arah yang terlihat pada ilustrasi di bawah sesuai kaidah Ampere dari ulir kanan tidak lagi menunjuk arah yang sama seperti semula. Bahkan setiap benda di atas suhu tertentu sama sekali tidak dapat dibuat menjadi magnet.
2. Bila penghantar diantara kutub N dan S dari sebuah magnet permanen, maka garis gaya magnet yang terjadi oleh arus listrik dalam penghantar dan garis gaya magnet dari magnet permanen saling berpotongan menyebabkan magnetic flux bertambah dibagian bawah penghantar dan berkurang di bagian atas penghantar.Kita dapat menganggap bahwa magnetic flux adalah sebagai sabuk karet yang telah ditegangkan. Jadi magnetic flux, maka gaya aka
76
cenderung menarik pada satu garis lurus lebih kuat di bagian bawah penghantar.Akibatnya dari hal ini di bawah penghantar akan memperoleh gaya yang cenderung mendorongnya ke atas.
Kaidah
ini
berbunyi
ukuran
gaya
elektromagnetik paling besar saat arah medan magnet tegak lurus dengan arus, dengan
dan
meningkat
panjang
sebanding
konduktor,
besar
arus, dan kekuatan medan magnet dirumuskan sebagai berikut :
F = B .I . L Dimana : F : gaya elektromaknetik B : Jumlah garis gaya magnit I : Arus yang mengalir pada penghantar L :panjang penghantar
77
Fluksi magnet mempunyai beberapa karakteristik : a. Fluksi magnet dimulai dari kutub U dan berakhir di kutub S suatu magnet atau magnet-magnet b. Arah dari fluksi magnet adalah sesuai dengan arah kutub U jarum magnet bila jarum berada di dalam fluksi. c. Seperti halnya serbuk karet, garis gaya magnet di dalam fluksi berusaha sependek mungkin, sejajar dan sedekat mungkin dengan poros U-S dari medan magnet. Pada saat yang sama, cenderung menolak garis gaya magnet lainnya yang searah, sehingga juga cenderung membentuk busur keluar poros U-S. Induksi elektromagnetik adalah peristiwa timbulnya GGL atau arus listrik pada suatu penghantar atau kumparan akibat mengalami perubahan garis-garis gaya magnet (fluks magnetic).
3.2. PENGGUNAAN HUKUM FLAMING Cara – cara untuk menghasilkan GGL/arus induksi : 1.
Menggerak-gerakkan magnet di dekat kumparan percobaan faraday
2.
Memutar kumparan pada medan magnet, prinsip kerja generator atau alternator
78
3.
Memutar magnet di dalam kumparan prinsip kerja dynamo sepeda pancal
4.
Menggerakkan penghantar memotong medan magnet prinsip timbulnya gaya Lorentz, digunakan pada motor stater.
5.
Mengalirkan arus bolak-balik (AC) kepada kumparan primer untuk diinduksikan keada kumparan sekunder yang ada di dekatnya. Prinsip kerja transformator (trafo)
79
6.
Mengalirkan arus searah (DC) yang diputus-putus kepada kumparan primer untuk diinduksikan kepada kumparan sekunder yang ada didekatnya, prinsip kerja inductor dan busi.
Cara-cara untuk membangkitkan medan magnit : 1. Mengalirkan arus ke sebuah penghantar. untuk menggerakkan komponen-komponen pada sistem lain, sebagai contoh pada selenoit, relai, motor wiper, starter, motor penghapus kaca dan jarum penunjuk ammeter, volt meter, dan lain-lainnya.
80
cara kerja : Sekarang apa yang terjadi pada fluksi magnet bila konduktornya melingkar dan bukan kawat lurus. Bila konduktor lurus secara bertahap dibengkokkanm, akan membentuk lingkaran (gambar a sampa D). Fluksi dari setiap titiklingkarang adalah sama arahnya (dalam hal ini, searah jarum bila dilihat dari bawah), gabungan ini membentuk fluksi yang lebih besar dan lebih kuat.
Dengan kata lain, bila arus mengalir di dalam kumparan, arah fluksi magnet sedemikian rupa sehingga kutub U dan S dihasilkan di dalam koil seperti pada gambar di bawah. Bila konduktor dililitkan membentik kumparan dalam suatu tabung, seperti pada gambar C, disebut solenoid.
81
Bila arus mengalir di dalam solenoid seperti pada gambar di bawah, arah fluksi magnet sedemikian rupa sehingga kutub S yang dihasilkan berada di atas. Jumlah garis gaya magnet juga bertambah sebanding dengan jumlah gulungan dari kumparan.
Bila arus mengalir di dalam solenoid, jumlah garis gaya magnet bertambah sebanding dengan besarnya arus. Prinsip solenoid yang diuraikan di atas dapat dipergunakan untuk relay. Bila kita tempatkan logam yang dpat bergerak, mudah terkena magnet (misalnya, plunger) di bawah solenoid, dan dengan mengalirkan arus melalui solenoid. Hal ini karena medan magnet yang dihasilkan solenoid menyebabkan logam menjadi magnet sehingga tertarik. Akan tetapi bila medan magnet kurang kuat, logam tidak akan tertarik.
82
Bila kita letakkan inti besi (iron core) di dalam solenoid, garis gaya magnet yang dihasilkan akan bertambah. Akibatnya solenoid dapat menarik logam dengan lebih kuat. Hal ini karena disamping fluksi dari kumparan itu sendiri ditambah garis gaya magnet pada inti besi.
Gambar 17. Arah Gaya Elektromagnet Kita umpamakan kutub U dan S magnet ditempatkan berdasarkan satu dengan yang lainnya, dan konduktor diletakkan di tengahnya, seperti pada gambar, kemudian arus listrik dialirkan melalui konduktor.
83
Garis-garis gaya magnet di atas konduktor adalah lebih kecil karena fluksi magnet yang dihasilkan oleh magnet arahnya berlawanan dengan arah fluksi yang dihasilkan arus listri. Sebaliknya garis-garis gaya magnet di bawah konduktor adalah lebih besar karena arah-arahnya sama (searah).
Karena garis gaya magnet bekerja serupa dengan sabuk karet, garis gaya magnet cenderung menjadi lurus. Tendensi ini di bawah konduktor lebih kuat dari pada di atasnya, sehingga konduktor terdorong ke atas.Gaya ini disebut Gaya Elektromagnetik.
Jika sebuah konduktor memiliki arus yang mengalir melaluinya, maka akan terbentuk medan magnet. Sebuah magnet permanen memiliki medan di antara kedua kutubnya. Pada saat konduktor yang menghantarkan arus diletakkan dalam medan magnet permanen, maka timbul gaya yang dihasilkan pada konduktor karena medan magnet tersebut. Jika konduktor terbentuk dalam sebuah simpul dan ditempatkan dalam medan magnetik, maka hasilnya adalah sama. Karena aliran arus berada dalam arah yang berlawanan dalam coil, sebuah sisi akan tertekan ke atas dan sisi lainnya tertekan ke bawah. Hal ini akan membuat efek rotasi atau torsi pada koil. Sama halnya dengan dengan sebuah lilitan kawat yang diletakkan diantara kutub magnet permanen akan mulai berputar bila diberi arus (gambar 1.9 arah medan magnet). Hal ini disebabkan arus mengalir dengan arah yang bearlawanan pada masing-masing lilitan Jadi gaya yang saling memotong dari lilitan dengan dari magnet itu sendiri. Akibatnya lilitan kawat akan berputar searah dengan jarum jam. Seperti terlihat 84
pada gambar 1.9 Arah medan magnet.
Gambar 18. Arah medan magnet
Pada motor yang sebenarnya beberapa set kumparan dipergunakan untuk membatasi ketidak teraturan putaran dan menjaga kecepatan agar tetap konstan tetapi prinsip kerjanya sama. Selanjutnya
motor
seri
DC
yang
dikombinasikan
pada
motor
stater
menggunakan sejumlah kumparan yang disebut field coil yang dirangkai secara seri dengan beberapa kumparan armature sebagai pengganti magnet permanen (gambar 1.10 Model sederhana motor stater). Bila penghantar (kumparan anker) bermedan magnet, ditempatkan pada area medan magnet dari kumparan medan, garis gaya magnet dari kedua medan magnet saling berpotongan. Hal ini akan menyebabkan perbedaan energi kemagnetan
di
sekitar
pengantar
dan
menghasilkan
gaya
EMF
(Elektromagnetic Force ).
Gambar 19. Model sederhana motor stater
85
Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada sebuah rangkaian dibawah ini. Pada rangkaian ini sebuah commutator dan beberapa brush dipergunakan untuk menjaga motor listrik agar tetap berputar dengan cara mengendalikan arus yang mengalir melalui simpul kawat/wire (Gambar 1.11 rangkaian comutator dan brush). Commutator berfungsi sebagai sebuah sambungan listrik geser antara simpul kawat/wire dan brush. Commutator memiliki banyak segmen, yang saling terisolasi satu dengan lainnya Brush berada pada bagian atas commutator serta menggeser commutator untuk membawa arus battery ke simpul kawat/wire yang berputar. Ketika simpul kawat/wire berputar menajauh dari sepatu kutup, segmen commutator merubah sambungan listrik antara brush dan simpul kawat/wire. Hal ini akan membalikkan medan magnet pada sekeliling simpul kawat/wire. Simpul kawat/wire akan tertarik kembali serta melalui potongan kutub (Pole Piece) yang lain. Koneksi listrik yang berubah terus-menerus akan membuat motor berputar. Sebuah gerakan tarik-dorong terus dibuat ketika setiap simpul bergerak di dalam potongan kutub (Pole Piece). Gaya elektromagnetis (F) tersebut sebanding dengan besarnya medan magnet (B) , arus yang mengalir pada penghantar(i) dan panjang penghantar (l). Dengan kata lain gaya elektromagnetis
lebih besar bila medan magnetnya
makin kuat, bila arus listrik yang mengalir pada penghantar makin besar atau biila panjang penghantar yang berada pada medam magnet semakin besar. Berbagai simpul kawat/wire serta sebuah commutator dengan segmen banyak dipergunakan untuk meningkatkan daya motor beserta kehalusannya. Setiap simpul kawat/wire dihubungkan dengan segmen tersendiri pada commutator untuk menghasilkan aliran arus melalui setiap simpul kawat/wire ketika brush menyentuh setiap segmen. Pada saat motor berputar, banyak simpul kawat/wire memberikan kontribusi pada gerakan tersebut dengan menghasilkan gaya putar yang halus dan konstan.
86
LATIHAN EVALUASI ; Sebuah batang penghantar dengan panjang 25 centimeter dimasukkan pada celah antara dua kutup magnet (utara dan selatan) yang selanjutnya batang penghantar dialiri arus sebesar 5 ampere yang menghasilkan garis-garis gaya magnet sebesar 30 persatuan luas. Berapa besar gaya elektromagnetik yang terjadi?
PEMECAHAN MASALAH : DIKETAHUI : L = 25 CM I=5A B = 30 Ditanyakan : Besar Gaya Elektromanitik ?
F = B .I . L = 30 .5 . 25 = 3750
87
RANGKUMAN 1.
Magnet memiliki dua tempat yang gaya magnetnya paling kuat. Daerah ini disebut kutub magnet.Ada 2 kutub magnet, yaitu kutub utara (U) dan kutub selatan (S).Seringkali kita menjumpai magnet yang bertuliskan N dan S.
2.
Magnet dapat digolongkan atas 2 (dua) jenis yaitu magnit permanan dan non permanan.
3.
Kaidah ini berbunyi ukuran gaya elektromagnetik paling besar saat arah medan
magnet tegak lurus dengan arus, dan meningkat sebanding
dengan panjang konduktor, besar arus, dan kekuatan medan magnet.
EVALUASI 1.
Kawat yang hambat jenisnya 0,000 001 Ωm dan luas penampangnya 0,000 000 25 m² digunakan untuk membuat elemen pembakar listrik 1kW yang harus memiliki hambatan listrik 79 ohm. Berapa panjang kawat yang diperlukan?
2.
Sebuah batang penghantar dengan panjang 80 centimeter dimasukkan pada celah antara dua kutup magnet (utara dan selatan) yang selanjutnya batang penghantar dialiri arus sebesar 15 ampere yang menghasilkan garis-garis gaya magnet sebesar 60 persatuan luas. Berapa besar gaya elektromagnetik yang terjadi?
3.
Seutas kawat besi panjangnya 10 meter dan lulus penampangnya 1 mm2, mempunyai hambatan jenis 10-7
Ohm m. Jika antara ujung – ujung
kawat dipasang beda potensial 60 Volt, tentukan kuat arus yang mengalir dalam kawat! 4.
Sebuah batang penghantar dengan panjang 110 centimeter dimasukkan pada celah antara dua kutup magnet (utara dan selatan) yang selanjutnya batang penghantar dialiri arus sebesar 10 ampere yang menghasilkan garis-garis gaya magnet sebesar 60 persatuan luas. Berapa besar gaya elektromagnetik yang terjadi?
88
TUGAS MANDIRI 1. Kawat yang hambat jenisnya 0,000 001 Ωm dan luas penampangnya 0,000 000 25 m² digunakan untuk membuat elemen pembakar listrik 1kW yang harus memiliki hambatan listrik 57,6 ohm. Berapa panjang kawat yang diperlukan? 2. Seutas kawat besi panjangnya 20 meter dan lulus penampangnya 1 mm2 , mempunyai hambatan jenis 10-7 Ohm m. Jika antara ujung – ujung kawat dipasang beda potensial 60 Volt, tentukan kuat arus yang mengalir dalam kawat 3. Sebuah batang penghantar dengan panjang 60 centimeter dimasukkan pada celah antara dua kutup magnet (utara dan selatan) yang selanjutnya batang penghantar dialiri arus sebesar 10 ampere yang menghasilkan garis-garis gaya magnet sebesar 50 persatuan luas. Berapa besar gaya elektromagnetik yang terjadi? 4. Sebuah batang penghantar dengan panjang 90 centimeter dimasukkan pada celah antara dua kutup magnet (utara dan selatan) yang selanjutnya batang penghantar dialiri arus sebesar 10 ampere yang menghasilkan garis-garis gaya magnet sebesar 60 persatuan luas. Berapa besar gaya elektromagnetik yang terjadi?
89
BAB IV PENGUKURAN ARUS, TEGANGAN DAN TAHANAN A. KOMPETENSI DASAR DAN PENGALAMAN BELAJAR KOMPETENSI DASAR Setelah mengikuti pembelajaran dengan kompetensi dasar-dasar Listrik siswa dapat :
PENGALAMAN BELAJAR Dari pembelajaran kompetensi dasardasar Listrik siswa mendapatkan pengalaman belajar : 1.
1. Menghayati dan
Mengamati simulsi terkait materi pokok besaran listrik dan
Mengamalkan perilaku
Mengeksplorasi dalam
jujur, disiplin, tanggung
pengukuran arus, tegangan dan
jawab, peduli (gotong
tahanan,
royong, kerjasama, toleran,
2.
Mengamati simulsi terkait materi
damai), santun, responsif
pokok besaran listrik dan
dan proaktif dan
Mengeksplorasi dalam
menunjukan sikap sebagai
pengukuran arus, tegangan dan
bagian dari solusi atas
tahanan
berbagai permasalahan
3.
Mengamati simulsi terkait materi
dalam berinteraksi secara
pokok besaran listrik dan
efektif dengan lingkungan
Mengeksplorasi dalam
sosial dan alam serta
Menyelesaikan pengukuran arus,
dalam menempatkan diri
tegangan dan tahanan
sebagai cerminan bangsa
4.
dalam pergaulan dunia.
pengukuran tegangan, tahanan dan
2. Memahami besaran listrik, hukum Ohm dan Kirchof
arus 5.
padar listrik otomotip
paralel dan gabungan
Mengamati simulsi terkait materi dan Mengeksplorasipengukuran
3. Menerapkan Dasar Listrik pada rangkaian seri,
Mengkomunikasikan dalam
arus, tegangan dan tahanan 6.
Mengamati simulsi terkait materi pokok besaran listrik dan Mengeksplorasi induksi sendiri, mutual pada kemagnitan
90
B. PETA KONSEP
ALAT UKUR
AMPER METER VOLT METER HAMBATAN AVO METER AVO DIGITAL
91
PENGAMATAN
Perhatikan gambar diatas ini, siapkan baterai, ampermeter,berjumlah satu (1),lampu (sebagai tahanan pada listrik) dan penghantar. Rangkailah komponenkomponen tersebut dan pasang alat ukur perhatikan arus pada lampu.Berapa arus yang digunakan pada alat ukur ?
Bandingkan dan Simpulkan
Bandingkan hasil perhitunganmu Catat
persamaan
dan
dengan menggunakan alat Ampermeter
perbedaannya!
Jika
hasil
perhitungan
dikomunikasikan kepada orang lain, apakah orang tersebut memperoleh pemahaman yang sama? Berdasarkan hasil perbandingan tersebut, hal penting apakah yang harus dirumuskan bersama?
Diskusikan: Buat kelompok diskusi, bandingkan hasil pengamatanmu dengan hasil pengamatan kelompok lain. Adakah yang berbeda dari kelompok lain? Mengapa hasilnya demikian? Apakah yang memengaruh hasil pengamatan tegangan pada rangkaian listrik bisa menyalakan lampu
92
Dalam pengukuran dasar besaran-besaran listrik yang meliputi pengukuran besaran dasar yaitu kuat arus listrik yang dinyatakan dengan Ampere, tegangan yang dinyatakan dengan satuan Volt, dan hambatan yang dinyatakan dengan satuan Ohm.
1. AMPER Amper meter digunakan untuk mengukur besaran arus listrik.Ukuran amper meterbiasanya dinyatakan dalam satuan yang disebut “ampere atau amp”.Umumnya, kecuali
amper meter jepitan, rangkaian harus dibuka dan
amper meter dihubungkan secara seri untuk mengukur aliran arus.sebelum mengunakan alat ukur ini sebaiknya dikalibrasi dulu agar pembacaan akhir menjadi tepat. Untuk mengalibrasi amper meter analog perhatikan jarum pada skala, jarum harus tepat pada angka O. Bila kurang tepat putar baut pada amper ke arah kiri atau ke kanan sampai jarum tepat menunjuk angka nol. Amper meter yang dijual pada toko alat teknik beraneka ragam jenisnya, saat digunakan mengukur pada sistem. Bila kita ingin mengukur arus listrik pada arus AC maka gunakan amper meter jenis AC dan bila arus DC yang diukur gunakan amper jenis DC. Bacalah instruksi pembuat
tentang
cara
memasangnya
yangdibuat oleh pabrik
atau
menyambungnyake
rangkaian.Perhatikan gambar.dibawah ini, Setelah kita buka / putuskan penghantar, kemudian sambungkan amperemeter di tempat itu.jangan sampai terbalik dalam pemasangan kutup positip dan kutup negatip pada amper meter, hal ini bisa menyebabkan pembacaan alat terbalik. Seharusnya jarum menunjukkan angka pada alat ukur, karena terbalik tidak bisa menunjuk angka yang sesuai.
93
Setelah amperemeter terpasang, kita dapat mengetahui besar kuat arus yang mengalir melalui penghantar dengan membaca amperemeter melalui jarum penunjuk. Dalam membaca amperemeter harus diperhatikan karakteristik alat ukur karena jarum penunjuk tidak selalu menyatakan angka tepat.Perhatikan amper meter sebelum membaca pada alat menggunakan satuan Mili Amper (mmA), Mikro amper (µA) atau Amper.
Kuat arus yang terukur (pada alat) dapat dihitung dengan rumus: A = Amperemeter yang digunakan
PENGUKURAN ARUS DENGAN AVO Apabila dalam pengukuran arus menggunakan AVO meter, maka selector harus ditempatkan pada posisi DcmA, jika menggunakan AVO analog, maka cara
membaca
hasil
pengukuran
adalah
batas
ukur
dibagi
dengan
94
penyimpangan skala penuh kemudian dikalikan dengan penunjukkan jarum, atau dapat dituliskan dengan rumus:
Misalkan sebuah AVO meter analog untuk mengukur arus dengan batas ukur 10 amper dan simpangan skala penuh 50, apabila penunjukkan jarum pada angka 5, maka besarnya pengukuran adalah: (10/50) x 5 = 1 amper
Apabila dalam pengukuran menggunakan AVO digital, maka pembacaan harga pengukuran tinggal melihat angka yang ditunjukkan dalam layar.Pengukur amper harus mempunyai komponen tahanan yang nilainya sangat kecil, agar tidak menimbulkan kerugian yang berarti terhadap alat yang diukur.
95
1.
TANG AMPER
Fungsi dan Kegunaan Tang Amper Tang ampere alat praktis untuk mengukur arus listrik tanpa memutus jalur arus tersebut. Sebuah tang ampere atau clamp meter terdapat fungsi lain selain untuk ukur arus listrik adalah untuk ukur voltase atau ukur nilai tahanan atau resistor.Dalam penggunannya tang amper tidak bisa atau kurang sesuai untuk pengukuran arus kecil (mili amper / mikro amper), kesesuaian hanya pada arus besar.misal mengukur arus pemakaian pada motor stater, lampu kepala (head lamp), pengisian pada baterai (aki) dan lain-lain.
Cara mengukur kemampuan dinamo Amper seperti terlihat gambar dibawah, dan kehati – hatian akan selalu diperlukan : 1.
Taruh tang amper pada kabel positif Alternator (B+) yang berukuranbesar.
2.
Hidupkan saklar ON/OFF tang Ampere
3.
Pilih selektor AC/DC dan taruh di bagian DC
4.
Pada Selektor Fungsi Volt/Amper/Ohm biasa dengan simol huruf V/A/Ohm pilih pada huruf A untuk ukur Amper.
5.
Pada selektor pemilihan arus maksimal pilih 200 Ampere.
6.
Setelah alat sudah siap hidupkan mesin kemudian baca nilai arus listrik yang ditunjukan oleh Tang Amper digital tersebut.
7.
Lakukan pemeriksaan atau cek arus listrik saat mesin idle atau stationer tanpa beban berapa hasil pengukuran arusnya.
8.
Kemudian beri beban pada Altenator dengan menghidupkan AC mobil serta lampu besar atau headlamp dan berapa hasil pengukuran arus listrik yang ditunjukan.
9.
Seperti gambar diatas terlihat 20,08 Ampere saat melakukan pengukuran
96
arus listrik pada Dinamo Isi / Alternator dengan beban Ac mobil dihidupkan dan Lampu besar di nyalakan.
2. VOLTMETER Untuk mengukur tegangan kita harus menggunakan voltmeter yang dipasang paralel terhadap komponen yang kita ukur beda potensialnya. Jadi tidak perlu dilakukan
pemutusan
penghantar
seperti
pada
amperemeter.
Untuk
mengalibrasi volt meter analog perhatikan jarum pada skala, jarum harus tepat pada angka O. Bila kurang tepat putar baut pada volt ke arah kiri atau ke kanan sampai jarum tepat menunjuk angka nol. Lihat gambardibawah ini:
Pada rangkaian arus searah pemasangan kutub-kutub voltmeter harus sesuai.Kutub positip dengan potensial tinggi dan kutub negatip dengan
97
potensial rendah.Biasanya ditandai dengan kabel yang berwarna hitam dan merah atau biru. Bila pemasangan terbalik akan terlihat penyimpangan yang arahnya ke kiri dan bisa mengakibatkan proses kerusakan pada alat ukut. Sedangkan pada rangkaian arus bolak balik tidak menjadi masalah.
Setelah voltmeter terpasang dengan benar maka hasil pengukuran harus memperhatikan bagaimana menuliskan hasil pengukuran yang benar. Tegangan yang terukur (V) adalah:
98
Contoh Soal: Jika angka yang ditunjuk jarum = 2, dan kabel merah pada angka 2 V maka hasil pengukuran adalah:
3. OHMMETER Ohm meter adalah alat yang digunakan untuk mengukur hambatan listrik yang merupakan suatu daya yang mampu menahan aliran listrik pada konduktor. Alat tersebut menggunakan galvanometer untuk melihat besarnya arus listrik yang kemudian dikalibrasi ke satuan ohm. Yang perlu di Siapkan dan Perhatikan sebelum melakukan pengukuran menggunakan ohm meter, yaitu : 1.
Pastikan alat ukur tidak rusak secara Fisik (tidak peccah).
2.
Atur Sekrup pengatur Jarum agar jarum menunjukkan angka nol (0), bila menurut anda angka yang ditunjuk sudah nol maka tidak perlu dilakukan pengaturan sekrup.
3.
Lakukan Kalibrasi alat ukur. Posisikan saklar pemilih pada skala ohm pada x1 Ω, x10, x100, x1k, atau x10k selanjutnya tempelkan ujung kabel terminal negatif (hitam) dan positif (merah). Atur jarum AVO merer tepat pada angka nol sebelah kanan dengan menggunakan tombol pengatur Nol Ohm.
4.
Setelah kalibrasi atur saklar pemilihpada posisi skala Ohm yang diinginkan yaitu pada x1 Ω, x10, x100, x1k, atau x10k, Maksud tanda x (kali /perkalian) disini adalah setiap nilai yang terukur atau yang terbaca pada alat ukur nantinya akan dikalikan dengan nilai skala Ohm yang dipilih oleh saklar Pemilih.
5.
Pasangkan alat ukur pada komponen yang akan diukur (ingat jangan pasang alat ukur ohm saat komponen masih bertegangan).
99
Cara Membaca Ohm Meter 1.
Untuk membaca nilai Tahanan yang terukur pada alat ukur Ohmmeter sangatlah mudah.
2.
Anda hanya perlu memperhatikan berapa nilai yang di tunjukkan oleh Jarum Penunjuk dan kemudian mengalikan dengan nilai perkalian Skala yang di pilih dengan sakelar pemilih.
3.
Misalkan Jarum menunjukkan angka 20 sementara skala pengali yang anda pilih sebelumnya dengan sakelar pemilih adalah x100, maka nilai tahanan tersebut adalah 2000 ohm atau setara dengan 2 Kohm.
Misalkan pada gambar terbaca nilai tahanan suatu Resistor: Kemudian saklar pemilih menunjukkan perkalian skala yaitu x 10k maka nilai resistansi tahanan / resistor tersebut adalah: Nilai yang di tunjuk jarum
= 26
Skala pengali
= 10 k
Maka nilai resitansinya
= 26 x 10 k = 260 k Ω= 260.000 Ohm (Ω).
100
4. AVO METER ANALOG Multimeter adalah salah satu alat/perkakas Ukur yang digunakan untuk mengukur Arus listrik (Ampere), Hambatan listrik (Ohm) dan tegangan listrlk (volt). Alat pengukur listrik ini sering kita kenal dengan sebutan AVOM (Ampere/Volt/Ohm Meter).
Ada dua kategori multimeter a.
Multimeter digital / DMM (digital multimeter) tampilannya menggunakan tampilan
angka,
dan
keunggulannya
lebih
akurat
hasil
pengukurannya,
b.
Multimeter / AVO Meter dilengkapi dengan dua kabel pencolok/kabel penyidik yang masing-masing berwarna merah dan hitam. Untuk dapat bekerja, avometer memerlukan sumber listrik berupa battery.Dalam penyimpanan yang cukup lama, battery ini harus dilepaskan.Multimeter analog hasil pengukurannya ditunjukkan oleh jarum cara membaca hasil pengukurannya harus jeli melihat jarum penunjuknya.Kedua kategori multimeter diatas fungsi dan cara penggunaannya sama, masing-masing
dapat
mengukur
listrik
AC,
maupun
listrik
DC.Multimeter ini tersedia dengan kemampuan untuk mengukur hambatan ohm, tegangan (Volt) dan arus (mA). Analog tidak digunakan untuk mengukur secara detail suatu besaran nilai komponen, tetapi kebanyakan hanya digunakan untuk baik atau jeleknya komponen pada waktu pengukuran atau juga digunakan
101
untuk memeriksa suatu rangkaian apakah sudah tersambung dengan baik sesuai dengan rangkaian blok yang ada.
Bagian-bagian AVO meter sebagai berikut :
1.
Saklar Jangkah (range selector) : Saklar jangkah ini digunakan untuk memilih jenis besaran yang yang akan diukur (Ampere, Volt maupun Ohm) dan saklar jangkah juga menunjukkan batas skala pengukuran.
2.
Sekerup Kontrol NOL : Untuk mengatur posisi jarum, sebelum pengukuran, jarum harus menunjukkan tepat angka NOL, bila tidak sekerup kontrol NOL ini diputar untuk diatur ulang.
3.
Kabel Penyidik : digunakan untuk menempelkan ke obyek yang di ukur. Kabel MERAH dipasang pada lubang PLUS dan kabel hitam dipasang pada lubang MINUS atau COMMON. Multimeter / AVO Meter harus digunakan secara tepat, yang sangat perlu dan selalu diperhatikan adalah pemilihan saklar jangkah yang tepat/ pemilihan obyek yang akan diukur. Kesalahan pemilihan jangkah dapat mengakibatkan kerusakan avometer misalnya pengukuran voltage dengan jangkah pada posisi OHM, maka akibatnya akan fatal bisa menyebabkan AVO meter rusak. Bila besaran yang diukur tidak dapat diperkirakan sebelumnya, harus dibiasakan memilih jangkah/skala tertinggi.Setiap selesai pengukuran, dibiasakan meletakkan jangkah pada posisi OFF atau VDC angka tertinggi.
102
CARA MENGUKUR HAMBATAN / RESISTANSI Putar saklar jangkah pada posisi OHM (misalnya x1, x10 atau x1k) ,kemudian kalibrasi dengan cara ujung kabel penyidik merah dan hitam disentuhkan dan lakukan zero seting (jarum menunjuk pada angka nol) dengan cara putar sekrup tombol nol dan putar pula tombol kontrol nol.
103
CARA MENGUKUR RESISTOR Cara mengukur Resistor bisa anda lihat pada gambar diatas. Hasil pengukuran, misalnya apabila jarum penunjuk menunjuk pada angka 4,5 ohm, sedang saklar jangkah kita posisikan pada x10 maka hasil pengukurannya adalah 4,5 x10 = 45 Ohm, jadi resistor yang kita ukur mempunyai hambatan 45 Ohm.
MENGUKUR TEGANGAN DC Perkirakan tegangan yang akan diukur, letakkan saklar jangkah pada skala yang lebih tinggi. penyidik merah pada positif dan hitam pada negative.
CARA MENGUKUR TEGANGAN DC Seperti halnya pada pengukuran VDC, perkirakan tegangan yang akan diukur, letakkan jangkah pada skala yang lebih tinggi jika tidak diketahui pasang jangkah pada posisi skala tertinggi agar AVOmeter tidak rusak. Pada umumnya AVOmeter hanya dapat mengukur arus berbentuk sinus dengan frekuensi antara 30 Hz30 KHz. Hasil pengukuran adalah tegangan efektif (Veff). Hasil pengukuran akan ditunjukkan langsung oleh jarum penunjuk (analog) dan angka jika anda menggunakan AVOmeter Digital. Satuannya adalah Volt AC.
104
Dalam melakukan pengukuran terkait besaran listrik wajib dilakukan dengan hati-hati, terutama dengan arus bolak-balik AC. Kesalahan prosedur dapat menyebabkan kena sengat listrik alias ke setrum.
MENGUKUR ARUS (SEARAH) Rangkaian yang akan diukur diputuskan pada salah satu titik, dan melalui kedua titik yang terputus tadi arus dilewatkan melalui avometer, sebelumnya muatan semua elco di discharge.
CARA MENGUKUR ARUS LISTRIK Hasil pengukuran akan ditunjukkan langsung oleh jarum penunjuk (analog) dan angka jika anda menggunakan AVOmeter Digital. Satuannya adalah Ampere.
105
CARA PEMERIKSAAN KONDENSATOR Sebelumnya muatan kondensator didischarge.Posisikan saklar jangkah pada OHM, tempelkan penyidik merah pada kutub POSITIF dan hitam pada NEGATIF.Bila jarum menyimpang ke KANAN dan kemudian secara berangsurangsur kembali ke KIRI, berarti kondensator baik.Bila jarum tidak bergerak, kondensator putus dan bila jarum mentok ke kanan dan tidak balik, kemungkinan kondensator bocor.
Pemilihan skala batas ukur X 1 untuk nilai elko diatas 1000uF, X 10 untuk untuk nilai elko diatas 100uF-1000uF, X 100 untuk nilai elko 10uF-100uF dan X 1K untuk nilai elko dibawah 10uF.
CARA MENGUJI DIODA Dengan jangkah OHM x1 k atau x100 penyidik merah ditempel pada katoda (ada tanda gelang) dan hitam pada anoda, jarum harus ke kanan. Panyidik dibalik ialah merah ke anoda dan hitam ke katoda, jarum arus tidak bergerak.Bila demikian berarti dioda dalam keadaan baik.Cara demikian juga dapat digunakan untuk mengetahui mana anoda dan mana katoda dari suatu diode yang gelangnya terhapus.
106
LATIHAN EVALUASI 1. Hitunglah nilai hambatan bila selektor di 10 x seperti pada gambar dibawah ini ?
2. Hitunglah nilai hambatan bila selektor di 100 x seperti pada gambar dibawah ini ?
107
RANGKUMAN 1. Amper meter digunakan untuk mengukur besaran arus listrik. Alat ukur amper dipasangan secara seri. 2. Volt meter digunakan untuk mengukur tegangan sumber. Alat ukur dipasang secara paralel. 3. Ohm meter digunakan untuk mengukur nilai hambatan atau konduktor dari sebuah benda, pemasangan alat ukur tidak boleh menggunakan sumber tegangan. 4. Sebelum menggunakan semua jenis alat ukur harus dikalibrasi
108
EVALUASI 1. Hitunglah nilai tegangan bila selektor di 50 DCV seperti pada gambar dibawah ini ?
2. Hitunglah nilai tegangan bila selektor di 250 ACV seperti pada gambar dibawah ini ?
109
3. Hitunglah nilai arus bila selektor di 2,50 ACV seperti pada gambar dibawah ini ?
4. Hitunglah nilai tegangan bila selektor di 1000 ACV seperti pada gambar dibawah ini ?
110
5. Hitunglah nilai tegangan bila selektor di 250 ACV seperti pada gambar dibawah ini ?
6. Hitunglah nilai tegangan bila selektor di 50 ACV seperti pada gambar dibawah ini ?
111
TUGAS MANDIRI 1. Hitunglah nilai arus bila selektor di 2,50 ACV
seperti pada gambar
dibawah ini ?
2. Hitunglah nilai tegangan bila selektor di 1000 ACV seperti pada gambar dibawah ini ?
112
3. Hitunglah nilai tegangan bila selektor di 50 ACV seperti pada gambar dibawah ini ?
113
BAB V RANGKAIAN SERI, PARALEL DAN GABUNGAN
A. KOMPETENSI DASAR DAN PENGALAMAN BELAJAR KOMPETENSI DASAR
PENGALAMAN BELAJAR
Setelah mengikuti pembelajaran dengan kompetensi dasar-dasar
dan
dasar
Listrik
siswa
mendapatkan
pengalaman belajar :
Listrik siswa dapat : 1. Menghayati
Dari pembelajaran kompetensi dasar-
Mengamalkan
1. Mengamati simulsi terkait materi
perilaku jujur, disiplin, tanggung
pokok besaran listrik dan
jawab, peduli (gotong royong,
Mengeksplorasi dalam rangkaian
kerjasama,
seri, paralel dan gabungan
toleran,
damai),
santun, responsif dan proaktif dan
2. Mengamati simulsi terkait materi
menunjukan sikap sebagai bagian
pokok besaran listrik dan
dari
Mengeksplorasi dalam rangkaian
solusi
atas
berbagai
permasalahan dalam berinteraksi secara efektif dengan lingkungan
seri, paralel dan gabungan 3. Mengamati simulsi terkait materi
sosial dan alam serta dalam
pokok besaran listrik dan
menempatkan
Mengeksplorasi dalam
cerminan
diri
sebagai
bangsa
dalam
pergaulan dunia.
Menyelesaikan rangkaian seri, paralel dan gabungan
2. Memahami besaran listrik, hukum
4. Mengkomunikasikan dalam
Ohm dan Kirchof padar listrik
pengukuran tegangan, tahanan dan
otomotip
arus
3. Menerapkan Dasar Listrik pada rangkaian gabungan
seri,
paralel
dan
5. Mengamati simulsi terkait materi dan Mengeksplorasi rangkaian seri, paralel dan gabungan
114
B. PETA KONSEP
RANGKAIAN LISTRIK SERI PARALEL CAMPURAN
115
PENGAMATAN1
Perhatikan gambar diatas ini, siapkan baterai, 3 (tiga) buah lampu 12 V 5W dan penghantar. Rangkailah komponen-komponen tersebut seperti pada gambar diatas dan perhatikan jenis rangkaianapa yang digunakan ? Bila rangkaian diatas difungsikan apa yang terjadi pada nyala lampu? Apa akibatnya bila rangkaian tersebut mengalami kerusakan (satu lampu Putus) ?
PENGAMATAN2
Perhatikan gambar diatas ini, siapkan baterai, 3 (tiga) buah lampu 12 V 5W dan penghantar. Rangkailah komponen-komponen tersebut seperti pada gambar diatas dan perhatikan jenis rangkaianapa yang digunakan ? Bila rangkaian diatas difungsikan apa yang terjadi pada nyala lampu? Apa akibatnya bila rangkaian tersebut mengalami kerusakan (satu lampu Putus) ?
Bandingkan dan Simpulkan
Bandingkan hasil pengamatanmu
dengan temanmu, catat persamaan dan
perbedaannya! Jika hasil pengamatanmu dikomunikasikankepada orang lain, apakah orang tersebut memperoleh pemahaman yang sama? Berdasarkan hasil perbandingan tersebut, hal penting apakah yang harus dirumuskan
116
117
Diskusikan:
Buat kelompok diskusi,
bandingkan
hasil
pengamatanmu
dengan
hasilpengamatan kelompok lain. Adakah yang berbeda dari kelompok lain ? Mengapa hasilnya demikian? Apakah yang memengaruhi hasil pengamatan pada rangkaian listrik bisa menyalakan lampu dan mematikan lampu ?
C. MATERI PEMBELAJARAN
Rangkaian Listrik adalah rangkaian elektronika yang tersusun dari beberapa komponen-komponen elektronika yang kemudian di rangkai dengan sumber tegangan sehingga menjadi satu kesatuan yang memiliki fungsi dan kegunaan masing-masing.Arus listrik yang mengalir dalam suatu rangkaian hanya dapat berfungsi apabila rangkaian tersebut berada dalam keadaan terbuka. Rangkaian listrik nantinya akan menyediakan jalan bagi arus listrik agar dapat mengalir dan beroprasi dengan baik. Arus yang mengalir nantinya akan dikendalikan oleh tenaga, contohnya adalah baterai. Karena baterai dapat menghasilkan tekanan listrik atau tegangan yang mendorong elektron di sepanjang kabel. Baterai yang sudah dialiri arus juga dapat mengubah energi kimia menjadi energi listrik.Setiap sel mengandung dua elektroda dan bahan kimia yang disebut larutan elektrolit.Larutan elektrolit berguna untuk memindahkan elektron.Kelebihan dari pemakaian elektron yaitu dapat mengalir ke rangkaian yang dihubungkan ke baterai sebagai arus listrik.Beberapa jenis baterai yang dapat diisi ulang dan di gunakan kembali adalah baterai Nikel Cadmium dan Aki Mobil. Pada rangkaian kelistrikan otomotip pada kendaraan kecil, ringan, dan kendaraan berat begitu pula pada bidang listrik menggunakan sumber listrik
118
dengan arus DC (Arus langsung) agar kendaraan tersebut bisa bergerak dan pada sistem elektronik bisa bekerja.Pada rangkaian kelistrikan yang terpasang pada kendaraan dan pada sistem elektronik yang sudah terangkaian tersebut mengenal menggunakan rangkaian seri, paralel dan gabungan. Pada materi ini akan dibahas mengenai rangkaian seri, paralel, gabungan dan campuran. 1. RANGKAIAN LISTRIK SERI Rangkaian listrik seri adalah suatu rangkaian listrik,dimana Dua tahanan atau lebih yang dirangkaikan
berurutan atau berderet, input suatu komponen
berasal dari output komponen lainnya.
1.1. Rangkaian Seri Pada Rangkaian Arus Langsung Suatu rangkaian lengkap terdiri dari suplai tenaga, pelindung sirkuit, beban, beberapa. pengontrol, dan jalur. Saat sebuah conductor menghubungkan seluruh komponen ukung ke ujung, hasilnya disebut dengan rangkaian seri. Bila beberapa battery dihubungkan satu sama secara seri (ujung ke ujung), jumlah total tegangan yang keluar adalah hasil dari penambahan antara battery2 tersebut. Meskipun rangkaian ini memberikan tegangan yang lebih besar, kapasitas gabungan mereka untuk mensuplai arus adalah sama seperti pada satu battery tunggal. Di formulasikan sebagai berikut : V = V1 + V2 + V3 + V4
Total tegangan battery 1.5 volt x 4 batteries = 6 volt
119
Total tegangan battery 12 volt x 2 batteries = 24 volt
Tahanan atau sumber tenaga yang cara merangkaiannya secara seri, komposisi rangkaian yang disambungkan ke tahanan adalah sama seperti tampak pada gambar di bawah. Hal inilah yang menyebabkan rangkaian listrik seri dapat menghemat biaya (digunakan sedikit kabel penghubung). Selain memiliki kelebihan, rangkaian listrik seri juga memiliki suatu kelemahan, yaitu jika salah satu komponen dicabut atau rusak, maka komponen yang lain tidak akan berfungsi sebagaimana mestinya. Misal tiga buah bola lampu dirangkai seri, maka input dari lampu satu akan datang dari output lampu yang lain. Jika salah satu lampu dicabut atau rusak, maka lampu yan lain akan ikut padam. Perhatikanlah rangkaian seri tiga lampu dibawah ini
120
1.2. Rangkaian seri pada Hambatan Pada rangkaian beberapa resistor yang disusun seri, maka dapat diperoleh nilai resistor totalnya dengan menjumlah semua resistor yang disusun seri tersebut.
Untuk menghitung total tahanan didalam sirkuit seri adalah sebagai berikut :
R total = R1 + R2 + R3 + …….Rn.
Persamaan hambatan pengganti rangkaian seri dapat dicari dari persamaan awal diatas, di mana kuat arus listrik pada tiap tiap hambatan adalah sama, sedangkan beda potensial di tiap tiap hambatan bernilai berbeda. Untuk membuktikan arus yang mengalir sama dan tegangan yang mengalir berbeda dengan melihat gambar dibawah ini.
Tahanan – tahanan yang dirangkaikan secara seri dialiri oleh arus yang sama
121
Besar arus tidak berubah-ubah di dalam rangkaian seri Hasil pengukuran : It = 1,26 A I1 = 1,26 A I2 = 1,26 A
Tegangan total hubungan seri adalah jumlah setiap tegangan pada tahanan – tahanan Hasil pengukuran : U1
= 6v
U2
= 6v
U tot
= 12
Sehingga dapat disimpulkan bahwa untuk hambatan seri memiliki ciri-ciri yang dapat diformulasikan sebagai berikut :
122
123
LATIHAN EVALUASI 1.
Tiga buah tahanan masing-masing 100 Ohm, 80 Ohm dan 40 Ohm dihubungkan berurutan ( seri ) dan dihubungkan pada tegangan 220 volt. Hitunglah tahanan total, besar arus dan tegangan masing-masing tahanan?
PEMECAHAN MASALAH R
= R1 + R2 + R3 = 100 + 80 + 40 = 220
I
=
U 220 1A R 220
U1 = I × R1 = 1 × 100 = 100 V U2 = I × R2 = 1 × 80 =
80 V
U3 = I × R3 = 1 × 40 =
40 V
Usumber = U1 + U2 + U3 220 V= 100 + 80 + 40 V
124
LATIHAN EVALUASI 2. Dua lampu berukuran sama 12V/15W disusun secara berderet dan dihubungkan pada tegangan 12 volt..Hitunglah tahanan totaldan, besar arus Ωdan?
PEMECAHAN MASALAHAN U (Tegangan)
= 12 V
P (Daya)
= 15 W
Rumus daya (P) = I . V 15
= I . 12
I
= 15 / 12 = 1,25 A
Untuk mencari R kita menggunakan hukum Ohm V
=I.R
R
=V/ I = 12 / 1,25 = 9,6 Ω karena dipasang seri
Rt
= 9, 6 + 9,6 = 19,2 Ω
125
2. Rangkaian Listrik Paralel Rangakain listrik paralel adalah suatu rangkaian listrik, di mana semua input komponen berasal dari sumber yang sama. Semua komponen satu sama lain tersusun paralel. 2.1. Rangkaian Paralel pada Sumber Tegangan Rangkaian Seri dan Paralel merupakan jenis-jenis rangkaian yg dipakai tuk menyambungkan dua ataupun lebih komponen elektrik sehingga menjadi satu kesatuan yang utuh. Bila dilihat dari cara penyusunannya, maka rangkaian seri di susun dengan cara bersambung atau sejajar. Contohnya dalam kehidupan sehari-hari adalah pada lampu senter yang komponen
baterainya
disusun
berurutan.
Berbeda
halnya
dengan rangkaian paralel, dimana penyusunan komponennya dengan cara berderet. Kalau rangkaian ini contohnya adalah lampu listrik yang biasa kita gunakan dirumah.
Sebelum
berbicara
membahas
lebih
lanjut
mengenai rangkaian
campuran, mari kita teliti satu persatu mengenai rangkaian ini. Rangkaian seri memiliki dua/lebih beban elektrik yg disambungkan dengan catu-daya melalui sebuah rangkaian.Dengan menggunakan rangkaian jenis ini, kita bisa mengisikan beban listrik yang banyak di satu rangkaian saja.Contoh penerapan rangkaian ini dengan beban yang banyak adalah pada lampulampu di pohon natal, dimana bisa terdapat lebih dari dua puluh lampu hanya pada satu rangkaian. Jenis rangkaian ini akan memberikan arus yang lewat sama besarnya di tiap-tiap elemen yg disusun seri.
Pada Rangkaian Paralel jika dua buah baterai di jumper menjadi satu, maka tegangannya tidak bertambah (tetap) tetapi arusnya bertambah.Hal ini sesuai hukum Kirchoff I pada materi yang dahulu.
Hal inilah yang menyebabkan susunan paralel dalam rangkaian listrik menghabiskan biaya yang lebih banyak (kabel penghubung yang diperlukan lebih banyak).
126
2.2. Rangkaian Paralel pada Hambatan Selain kelemahan tersebut, susunan paralel memiliki kelebihan tertentu dibandingkan susunan seri. Adapun kelebihannya adalah jika salah satu komponen dicabut atau rusak, maka komponen yang lain tetap berfungsi sebagaimana mestinya. Misal tiga buah lampu tersusun paralel, lampu juga bisa diumpamakan tahanan, jika salah satu lampu dicabut atau rusak, maka lampu yang lain tidak akan ikut mati begitu juga pada tahanan. Perhatikanlah gambar susunan paralel tiga lampu (tahanan) berikut ini
Rangkaian paralel pada hambatan adalah sebuah rangkaian yang terdiri dari dua atau lebih hambatan yang tersusun secara berderet atau tersusun paralel.Sama seperti pada rangkaian seri, rangkaian paralel juga digunakan untuk mendapatkan nilai hambatan pengganti. Perhitungan rangkaian paralel sedikit lebih rumit dari rangkaian seri. Formulasi / rumus rangkaian paralel sebagai berikut:
127
Persamaan hambatan pengganti paralel dapat dicari dari persamaan awal, di mana beda potensial di masing masing komponen adalah sama satu sama lain, sedangkan kuat arus yang masuk titik percabangan sama dengan jumlah kuat arus di masing masing komponen. Untuk membuktikan arus yang mengalir sama dan tegangan yang mengalir berbeda dengan melihat gambar dibawah ini.
128
Hasil pengukuran : U1 = 12 V U2 = 12 V U3= 12 V Ut = 12 V
Diperoleh
: U1 = U2 = U3 = Ut
Kesimpulan : Hubungan pararel terletak pada tegangan yang sama pada setiap cabang.
Diperoleh
: I 1 + I2 + I3 = It
Kesimpulan
: Jumlah arus masuk = jumlah arus keluar
Hubungan paralel terdiri dari berbagai arus cabang. Semua arus cabang bersumber dari arus utama, dan arus keluar kembali pada jepitan tertutup.
129
1.
Jika R1 = 10 ohm, R2 = 15 ohm dan R3 = 30 ohm disusun paralel, berapakah hambatan pengganti dari rangkaian diatas? Karena paralel maka : 1/R1+1/R2+1/R3 = 1/10+1/15+1/30= 6/30 Rangkaian pengganti = 30/6 = 5 Ohm
2.
Dua buah tahanan, masing – masing R1 = 10 Ohm, dihubungkan pararel dengan 200 V. Tentukan tahanan total arus yang mengalir pada tahanan masing – masing serta perbandingan I1 : I2 ; R : R2 dan buatkan gambar.
130
PEMECAHAN MASALAH
Rt=
10.40 400 = =8 10 40 50
I=
U 200 = = 25 A Rt 8
I1=
200 U = = 20 A 10 R1
I2=
200 U = =5A 40 R2
Kontrol : It = I1 + I2 = 20 + 5 = 25 A
20 I1 = =4A 5 I2
Atau
40 R2 = =4 R1 10
3. RANGKAIAN LISTRIK CAMPURAN Rangkaian campuran merupakan gabungan dari rangkaian seri dan rangkaian paralel.Untuk membuat rangkaian ini umumnya sangat sulit, karena kita harus menggabungkan antara rangkaian seri dan rangkaian paralel.Untuk lebih jelasnya tentang rangkaian listrik gabungan (seri-paralel) perhatikanlah gambar dibawah ini
:
131
Untuk mencari besarnya hambatan pengganti rangkaian listrik gabungan seri paralel adalah dengan mencari besaranya hambatan tiap tiap model rangkaian (rangkaian seri dan rangkaian paralel), Selanjutnya mencari hambatan gabungan dari model rangkaian akhir yang didapat. Misalnya seperti rangkaian di atas, maka model rangkaian akhir yang didapat adalah model rangkaian seri, sehingga hambatan total rangkaian dicari dengan persamaan hambatan pengganti rangkaian hambatan seri. Berikut adalah simulasi fisis rangkaian listrik seri-paralel atau sering juga disebut rangkaian listrik campuran.Dalam rangkaian listrik ini, sifat sifat rangkaian seri dan rangkaian paralel tetap berlaku.Untuk memudahkan perhitungan rangkaian campuran seri paralel langkah petama yang paling mudah dengan menghitung terlebih dahulu
rangkaian hambatan seribaru
setelah itu menghitung rangkaian hambatan paralel, atau sebaliknya paralel dulu baru seri, sebagai contoh lihat gambar dibawah ini.
Langkah pertama (1) adalah sebagai berikut ;
a. Hitung rangkaian kelistrikan seri Rt = R1
+
R2
132
Langkah ke dua (2) adalah sebagai berikut ; c. Hitung rangkaian kelistrikan paralel
d. Hasil akhir untuk rangkian tersebut adalah seri, maka formulasinya adalah : R pengganti = Rt + Rp
PERMASALAHAN Hitunglah hambatan pengganti pada rangkaian disamping ini :
133
PEMECAHAN PERMASALAHAN Prinsip penyederhanaan rangkaian untuk perhitungan / aturan :
R1,2
=
1 1 / R1 1 / R2
Rt
= R12 + R3
=
1 + R3 1 / R1 1 / R2
R2, 3 =
100 = 50 2
Langkah 1 : perhitungan R23
R2, 3, 4 = R2, 3 + R4 = 350 R1
400
R4
300
Langkah 2 :perhitungan
R1
400
R23
R1234 =
R1 . R234 R1 R234
4 350
134
Langkah 3 : perhitungan Rt Rt = Rt
=
R1.R234 R1 R234
400.350 750
Rt = 186,67
4. Rangkaian Listrik Majemuk Rangkaian Listrik majemuk adalah rangkaian listrik yang terdiri dari dua buah loop atau lebih. Gambaran berikut adalah rangkaian listrik majemuk beserta cara memecahkannya
Langkah-langkah untuk menyelesaikan rangkaian majemuk di atas adalah: 1) Andaikan arah loop I dan loop II seperti pada gambar 2) Arus listrik yang melalui r1, R1, dan R4 adalah sebesar I1, yang melalui r2, R2, dan R3 adalah sebesar I2, dan R5 dilalui arus sebesar I3 3) Persamaan Hukum I Kirchoff pada titik cabang b dan e adalah
I1 + I 2 = I 3 I3 = I1 + I2 4) Persamaan Hukum III Kirchoff pada setiap loop adalah seperti berikut Loop I
135
a-b-e-f-a (arah looop sama dengan arah arus) ΣE + ΣV = 0 I1R1 + I3R5 + I1R4 + I1r1 - E1 = 0 E1 = I1(r1 + R1 + R4) + I3R5 Loop II
b-e-d-c-b (arah loop searah dengan arah arus) ΣE + ΣV = 0 I3R5 + I2R3 + I2r2 - E2 + I2R2 = 0 Dengan menggunakan Hukum I Kirchoff, diperoleh persamaan I3 = I1 + I2, dan dari Hukum II Kirchoff diperoleh persamaan (1) dan persamaan (2). Dari ketiga persamaan tersebut dapat ditentukan nilai dari I1, I2, dan I3.Jika dalam perhitungan diudapat kuat arus berharga negatif, berarti arah arus sebenarnya berlawanan dengan arah arus yang anda andaikan. Namun perhitungannya tidak
136
perlu diulang karena nilai arusnya adalah tetap sama hanya arahnya saja yang berbeda.
PERMASALAHAN 1. Perhatikanlah gambar rangkaian berikut. Tentukanlah besar tegangan listrik antara titik a dan b
PEMECAHAN MASALAH : 1)
Gambarkan arah arus pada setiap loop Hukum I Kirchoff pada titik P I3 = I1 + I2..................(1)
2)
Persamaan Hukum II Kirchoff pada setiap loop
137
Loop I (arah loop searah putaran jarum jam) Σ E + Σ IR = 0 -3 + 12 + I1(3 + 1 + 2) - I2 = 0 6I1 - I2 = -9.......................(2) Loop II (arah loop searah putaran jarum jam) Σ E + Σ IR = 0 -12 + I2 + 4,5 I3 = 0 -12 = I2 + 4,5(I1 + I2) = 0 4,5 I1 + 5,5 I2 = 12 9 I1 + 11 I2 = 24.................(3) 3)
Kemudian eliminasi persamaan (2) dan persamaan (3) untuk memperoleh nilai I1
4)
Untuk memperoleh nilai I2, substitusikan nilai I1 ke dalam persamaan (2) 6I1 - I2 = -9 6(-1) - I2 = -9 I2 = 3A
138
5)
Menghitung nilai I1 dari persamaan 1) I3 = I1 + I2 -1 A + 3 A = 2 A
6)
Menghitung tegangan listrik antar titik a dan b Vab = I3 . R Vab = 2 A . 4,5 Ω= 9 volt
RANGKUMAN A. Rangkaian Seri Dua elemen dikatakan seri, jika dan hanya jika: 1.
Ujung terminal dari dua elemen tersebut terhubung dalam suatu simpul.
2.
Ujung elemen yang lain tidak terhubung dalam satu (terpisah).
Jika kita memiliki rangkaian gabungan seri dari n tahanan seperti Gambar 2.3, maka kita dapat mengganti tahanan-tahanan ini dengan satu tahanan tunggal yaitu Rek atau dapat pengganti, di mana:
Rek = R1 + R2 + … + Rn
B. Rangkaian Paralel Dua elemen dikatakan paralel, jika dan hanya jika: 1.
Ujung dari dua elemen terhubung dalam satu simpul.
139
2.
Ujung-ujung elemen yang lain terhubung dalam satu simpul yang lain pula.
Jika kita mempunyai gabungan paralel dari n tahanan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.4, maka kita dapat mengganti tahanan ini dengan satu tahanan tunggal:
C. Rangkaian Kombinasi Hal – hal yang perlu diperhatikan: 1.
Gambarkan lagi rangkaian aslinya dengan rangkaian baru yang lebih mudah dimengerti.
2.
Jika dalam suatu rangkaian kombinasi paralel terdapat dua atau lebih tahanan seri, dapatkan nilai total dari tahanan seri tersebut dengan menjumlahkannya.
3.
Gunakan rumus tahanan paralel untuk mendapatkan tahanan total dari rangkaian bagian paralel.
4.
Tambahkan rangkaian yang tersusun paralel tersebut dengan yang tersusun seri dengannya.1/Rp1 = (1/R2) + (1/R3) Rt = R1 + Rp1
140
TUGAS MANDIRI
1. Jika hambatan R1 = 12 Ohm, R2 = 4 Ohm dan R3 = 3 Ohm, sedangkan kuat arus I1 = 0,5 A berapakah besar kuat arus total yang mengalir dalam rangkaian?
2. Diketahui
:
Tiga
buah
kumparan
masing–masing
75
Ohm
dihubungkan pararel dengan 150 Volt. Ditanyakan
: Arus total, tahanan total dan rangkaiannya.
I1 I
R1
I2 R2 I3 R3 150 V
141
3. Hitung besarnya nilai hambatan pada gambar dibawah ini
4. Hitunglah nilai arus pada masing masing hambatan pada gambar dibawah ini.
5. Hitunglah nilai semua arus dan tegangnan pada
142
BAB VI INDUKSI SENDIRI DAN MUTUAL PADA KEMAGNITAN
A. KOMPETENSI DASAR DAN PENGALAMAN BELAJAR KOMPETENSI DASAR
PENGALAMAN BELAJAR
setelah mengikuti pembelajaran dengan kompetensi dasar-dasar listrik siswa
dari pembelajaran kompetensi dasardasar
listrik
siswa
mendapatkan
pengalaman belajar :
dapat : 1. menghayati
dan
mengamalkan 1. mengamati simulsi terkait materi perilaku jujur, disiplin, tanggung pokok besaran listrik dan jawab, peduli (gotong royong, mengeksplorasi dalam kerjasama, toleran, damai), menyelesaikan induksi sendiri dan santun, responsif dan proaktif dan
mutual pada kemagnitan menunjukan sikap sebagai bagian 2. mengamati simulsi terkait materi dari solusi atas berbagai pokok besaran listrik dan permasalahan dalam berinteraksi mengeksplorasi dalam secara efektif dengan lingkungan menyelesaikan sosl-soal terkait sosial
dan
alam
menempatkan
serta diri
dalam sebagai
induksi sendiri dan mutual pada kemagnitan
cerminan bangsa dalam pergaulan 3. mengamati simulsi terkait materi pokok dunia. besaran listrik dan mengeksplorasi 2. memahami besaran listrik, hukum ohm
dan
kirchof
padar
listrik
3. menerapkan dasar listrik pada
gabungan
sendiri dan mutual pada kemagnitan
4. mengkomunikasikan dalam induksi
otomotip
rangkaian
dalam menyelesaikan sosl-soal induksi
seri,
paralel
dan
sendiri
dan
mutual
pada
kemagnitan 5. mengamati simulsi terkait materi dan mengeksplorasiinduksi sendiri dan mutual pada kemagnitan 6. mengamati simulsi terkait materi pokok
besaran
mengeksplorasi
listrik induksi
dan sendiri,
143
mutual pada kemagnitan
B. PETA KONSEP
1. PENGERTIAN INDUKSI
INDUKSI 3. INDUKTANSI BERSAMA
2. SELF INDUCTIN
144
PENGAMATAN 1
Perhatikan gambar disamping ini, siapkan sebuah batang magnit jenis tapal kuda, volt meter, kawat email dari tembagasebagai penghantar, dan inti (batang ) besi. Rangkailah komponen-komponen tersebut seperti pada gambar diatas dan Dekatkan magnit tapal kuda
pada lilitan yang terpasang pada inti besi.
Perhatikan alat ukur tegangan apa yang terjadi pada?
PENGAMATAN 2
Perhatikan gambar disamping ini, siapkan sebuah batang magnit jenis tapal kuda, volt meter, kawat email dari tembagasebagai penghantar, dan inti (batang ) besi. Rangkailah komponen-komponen tersebut seperti pada gambar diatas dan Gerakkan dengan lambatmagnit tapal kuda pada lilitan yang terpasang pada inti besi. Perhatikan alat ukur tegangan apa yang terjadi pada?
PENGAMATAN 3
Perhatikan gambar disamping ini, siapkan sebuah batang magnit jenis tapal kuda, volt meter, kawat email dari tembagasebagai penghantar, dan inti (batang ) besi. Rangkailah komponen-komponen tersebut seperti pada gambar diatas dan Gerakkan dengan Cepat magnit tapal kuda pada lilitan yang terpasang pada inti besi. Perhatikan alat ukur tegangan apa yang terjadi pada?
145
Bandingkan dan Simpulkan
Bandingkan hasil pengamatanmu dan pengamatan temanmu! Catat persamaan dan perbedaannya! Jika hasil pengamatan dikomunikasikan kepada orang lain, apakah orang tersebut memperoleh pemahaman yang sama? Berdasarkan hasil perbandingan tersebut, hal penting apakah yang harus dirumuskan bersama?
Diskusikan:
Buat kelompok diskusi, bandingkan hasil pengamatanmu dengan hasil pengamatan kelompok lain. Adakah yang berbeda dari kelompok lain ? Mengapa hasilnya demikian? Apakah yang mepengaruhi hasil pengamatan tegangan pada rangkaian diatas?
C. MATERI BELAJAR
1. PENGERTIAN INDUKSI
Pada percobaan diatas Jika magnet digerak-gerakkan dekat kumparan, maka terjadi perubahan medan magnet dan selanjutnya timbul tegangan listrik. Tegangan tersebut disebut “Tegangan Induksi, tegangan Induktansi merupakan sifat sebuah rangkaian listrik atau komponen yang menyebabkan timbulnya ggl di dalam rangkaian sebagai akibat perubahan arus yang melewati rangkaian
146
(self inductance) atau akibat perubahan arus yang melewati rangkaian primer dan sekunder yang dihubungkan secara magnetis (induktansi bersama atau mutual inductance). Pada kedua keadaan tersebut, perubahan arus berarti ada perubahan medan magnetik, yang kemudian menghasilkan ggl. Apabila sebuah kumparan dialiri arus, di dalam kumparan tersebut akan timbul medan magnetik.
Cara-Cara Untuk Membangkitkan Induksi
Untuk membangkitkan induksi pada sebuah lilitan (kumparan / transformator) adalah sebagai berikut : 1.1. Induksi magnetis
Jika magnet digerak-gerakkan dekat kumparan, maka :
Terjadi perubahan medan magnet
Timbul tegangan listrik
Cara kerja : Medan
magnet
melawan
arah
menggerakkan kumparan,
arus
induksi
akan
magnet. magnet akan
Ketika
selalu kita
keluar
dari
berubah
dan
demikian pula arah medan magnet. Sekarang, kutub selatan medan magnet induksi berada di dekat kutub utara magnet. Kutub-kutub yang berlawanan saling tarik menarik. Dengan demikian, terdapat sebuah gaya yang berupa mencegah kita menggerakkan magnet menjauhi kumparan.Kemana pun arah kita menggerakkan magnet, terdapat gaya yang melawan pergerakkan tersebut. Kita harus melakukan kerja otot ekstra untuk dapat menggerakkan magnet. Energi tambahan yang kita gunakan ini akan dikonversikan menjadi gaya gerak listrik atau timbul beda tegangan,
147
diantara ujung-ujung kawat kumparan. Contoh pada komponen kendaraan ini digunakan untuk sistem pengisiandan penerangan pada sepeda motor yang menggunakan lilitan (kumparan) dan magnit sebagai sumber magnit. untukmenghasilkan sumber tegangan.
Ingat, sifat magnet: kutub-kutub sejenis saling tolak menolak dan kutub-kutub yang berlawanan saling tarik menarik
1.2. Transformator 1.
Prinsip kerja : Jika
pada
sambungan
primer
transformator dihubungkan dengan arus bolak – balik maka : Ada perubahan arus listrik
Perubahan medan magnet o Terjadi tegangan induksii o Lampu menyala
2.
Cara Kerja Transformator Ketika Kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-
balik, perubahan arus listrik pada kumparan primer menimbulkan medan magnet yang berubah. Medan magnet yang berubah diperkuat oleh adanya inti besi dan dihantarkan inti besi ke kumparan sekunder, sehingga pada ujungujung kumparan sekunder akan timbul ggl induksi. Efek ini dinamakan induktansi timbal-balik (mutual inductance). Mengakibatkan lampu menyala, bila dihubungkan dengan sistem audio maka suara akan timbul.
148
Pada
skema
transformator
disamping, ketika arus listrik dari sumber
tegangan
yang
mengalir
pada kumparan primer berbalik arah (berubah magnet
polaritasnya) yang
medan
dihasilkan
akan
berubah arah sehingga arus listrik yang
dihasilkan
pada
kumparan
sekunder akan berubah polaritasnya. Gambar 20. Arah medan magnet
Perbandingan Tegangan Perbandingan tegangan sebanding dengan perbandingan jumlah lilitan
Jumlah
lilitan
sedikit
tegangan induksi kecil
Jumlah
lilitan
banyak
tegangan induksi besar Melihat
pernyataan
diatas
maka
dapat diformulasikan sebagai berikut.
Dimana : Vp = tegangan primer (volt) Vs = tegangan sekunder (volt)
149
Np = jumlah lilitan primer Ns = jumlah lilitan sekunder Simbol Transformator Berdasarkan perbandingan antara jumlah lilitan primer dan jumlah lilitan sekunder transformator ada dua jenis yaitu: 1. Transformator step up yaitu transformator yang mengubah tegangan bolakbalik rendah menjadi tinggi, transformator ini mempunyai jumlah lilitan kumparan sekunder lebih banyak daripada jumlah lilitan primer (Ns > Np). Contoh penggunaan : Tranformator untuk listrik dari tegangan asal 110 V menjadi 220 V
2. Transformator step down yaitu transformator yang mengubah tegangan bolak-balik tinggi menjadi rendah, transformator ini mempunyai jumlah lilitan kumparan primer lebih banyak daripada jumlah lilitan sekunder (Np > Ns), sehingga berfungsi sebagai penurun tegangan Contoh penggunaan :
Adaptor AC-DC.
Gambar 21. Trafo step down 150
Pada transformator (trafo) besarnya tegangan yang dikeluarkan oleh kumparan sekunder adalah: 1. Sebanding dengan banyaknya lilitan sekunder (Vs ~ Ns). 2. Sebanding dengan besarnya tegangan primer ( VS ~ VP). 3. Berbanding terbalik dengan banyaknya lilitan primer,
Sehingga dapat dituliskan
Karakteristik transformator Kerja
transformator
yang
berdasarkan
induksi-elektromagnetik,
menghendaki adanya plat-plat besi yang akan menjadi magnet antara rangkaian primer dan sekunder. plat-plat besi magnet ini berupa inti besi tempat melakukan fluks bersama. Berdasarkan cara melilitkan kumparan pada inti, dikenal dua macam transformator, yaitu tipe batang dan tipe persegi (kotak). Contoh alat penerapan dari Transformator
TV
Komputer
Mesin foto copy
Gardu listrik,dll.
a. Transformasi Dengan Arus Searah Tidak dapat berfungsi dengan arus searah, karena : Arus tetap Tidak tejadi perubahan medan magnet Tidak ada induksi
151
Bagaimana
agar
terjadi
perubahan
medan magnet ? Dengan memberi saklar pada sambungan primer. Jika saklar dibuka / ditutup ( on / off ), maka :
a. Arus primer terputus – putus b. Ada perubahan medan magnet c. Terjadi induksi Contoh penggunaan : Koil untuk sistem pengapian pada kendaraan, tegangan kerja 12 V menjadi 25 – 50 KV . 2. INDUKSI SENDIRI (SELF-INDUCTION EFFECT) Selanjutnya, apabila arus yang mengalir besarnya berubah-ubah terhadap waktu akan menghasilkan fluks magnetik yang berubah terhadap waktu. Perubahan fluks magnetik ini dapat menginduksi rangkaian itu sendiri, sehingga di dalamnya timbul ggl induksi. Ggl induksi(gaya gerak listrik)yang diakibatkan oleh perubahan fluks magnetik sendiri dinamakan ggl induksi diri.Dengan pengertian lain induksi diri adalah induksi yang disebabkan oleh dirinya sendiri pada saat bekerja dan tidak bekerja. Medan magnet akan dibangkitkan pada saat arus mengalir melalui kumparan.
Akibatnya,
EMF
(electromotive
force)
dibangkitkan
dan
menghasilkan garis gaya magnet (magnetic flux) dengan arah yang berlawanan dengan pembentukan garis-garis gaya magnet dalam kumparan (coil). Ofeh karena itu arus tidak akan mengalir seketika pada saat dialirkan ke kumparan tetapi membutuhkan waktu untuk menaikkan arus tersebut
152
sebagai contoh Bunga api yang terjadi pada saat memutuskan suatu sirkuit arus selalu disebabkan karena induksi diri
Gambar 22. Induksi Diri Ggl terinduksi ini berlawanan arah dengan perubahan fluks. Jika arus yang melalui kumparan meningkat, kenaikan fluks magnet akan menginduksi ggl dengan arah arus yang berlawanan dan cenderung untuk memperlambat kenaikan arus tersebut. Dapat disimpulkan bahwa ggl induksi ε sebanding dengan laju perubahan arus yang dirumuskan :
Dimana : I
= Arus mengalir pada rangkaian
t
= Waktu arus mengalir
L
= konstanta lilitan
dengan I merupakan arus sesaat, dan tanda negatif menunjukkan bahwa ggl yang dihasilkan berlawanan dengan perubahan arus. Konstanta kesebandingan L disebut induktansi diri atau induktansi kumparan, yang memiliki satuan henry (H), yang didefinisikan sebagai satuan untuk menyatakan besarnya induktansi suatu rangkaian tertutup yang menghasilkan ggl satu volt bila arus listrik di dalam rangkaian berubah secara seragam dengan laju satu ampere per detik.Seperti terlihat pada grafik dibawah ini.
153
Grafik diatas menunjukkan saat arus listrik sistem (misal sistem audio) dihidupkan akanmengalir sumber tegangan dan arus ke sistem audio, karena adanya induksi sendiri dari sistem belum hilang mengakibatkan arus listrik pada sistem tidak bisa maksimum. Agar sistem audio berfungsi maksimal butuh waktu lama sehingga grafik untuk arus jadi melengkung. Saat sistem listrik
(misal
sistem audio) dimatikan arus listrik seharusnya hilang dengan cepat karena ada induksi sendiri maka sistem audio tidak mati dengan cepat.
Atau pengertian lain dari grafik diatas sebagai berikut : a) Saat stop kontak dipasang , induksi sendiri (self induction) memperlambat arus listrik mencapai maksimum sehingga suara audio kecil. b) Saat stop kontak dilepas, induksi sendiri memperlambat pemutusan arus listrik, akibat adanya loncatan bunga api pada stop kontak pemutus dan suara audio tidak mati dengan cepat
2.1. Jenis –Jenis induksi Diri (self indusinpada lilitan) : a. Induktansi Diri pada Solenoida dan Toroida
Solenoida merupakan kumparan kawat yang terlilit pada suatu pembentuk silinder.Pada kumparan ini panjang pembentuk melebihi garis tengahnya. Bila arus dilewatkan melalui kumparan, suatu medan magnetik akan dihasilkan di dalam kumparan sejajar dengan sumbu.
154
Gambar 23. Solenoida. Sementara itu, toroida adalah solenoida yang dilengkungkan sehingga sumbunya menjadi berbentuk lingkaran.Induktor adalah sebuah kumparan yang memiliki induktansi diri L yang signifikan.
Induktansi diri L sebuah solenoida dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan 4 pada induksi elektromagnetik. Medan magnet di dalam solenoida adalah:
B = μ .n.I
155
dengan n = N/l, dari persamaan 3. pada induksi elektromagnetik dan (1) akan diperoleh:
Jadi,
karena ΦB = B.A = μ0.N.I.A / l, Perubahan I akan menimbulkan perubahan fluks besar : Sehingga
Dengan: L = induktansi diri solenoida atau toroida ( H) μ0 = permeabilitas udara (4 π × 10-7 Wb/Am) N = jumlah lilitan l = panjang solenoida atau toroida (m) A = luas penampang (m2)
156
b.
Energi yang Tersimpan pada Induktor
Energi yang tersimpan dalam induktor (kumparan) tersimpan dalam bentuk medan magnetik. Energi U yang tersimpan di dalam sebuah induktansi L yang dilewati arus I, adalah:
U = ½ LI2 ............................................................ (5)
Energi
pada
induktor
tersebut
tersimpan
dalam
medan
magnetiknya.
Berdasarkan persamaan (4), bahwa besar induktansi solenoida setara dengan B = μ0.N2.A/l, dan medan magnet di dalam solenoida berhubungan dengan kuat arus I dengan B = μ0.N.I/ Jadi,
𝐁 . µ𝟎 . 𝐍 Maka, dari persamaan (5) akan diperoleh:
Apabila energi pada persamaan (6) tersimpan dalam suatu volume yang dibatasi oleh lilitan Al, maka besar energi per satuan volume atau yang disebut kerapatan energi, adalah:
157
2.2. INDUKTANSI BERSAMA
Apabila dua kumparan saling berdekatan, seperti pada Gambar 4, maka sebuah arus tetap I di dalam sebuah kumparan akan menghasilkan sebuah fluks magnetik Φ yang mengitari kumparan lainnya, dan menginduksi ggl pada kumparan tersebut.
Gambar 24. Perubahan arus di salah satu kumparan akan menginduksi arus pada kumparan yang lain Menurut Hukum Faraday, besar ggl ε2 yang diinduksi ke kumparan tersebut berbanding lurus dengan laju perubahan fluks yang melewatinya. Karena fluks berbanding lurus dengan kumparan 1, maka ε2 harus sebanding dengan laju perubahan arus pada kumparan 1, dapat dinyatakan:
Dengan M adalah konstanta pembanding yang disebut induktansi bersama.Nilai M tergantung pada ukuran kumparan, jumlah lilitan, dan jarak pisahnya.
Induktansi bersama mempunyai satuan henry (H), untuk mengenang fisikawan asal AS, Joseph Henry (1797 - 1878). Pada situasi yang berbeda, jika perubahan arus kumparan 2 menginduksi ggl pada kumparan 1, maka konstanta pembanding akan bernilai sama, yaitu:
158
Induktansi bersama diterapkan dalam transformator, dengan memaksimalkan hubungan antara kumparan primer dan sekunder sehingga hampir seluruh garis fluks melewati kedua kumparan tersebut.
PERMASALAHAN Contoh Soal 1 :
Sebuah kumparan mempunyai induktansi diri 2,5 H. Kumparan tersebut dialiri arus searah yang besarnya 50 mA. Berapakah besar ggl induksi diri kumparan apabila dalam selang waktu 0,4 sekon kuat arus menjadi nol?
Penyelesaian: Diketahui: L = 2,5 H Δt = 0,4 s
I1 = 50 mA = 5 × 10-2 A I2 = 0 Ditanya: ε = ... ? Pembahasan :
Contoh Soal 2 :
Sebuah induktor terbuat dari kumparan kawat dengan 50 lilitan. Panjang kumparan 5 cm dengan luas penampang 1 cm2. Hitunglah: a.
induktansi induktor,
b.
energi yang tersimpan dalam induktor bila kuat arus yang mengalir 2 A!
Penyelesaian: Diketahui: N = 50 lilitan L = 5 cm = 5 × 10-2 m
A = 1 cm2 = 10-4 m2
159
Ditanya: a. L = ... ? b. U jika I = 2 A ... ? Pembahasan :
Contoh Soal 3 : Untuk menyalakan lampu 10 volt dengan tegangan listrik dari PLN 220 volt digunakan transformator step down. Jika jumlah lilitan primer transformator 1.100 lilitan, berapakah jumlah lilitan pada kumparan sekundernya ? Penyelesaian: Diketahui:
Vp = 220 V Vs = 10 V Np = 1100 lilitan
Ditanyakan: Ns = ........... ? Jawab:
Jadi, banyaknya lilitan sekunder adalah 50 lilitan
160
RANGKUMAN 1.
SELF-INDUCTION EFFECT Medan magnet akan dibangkitkan pada saat arus mengalir melalui kumparan. Akibatnya, EMF (electro¬motive force) dibangkitkan dan menghasilkan garis gaya magnet (magnetic flux) dengan arah yang ber¬lawanan dengan pembentukan garis-garis gaya mag¬net dalam kumparan (coil). Ofeh karena itu arus tidak akan mengalir seketika pada saat dialirkan ke kum¬paran tetapi membutuhkan waktu untuk menaikkan arus tersebut. Bila arus mengalir dalam sebuah kumparan dan kemudian arus diputuskan tiba-tiba, maka EMF akan dibangkitkan dalam kumparan dengan arah dimana arus cenderung mengalir (arah yang merintangi hilangnya garis gaya magnet). Dengan cara ini, bila arus mulai mengalir ke
kumparan,
atau
bila
arus
di-putuskan,
maka
kumparan
membangkitkan EMFyang bekerja melawan perubahan garis gaya magnet pada kumparan. Inilah yang disebut "self induction effect".
2.
MUTUAL INDUCTION EFFECT Apabila dua kumparan disusun dalam satu garis clan besarnya arus yang mengalir pada satu kumparan (kumparan primer) dirubah, maka EMF akan bangkit pada kumparan lainnya (kumparan sekunder) dengan arah melawan perubahan garis gaya magnet pada kumparan primer. Ini disebut "mutual induction effect".semakin cepat perubahan banyaknya garis gaya magnet yang dibentuk pada kumparan, semakin tinggi tegangan yang diinduksi. Untuk memperoleh EMF yang besar dari mutual in¬ductance (tegangan sekunder yang dibangkitkan), maka arus yang masuk pada kumparan primer harus sebesar mungkin dan pemutusan arus harus secepat mungkin.
161
KERJA MANDIRI 1.
Untuk menyalakan lampu 25volt dengan tegangan listrik dari PLN 220 volt digunakan transformator step down. Jika jumlah lilitan primer transformator 2.100 lilitan, berapakah jumlah lilitan pada kumparan sekundernya ?
2.
Sebuah induktor terbuat dari kumparan kawat dengan 50 lilitan. Panjang kumparan 5 cm dengan luas penampang 1 cm2. Hitunglah: a.
induktansi induktor,
b.
energi yang tersimpan dalam induktor bila kuat arus yang mengalir 2A
3.
Sebuah kumparan mempunyai induktansi diri 4,5 H. Kumparan tersebut dialiri arus searah yang besarnya 55mA. Berapakah besar ggl induksi diri kumparan apabila dalam selang waktu 0,8 sekon kuat arus
menjadi nol?
162
BAB VII MACAM-MACAM JENIS, UKURAN KABEL, TERMINAL DAN PENGGUNAANNYA
A. KOMPETENSI DASAR DAN PENGALAMAN BELAJAR KOMPETENSI DASAR
PENGALAMAN BELAJAR
Setelah mengikuti pembelajaran dengan kompetensi dasar-dasar
Dari
pembelajaran
dasar-dasar
Listrik
mendapatkan
Listrik siswa dapat : 1. Menghayati
dan
kompetensi siswa
pengalaman
belajar :
Mengamalkan perilaku jujur, 1. Mengkomunikasikan dalam disiplin, tanggung jawab, macam - macam Jenis, ukuran peduli (gotong royong, kabel, terminal dan kerjasama, toleran, damai), penggunaannya santun, responsif dan proaktif 2. Mengamati simulsi terkait dan menunjukan sikap materi dan Mengeksplorasi sebagai bagian dari solusi macam-macam jenis, ukuran atas berbagai permasalahan
kabel,
dalam
berinteraksi
penggunaannya
efektif
dengan
secara
terminal
dan
lingkungan 3. Mengamati simulsi terkait sosial dan alam serta dalam materi pokok besaran listrik menempatkan diri sebagai dan Mengeksplorasi induksi cerminan
bangsa
dalam
pergaulan dunia. 2. Memahami hukum
besaran
Ohm
dan
Dasar
mutual
pada
kemagnitan listrik, 4. Mengkomunikasikan macamKirchof macam jenis, ukuran kabel,
padar listrik otomotip 3. Menerapkan
sendiri,
terminal dan penggunaannya Listrik
pada rangkaian seri, paralel dan gabungan
163
KABEL / WIRING
B. PETA KONSEP
KABEL KONEKTOR TERMINAL
164
PENGAMATAN
1.
Lakukan pengamatan terhadap jenis kabel gambar diatas ada yang berserabut banyak dan serabut tunggal
2.
Buatlah penafsiran tentang kabel berserabut banyak dan tuggal.
Menaksir / mendiskripsikan kabel di otomotip 1.
Lihatlah gambar dibawah diatas,bila dirangkai ke Rangkaian listrik dan dihubungkan dengan sumber tegangna dan diberi beban sebuah lampu, amati apa yang terjadi pada nyala lampu!
2.
Buatlah taksiran tentang kabel berserabut banyak dan tunggal pada rangkian tersebut. Catatlah taksiranmu dan taksiran teman-temanmu!
Membandingkan dan Berlatih Bandingkan
taksiranmu
dengan
teman-temanmu
dengan
hasil
pengamatanmu mu! Diskusikan, apakah ada kesamaan tafsiranmmu dengan pengukuran sebenarnya
dapat
ditingkatkan dengan
latihan
?
Untuk
mengujinya, berlatihlah menaksir dan menghitung kemudian uji dengan hasil pengukuran!
165
C. MATERI BELAJAR . Wiring harness adalah kumpulan dari satu atau lebih wire dengan beberapa part untuk mengalirkan arus listrik agar sistem sistem pada kendaraan bisa bekerja. wiring harness pada kendaraan kecil sebagai contoh sepeda motor, mobil dan kendaraan berat tentu akan berbeda tergantung dari engine yang digunakan. Sebagai contoh untuk sepeda motor agar bisa berjalan pada sistem kelistrikan membutuhkan rangkaian pengapian untuk mesin diesel tentu tidak menggunakan sistem pengapian untuk menghidupkan kendaraan. Jaringan kabel (wiring harness) adalah sekelompok kabel – kabel dan kawat yang masing – masing terisolasi, menghubungkan ke komponen – komponen , dan melindungi komponen – komponen sirkuit , dan sebagainya, kesemuanya disatukan dalam satu unit untuk mempermudah dihubungkan antara komponen – komponen kelistrikan dari suatu kendaraan. Untuk itu sistem waring sangat penting untuk menjalankan kendaraan. Kabel adalah media penghantar untuk menyalurkan arus listrik, data, maupun informasi melalui media konduktor terbaik berupa bahan logam atau bahan lainya, tergantung dari jenis kabel tersebut. Pembungkus kabel yang merupakan isolator terbuat dari bahan plastik lentur atau karet dengan fungsi sebagai pelindung fisik dari kerusakan berupa bunga api, benturan, air dan lain-lain. Pada jenis kabel tertentu, bagian pembungkus ini dilengkapi juga dengan pembungkus yang melindungi dari interferensi elektromagnetik. Masing – masing jaringan kabel (wiring harness) yang ada pada kendaraan baik kendaraan kecil (sepeda motor), kendaraan ringan (mobil) dan kendaraan pada alat berat (excavator, doser dll), terbagi menjadi 3 (tiga ) bagian penting terdiri dari item berikutini :
166
1. KABEL Jaringan kabel (wiring harness) adalah sekelompok kabel – kabel yang masing– masing terisolasi, menghubungkan ke komponen – komponen , dan melindungi komponen – komponen sirkuit pada masing-masing sistem. Kabel yang digunakan pada kendaraan (sepeda motor, mobil, truk, excavator, doser dsb) dikategorikan sebagai Auto-Cable. Yaitu kabel yang spesifikasinya disesuaikan dengan keperluan kendaraan pada umumnya, dengan tegangan kerja 12/24 volt DC. Tidak seperti kabel lainnya, Auto-Cable diukur dari diameter luar keseluruhan atau tebal kabel.
1.1. FUNGSI KABEL Kabel yang digunakan pada kendaran berfungsi untuk : 1.
Penghantar arus listrik bertenaga besar (Power Cable) Kabel ini digunakan untuk menyalurkan arus yang besar yang berasal dari tegangan baterai, ukuran diameter kabel yang digunakan harus besar. Contoh penggunaan : Kabel baterai ke motor stater(kode warna merah) Kabel massa kendaraan(kode warna hitam)
167
2.
Penghantar arus listrik dan data informasi. Kabel ini digunakan untuk menyalurkan arus yang kecil yang berasal dari tegangan baterai, ukuran diameter kabel yang digunakan harus kecil yang sesuaikan dengan kebutuhan pada sistem kelistrikan pada kendaraan. Sebagai contoh antara kabel yang digunakan untuk menggerakan motor stater dan sistem pengapian. Diameter kabel yang digunakan untuk menggerakkan
motor stater harus besar karena
motor stater bekerja membutuhkan arus yang besar. Motor stater akan menghisap sumber arus 60 -70 % dari kapasitas baterai. sebagai contoh bila kita menggunakan baterai dengan kapasitas baterai 40 AH, saat bekerja motor stater menghisap sumber arus 70%
X 40 AH.
Sehingga arus untuk motor stater 24 A. Bila kita menggunakan kabel kecil berakibat isolator kabel meleleh terbakar. Contoh penggunaan : Kabel sistem pengapian (kode warna lihat handbook masing kendaraan) Kabel sistem penerangan (kode warna lihat handbook masing kendaraan) Kabel sistem power window (kode warna lihat handbook masing kendaraan) Kabel sistem AC dll (kode warna lihat handbook masing kendaraan) Kabel penghantar data informasi digunakan untuk menyalurkan arus yang kecil yang berasal dari sistem kontrol elektronik. Kabel jenis ini harus khusus dan terlindungi dari
listrik yang mengandung
elektromagnetik. Kabel penghantar data informasi digunakan pada kendaraan yang memiliki sistem yang sudah modern sebagai contoh kendaraan yang menggunakan sistem elektronik.
Kendaraan yang
menggunakan sistem EFI (Electronic Fuel Injektion)
dan CR
(CammodRail) agar mesin bisa bekerja maka sinyal-sinyal elektronik (sensor engine) mengirim data-data ke kontrol unit. Kontrol unit akan mengola data dan memberi sumber tegangan balik ke injektor. Bila kabel tidak terlindungi dari medan magnit akibat sistem lain bekerja
168
maka berakibat data informasi akan kacau yang akan diberikan ke injektor dan sistem tidak bekerja normal. Contoh Penggunaan data dan informasi : Kabel Pengirim sinyal (sensor) ABS (antilck Brake System) Kabel pengirim sinyal putaran mesin (crank sensor) Kabel pengirim Detonasi mesin, dsb.
1.2. KOMPONEN KABEL Komponen-komponen penting yang ada pada kabel diantaranya : 1.
Penghantar (Konduktor) adalah media untuk menghantarkan arus listrik
2.
Isolator adalah bahan dielektrik untuk mengisolasi dari penghantar yang satu terhadap yang lain dan juga terhadap lingkungan disekelilingnya yang mengandung elektromagnetis.
3.
Pelindung luar adalah bahan yang memberikan perlindungan terhadap kerusakan mekanis, pengaruh bahan-bahan kimia elektrolysis, api atau pengaruh pengaruh luar lainnya yang merugikan.
Gambar 25. bagian-bagian kabel
Macam-macam kabel yang digunakan pada kendaraan dibedakan menjadi 3 (tiga) bagian : Kawat tegangan rendah Kawat tegangan tinggi (pada sistem kelistrikan mesin) Kabel-kabel yang diisolasi Beberapa tipe kawat dan kabel dibuat dengan tujuan untuk digunakan dalam beberapa kondisi yang berbeda (besarnya arus yang mengalir, temperatur,
169
penggunaan dan lain-lain). Kabel Bertegangan Rendah Sebagian besar kawat dan kabel yang terdapatdalam kendaraanadalah kabel yang bertegangan rendah (low-voltage wire). Masing-masing kabel bertegangan rendah terdiri dari elemen kabel dan isolasinya. Elemen kabel ini berfungsi sebagai konduktor untuk mengalirkan sumber tegangan listrik yang akan digunakan ke sistem-sistem pada kendaraan. Isolasi berfungsi sebagai pelindung luar dan hubungan singkat antar kabel saat disatukan dengan sistem kelistrikan lain. Contoh penggunaan kabel bertegangan rendah :
kabel positip dan negatip koil
Kabel penggerak motor wiper
kabel penggerak klakson dll
Gambar 26. Bagian Kabel tegangan rendah
Kawat tegangan tinggi (pada sistem pengapian) Untuk mengalirkan arus listrik yang bertegangan tinggi dihasilkan oleh ignition coil ke busi melalui distributor tanpa adanya kebocoran, dipakai kabel tegangan tinggi. Kabel yang disebut high tension cord ini memiliki konstruksi yang andal untuk tetap bekerja prima pada tegangan tinggi.Kabel dibangun dari berbagai lapisan bahan.
170
Kabel inti penghantar atau coredibungkus dengan insulator karet yang tebal. Selanjutnya, insulator karet (rubber insulator) dilapisi oleh pembungkus (sheath).Bagian kabel resistive dibuat dari bahan fiberglass yang dicampur dengan karbon dan karet sintetis. Ini dilakukan agar memberikan peregangan yang cukup kuat untuk meredam gangguan bunyi pengapian (interfensi) pada radio/tape.
Gambar 27. bagian kabel bertegangan tinggi
Pada setiap permukaan pembungkus, dicetak tanda tahanan sebagai ciri bahwa inti dari kabel tegangan tinggi adalah kabel bertahanan (resistive wire).
Yang penting diperhatikan, saat melepas kabel tegangan tinggi, pegang dan tariklah selalu pada bagian tutupnya. Jangan sekali-kali memegang dan menarik pembungkusnya. Alasannya, itu dapat mengakibatkan kabel terlepas dari tutupnya dan bisa merusak kabel. Misalnya putus pada inti yang mengakibatkan arus listrik tidak dapat mengalir sempurna ke busi. Imbasnya kinerja sistem pengapian mobil menjadi tidak optimal lagi.
171
Gambar 28. Kabel Yang Diisolasi Kabel yang diisolasi (shielded cable) digunakan, pada saluran kabel antene radio, ignition signal line,oxygen sensor signal line, dan lain sebagainya.Hanya kelistrikan yang bertegangan rendah dan arus rendah yang mengalir melalui signal line ini, Gambar 110. Bagian kabel Diisolasi
signal dapat lebih mudah terpengaruh oleh gangguan yang ditimbulkan (suara dari switch saat ON/OFF, suara pengapian dan sebagainya). Oleh sebeb itu, kabel yang diisolasi yang dirancang untuk mencegah gangguan yang ditimbulkan sumber dari luar dan digunakan untuk signal line
1.3.
UKURAN KABEL
Kabel adalah suatu komponen yang digunakan untuk menghubungkan komponen satu dengan komponen yang lainnya yang terbuat dari tembaga dan diberi isolasi supaya tidak terjadi konseleting.
Kabel yang digunakan pada kendaraan (mobil, motor, truk dsb) dikategorikan sebagai Auto-Cable. Yaitu kabel yang spesifikasinya disesuaikan dengan keperluan kendaraan pada umumnya, dengan tegangan kerja 12 / 24 volt DC. Tidak seperti kabel lainnya, Auto-Cable diukur dari diameter luar keseluruhan atau tebal kabel.
Diameter kabel terdiri atas berbagai ukuran. Penggunaan kabel berbeda-beda ukurannya, bergantung pada berapa besar arus yang mengalir. Bila arus yang mengalir besar, berarti harus menggunakan kabel yang berdiameter besar, tetapi bila arus yang mengalir kecil, cukup menggunakan kabel yang berdiameter kecil. Untuk
172
lebih jelasnya lihat tabel dibawah ini
Cara pembacaan tabel, untuk sumber tegangan 12 V untuk pemakaian arus 5 A dengan daya listrik yang digunakan 30 Watt maka butuh diameter kabel 0,8 mm.
Gambar 29. Jenis kabel
Perancang kendaraan khususnya teknisi listrik (electrical) sudah memperhitungkan kabel dengan tebal berapa yang digunakan untuk tiap fungsi di kendaraan tersebut.
173
Tentunya dengan memperhitungkan juga panjang kabel yang dibutuhkan untuk menyambung satu titik komponen ke komponen lainnya. Semakin panjang kabel, akan ada kerugian tegangan yang diakibatkan adanya resistansi pada kawat konduktornya. Kawat yang digunakan umumnya ada dua macam, yaitu berbahan dasar Tembaga murni dan Aluminium. kabel-kabel dengan panjang yang sama, namun dengan ketebalan yang berbeda, menghasilkan tegangan output yang berbeda.Yang terbaik adalah yang berbahan dasar tembaga.
Gambar 30. Penampang Kabel.
Dari tabel dibawah ini, misalnya kabel dengan ukuran 1 mm² pada temperatur 20º C : penghantarnya memiliki resistansi sebesar 23.4 ohm setiap 1 km panjang kabel dan penyekatnya memiliki resistansi sebesar 51 M ohm setiap 1 km panjang kabel.
Tabel pengaruh suhu terhadap tahanan per Km
174
Komponen-komponen pelindung Kabel Auto-cable mempunyai isolasi yang dirancang cukup tahan terhadap suhu panas dan minyak/oli. Sehingga tidak mengganggu kemampuan untuk melindungi kawat di dalamnya. Jika mudah meleleh atau bereaksi dengan minyak/oli maka bisa menyebabkan short-circuit atau korslet. Komponen-komponen pelindung digunakan untuk melindungi kawat dan kabel, yang membungkusi kabel agar terlindung dari benturan,panas, gangguan elektromagnetik kotoran,air dan lain-lain. Komponen pelindung ini harus terpasang dengan baik agar sistem kelistrikan yang dibungkus (dilindungi) bisa berfungsi dengan baik. Macam-macam komponen pelindung kabel antara lain : Isolasi Isolasi tersebut biasa disebut rubber tape, berbahan karet yang lentur dan memiliki lem perekat khusus bernama Etilen linerless Propylene Rubber (EPR), memiliki kemampuan tahan panas. Sehingga kabel-kabel yang dibungkusnya tak cepat rusak. Rubber tape banyak merek. Ada 3M Scotch, Plymouth, Omega dan lainnya. Untuk produk biasa berukuran 19 mm x 9,1 m x 0,7 mm.
Gambar 31. Isolasi
Selang bakar (Cable shrink) Selang pembungkus ini terbuat dari bahan plastik yang mudah menyusut bila terkena
175
panas, tahan panas setelah terjadi penyusutan. Penyusutan selang bakar mengacu berapa kali lebih kecil kabel, sebagai contoh ukuran selang bakar 3 mm : 1 mm saat dibakar akan menyusut menjadi 1/3 dari ukuran aslinya.
Gambar 32. Selang bakar
Selang kabel Selang ini terbuat plastik yang keras dan tidak mudah berubah bentuk saat terjadi benturan, bentuk selang ini melingkar-lingkar.
Gambar 33. Selang kabel
176
2. KOMPONEN-KOMPONEN PENGHUBUNG Jaringan kabel dibagi dalam beberapa bagian untuk lebih memudahkan dalam pemasangan pada kendaraan. Bagian jaringan kabel dihubungkan kesalah satu bagian oleh komponen penghubung sehingga komponen kelistrikan dan elektronik dapat berfungsi seperti yang direncanakan
2.1. Junction Block dan Relay Block Junction block (J/B) adalah salah satu kotak (Block) dengan connector yang dikelompokkan bersama-sama untuk sirkuit kelistrikan. Pada umumnya terdiri dari bus bars dalam bentuk cetakan papan sirkuit (PCB) dengan sekring, relay, circuit breaker dan alat lain terpasang di dalamnya.Relay block (R/B) sama dengan junction block, tetapi tidak memiliki bus bar atau centralized connecting function lainya
Gambar 34. Kotak Sekering
2.2. Terminal Kabel (sepatu kabel) Terminal kabel berfungsi sebagai penghubung antara kabel satu dengan kabel yang lain, sehingga terbentuk satu kesatuan yang utuh dari sebuah kabel.
177
Jenis terminal berdasarkan penggunaanya : Terminal massa dibedakan berdasarkan diameter kabel menjadi :
Gambar 35. terminal kabel Terminal penghubung Kabel dibedakan berdasar diameter kabel
Gambar 36. terminal penghubung Kabel
178
2.3. Konektor Konektor digunakan untuk menghubungkan kelistrikan antara dua jaringan kabel atau antara sebuah jaringan kabel dan sebuah komponen.
Gambar 37. Konektor dari kabel ke komponen Jenis -jenis Konektor Dilihat dari hubungan terpasang Mengenal istilah konektor laki-laki dan konektor perempuan, karena bentuk terminalnya berbeda. Agar hubungan antar konektor tidak lepas saat pemasangan maka semua konektor dilihat padaluar konektor terdapat pengunci di bagian atas.
Gambar 38. Konektor
179
Jumlah pin kabel yang terpasang. Dibagi menjadi : a. Satu Pin b. Dua pin c. Tiga pin d. Multi pin
Gambar 39. Pin Kabel Konektor
Gambar 40. Jumlah Pin konektor
2.4. Baut Massa Baut massa (ground bolt) adalah baut khusus untuk menjamin massa yang dapat dipercaya dari jaringan kabel dan komponen listrik lainya ke bodi. Contoh berikut ini beberapa buah baut massa yang banyak digunakan Baut dengan washer yang tidak dapat dilepas (mati)
180
Gambar 41. Baut Washer
Note : “PERBEDAAN BAUT MASSA” Permukaan baut massa ditandai dengan crom hijau setelah diproses secara listrik untuk mencegah oksidasi. Model baut ini mudah dibedakan dengan baut biasa oleh adanya warna hitam kehijauan
3. KOMPONEN-KOMPONEN PELINDUNGI SIRKUIT Sekring,fusible link dan circuit breaker digunakan sebagai komponen-komponen yang melindungi sirkuit. Barang-barang ini disisipkan ke dalam sirkuit kelistrikan dan sistem kelistrikan untuk melindungi kabel kabel dan connector yang digunakan dalam sirkuit untuk mencegah timbulnya kebakaran oleh arus yang berlebihan atau hubungan singkat.
3.1. Sekring (FUSE) Fungsi Sekring (fuse) ditempatkan pada bagian tengah sirkuit kelistrikan. Bila arus yang berlebihan melalui sirkuit, maka sekring akan berasap atau terbakar, itu adalah elemen dalam sekring yang mencair, sehingga sistem sirkuit terbuka dan mencegah komponen-komponen lain dari kerusakan disebabkan arus yang berlebihan.
Tipe Sekring Tipe sekring dikelompokkan ke dalam tipe sekring blade dan tipe sekring cartridge. 181
Gambar 42. sekring jenis blade (a) dan sekring jenis cartridge (b) Tipe ini paling banyak digunakan. Tipe sekring blade dirancang lebih kompak dengan elemen metal dan rumah pelindung yang tembus pandang, diberi kode warna untuk masing-masing tingkatan arus (5A-30A). Identifikasi Sekring Tabel Arus sekering Kapasitas Sekring (A)
Identifikasi Warna
5
Coklat kekuning-kuningan
7,5
Coklat
10
Merah
15
Biru
20
Kuning
25
Tidak berwarna
30
hijau
182
3.2. Fusible Link Fungsi dan Konstruksinya Fungsi dan konstruksi fusible link sama dengan sekring. Perbedaan utama pada fusible link adalah dapat digunakan untuk arus yang lebih besar karena ukurannya lebih besar dan mempunyai elemen yang lebih tebal. Seperti juga sekring, fusible link juga dapat terbakar atau putus, dan harus diganti dengan yang baru. Fusible link diklasifikasikan kedalam tipe Link dan tipe cartridge.
Fusible Link Tipe Cartridge Fusible link tipe cartridge dilengkapi dengan terminal dan bagian sekring dalam satu unit. Rumahnya diberi kode untuk masing-masing tingkatan arus. Tabel Arus pada Fusible link Kapasitas Fusible
Persamaan Luas
Link (A)
Penampang pada
Identifikasi Warna
Fusible Link 30
0.3
Merah Muda
40
0.5
Hijau
50
0.85
Merah
60
1.0
Kuning
80
1.25
Hitam
100
2.0
biru
3.3. Circuit Breaker Circuit Breaker digunakan sebagai pengganti sekring untuk melindungi dari kesulitan pengiriman tenaga dalam sirkuit, seperti power window, sunroof dan sirkuit pemanas (heater).
183
Konstruksi Prinsip dasar dari circuit breaker terdiri dari sebuah lempengan bimetal yang dihubungkan pada kedua terminal dan satu diantaranya bersentuhan.
Gambar 43. Circuit Breaker
LATIHAN EVALUASI Sebutkan Macam-macam kabel yang digunakan pada kendaraan ? Sebutkan jenis kabel yang digunakan pada sistem pengapian di kendaraan ? Sebutkan dan jelaskan nama-nama komponen pada kabel ? Sebutkan dimana penggunaan kabel tegangan rendah berarus besar ?
184
RANGKUMAN Kabel yang digunakan pada kendaran berfungsi untuk Penghantar arus listrik bertenaga besar (Power Cable) dan Penghantar arus listrik dan data informasi. Sekring,fusible link dan circuit breaker digunakan sebagai komponen-komponen yang melindungi sirkuit. Barang-barang ini disisipkan ke dalam sirkuit kelistrikan dan sistem kelistrikan untuk melindungi kabel kabel dan connector yang digunakan dalam sirkuit untuk mencegah timbulnya kebakaran
EVALUASI Sebutkan fungsi pelindung kabel yang digunakan pada kendaraan ? Sebutkan fungsi terminal kabel yang digunakan pada kendaraan ? Sebutkan dan jelaskan nama-nama komponen pada kabel ? Sebutkan dimana penggunaan kabel tegangan rendah berarus kecil pada sistem kendaraan ?
185
TUGAS MANDIRI
Buatlah pengertian tentang ukuran kabel pada masing-masing baris pada tabel diatas !
186
DAFTAR PUSTAKA Modul Sistem Pengapian Konvensional , P4TK / VEDC Malang Modul Sistem Listrik, P4TK / VEDC Malang New Step 1 Training Manual, Toyota Sistem Pengapian Training Manual, Toyota Buku diklat Training Manual, KPC
187
