Rangkaian Arus Searah

 

Lampiran materi kd 3.1

 Rangkaian Arus Searah

Kompetensi Dasar

3.1 Menganalisis prinsip kerja peralatan listrik searah (DC) dalam kehidupan sehari-har

3.2 Melakukan percobaan prinsip mkerja rangkaian listrik searah (DC) dengan metode ilmiah mberikut presentasi hasil percobaan

Pertemuan Pertama

Ø  Pengertian Listrik Arus Searah

Ø  Besaran – Besaran Listrik Arus Searah

Ø  Arus Listrik

Ø  Kuat Arus LIstrik

Ø  Potensial Listrik

Ø  Hambatan Listrik

 

Ø Pengertian Listrik Arus Searah

Arus listrik searah (Direct Current atau DC) adalah aliran elektron dari suatu titik yang energi potensialnya tinggi ke titik lain yang energi potensialnya lebih rendah.

Arus searah dulu dianggap sebagai arus positif yang mengalir dari ujung positif sumber arus listrik ke ujung negatifnya. Pengamatan-pengamatan yang lebih baru menemukan bahwa sebenarnya arus searah merupakan arus negatif (elektron) yang mengalir dari kutub negatif ke kutub positif. Aliran elektron ini menyebabkan terjadinya lubang-lubang bermuatan positif, yang “tampak” mengalir dari kutub positif ke kutub negatif.

Contoh dari penggunaan listrik arus searah yaitu penyaluran tenaga listrik komersil yang pertama (dibuat oleh Thomas Alfa Edison di akhir abad ke 19) menggunakan listrik arus searah. Generator komersiel yang pertama di dunia juga menggunakan listrik arus searah.

Ø Besaran – Besaran Listrik Arus Searah

Dalam kelistrikan terdapat beberapa besaran, dimana setiap besaran mempunyai simbol serta satuan masing-masing yaitu :
1 Satuan Elektro Statis ( SES )
2 Satuan Elektro Magnetis ( SEM )
3 Satuan Praktis
Satuan yang dipakai sekarang ini adalah satuan praktis, karena dua satuan yang lain terlalu rumit untuk dipakai. Berikut beberapa besaran listrik dan simbol beserta satuannya :
Nama Besaran Simbol Satuan

Ø  Arus listrik I Ampere ( A )

Ø  Tegangan listrik/Beda Potensial E / V / U Volt ( V )

Ø  Muatan listrik Q Coulomb ( C )

Ø  Tahanan listrik R Ohm ( Ω )

Ø  Daya Listrik P Watt ( W )

Ø  Usaha Listrik (energi) W Joule ( J )

Ø  Kapasitansi C Farad ( F )

Ø  Konduktansi G Siemens ( S )

Ø  Induktansi L Henry ( H )

Ø  Frekuensi f Hertz ( Hz )

Ø  Fluksi Magnet ø Weber ( Wb )

Ø  Fluksi Cahaya ø Lumen ( Lm )

Ø  Iluminasi E Lux ( Lx )

Ø Arus Listrik

Arus listrik dapat mengalir pada suatu penghantar listrik (konduktor), arus listrik terjadi apabila dua kutub yang bermuatan listrik berbeda pada suatu sumber listrik dihubungkan menggunakan suatu bahan konduktor. Arus listrik terjadi akibat beda potensial (tegangan listrik) antara kedua kutub dengan muatan listrik yang berbeda. Arus listrik mengalir dari medan listrik dengan potensial yang lebih tinggi ke medan listrik dengan potensial lebih rendah.

Aliran listrik yang arahnya tetap disebut aliran listrik searah (DC = Direct Current) dan yang tidak tetap sering disebut aliran listrik bolak-balik (AC = Alternating Current).

Ø Kuat Arus LIstrik

kuat arus listrik adalah jumlah muatan listrik yang mengalir dalam kawat penghantar tiap satuan waktu. Arah arus listrik (I) yang timbul pada penghantar berlawanan arah dengan arah gerak elektron.

I = Kuat arus listrik yang mengalir (A)

Q = Muatan listrik (C)

t = Waktu (s)

Ø Potensial Listrik

Potensial listrik didefinisikan sebagai energi potensial listrik per satuan muatan listrik. Misalkan ketika berada pada titik a, muatan q mempunyai energi potensial listrik sebesar EPa , maka potensial listrik pada titik a dirumuskan sebagai berikut :

Keterangan : V = potensial listrik, EP = energi potensial listrik, q = muatan listrik. Potensial listrik tidak hanya ada di titik a tetapi juga pada semua titik dalam medan listrik. Titik a digunakan sebagai contoh. Sebagaimana akan dijelaskan kemudian, potensial listrik tidak bergantung pada muatan q.

Ø Hambatan Listrik

Hambatan listrik dapat berupa resistor tetap dan variable. Resistor tetap dibuat dari karbo atau kawat nikrom tipis. Sedangkan resistor variable dapat dibedakan menjadi resistor variable tipe berputar dan tipe bergeser. Hambatan listrik erat kaitannya dengan hokum Ohm, yaitu hokum yang menyatakan hubungan antara tegangan, arus , danhambatan listrik pada sebuah penghantar listrik ( konduktor ).

Pertemuan kedua

Ø  Hukum Ohm

Ø  Hambatan pada kawat penghantar

Ø  Rangkaian hambatan listrik

Ø  Hambatan seri

Ø  Hambatan Paralel

Ø Hukum Ohm

Hukum Ohm adalah suatu pernyataan bahwa besar arus listrik yang mengalir melalui sebuah penghantar selalu berbanding lurus dengan beda potensial yang diterapkan kepadanya. Sebuah benda penghantar dikatakan mematuhi hukum Ohm apabila nilai resistansinya tidak bergantung terhadap besar dan polaritas beda potensial yang dikenakan kepadanya. Walaupun pernyataan ini tidak selalu berlaku untuk semua jenis penghantar, namun istilah "hukum" tetap digunakan dengan alasan sejarah.

Secara matematis hukum Ohm diekspresikan dengan persamaan:

V=IR

Di mana :

I  adalah arus listrikyang mengalir pada suatu penghantar dalam satuan Ampere.

V adalah tegangan listrik yang terdapat pada kedua ujung penghantar dalam satuan volt.

R adalah nilai hambatan listrik (resistansi) yang terdapat pada suatu penghantar dalam satuan ohm.

Hukum ini dicetuskan oleh Georg Simon Ohm, seorang fisikawan dari Jerman pada tahun 1825 dan dipublikasikan pada sebuah paper yang berjudul The Galvanic Circuit Investigated Mathematically pada tahun 1827. 

Ø Hambatan pada kawat penghantar

besar hambatan suatu kawat penghantar 1. Sebanding dengan panjang kawat penghantar. artinya makin panjang penghantar, makin besar 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 

Ø Rangkaian hambatan listrik

Rangkaian hambatan listrik dibedakan menjadi dua, yaitu rangkaian seri dan rangkaian paralel. Pada rangkaian listrik, mungkin kita sering menjumpai beberapa hambatan yang dirangkai secara bersama-sama. Hambatan yang dimaksud di sini bukan hanya resistor, melainkan semua peralatan yang menggunakan listrik, seperti lampu, radio, televisi, dan setrika listrik.

Jenis Rangkaian Hambatan Listrik

Rangkaian hambatan listrik dibedakan menjadi dua, yaitu seri dan paralel.

Ø Hambatan seri

Hambatan seri adalah rangkaian yang disusun secara berurutan (segaris). Pada rangkaian hambatan seriyang dihubungkan dengan suatu sumber tegangan, besar kuat arus di setiap titik dalam rangkaian tersebut adalah sama. Jadi, semua hambatan yang terpasang pada rangkaian tersebut dialiri arus listrik yang besarnya sama. Bila salah satu hambatan ada yang putus, maka arus listrik pada rangkaian tersebut juga putus/tidak mengalir

Pada gambar diatas, terlihat dua buah lampu (sebagai hambatan) yang disusun seri. Kuat arus yang mengalir melalui kedua lampu tersebut sama besarnya, sedangkan tegangannya berbeda (VAB ≠ VBC).

Ø Hambatan Paralel

Hambatan paralel adalah rangkaian yang disusun secara berdampingan/berjajar. Jika hambatan yang dirangkai paralel dihubungkan dengan suatu sumber tegangan, maka tegangan pada ujung-ujung tiap hambatan adalah sama. Sesuai dengan Hukum I Kirchoff, jumlah kuat arus yang mengalir pada masing-masing hambatan sama dengan kuat arus yang mengalir pada penghantar utama.

Pada gambar diatas, dua buah lampu (sebagai hambatan) dirangkai paralel. Kuat arus yang mengalir pada lampu 1 (I1) dan lampu 2 (I2) besarnya tergantung nilai hambatannya, sedangkan tegangan yang melewati kedua lampu tersebut besarnya sama.

Pertemuan ketiga

Ø  Hukum Kirchhoff II

Ø  Perhitungan Energi dan Daya Listri

Ø Hukum Kirchhoff II

Hukum II Kirchhoff berbunyi : “Di dalam sebuah rangkaian tertutup, jumlah aljabar gaya gerak listrik (є) dengan penurunan tegangan (I.R) sama dengan nol. Maksud dari jumlah penurunan potensial sama dengan nol adalah tidak ada energi listrik yang hilang dalam rangkaian tersebut, atau dalam arti semua energi listrik bisa digunakan atau diserap.

Hukum II Kirchhoff dirumuskan sebagai

ΣE +ΣIR = 0

Keterangan :

ΣE = jumlah ggl sumber arus (V)

ΣIR = jumlah penurunan tegangan. (V)

I = arus listrik (A)

R = hambatan (W)

Penggunaan Hukum II Kirchhoff adalah sebagai berikut:

Ø Pilih rangkaian untuk masing-masing lintasan tertutup dengan arah tertentu. Pemilihan arah loop bebas, tapi jika memungkinkan diusahakan searah dengan arah arus listrik.

Ø Jika pada suatu cabang, arah loop sama dengan arah arus, maka penurunan tegangan (IR) bertanda positif, sedangkan bila arah loop berlawanan arah dengan arah arus, maka penurunan tegangan (IR) bertanda negatif.

Ø Bila saat mengikuti arah loop, kutub sumber tegangan yang lebih dahulu dijumpai adalah kutub positif, maka gaya gerak listrik bertanda positif, sebaliknya bila kutub negatif maka penurunan tegangan (IR) bertanda negatif.

Ø Perhitungan Energi dan Daya Listrik 

Untuk menghitung energi listrik dapat digunakan persamaaan matematis yakni:

W = V . I . t

Di mana:

W = Energi listrik

V = tegangan listrik

I = kuat arus litrik

t = waktu

Persamaan W = V . I . t di atas diajabarkan lagi dengan menggunakan persamaan Hukum Ohm yaitu:

V = I.R. atau

I = V/R

Sehingga dengan menggabungkan rumus hukum ohm (V = I.R) dengan persamaan W = V . I . t maka diperoleh persamaan baru yaitu:

W = V . I . t

W = I. R . I . t (ingat energi harus di IRIt)

W = I2. R . t

Selain rumus IRIt di atas juga akan didapatkan rumus yang lain dengan cara yang sama hanya saja rumus hukum ohm yang digunakan yaitu I = V/R, sehingga rumusnya menjadi:

W = V . I . t

W = V . (V/R) . t

W = V2. t/R

Dari penjelasan tersebut maka energi listrik dapat dicari dengan menggunakan persamaan sebagai berikut:

W = V . I . t

W = I2. R . t

W = V2. t/R

Lalu bagaimana cara mencari daya suatu listrik pada suatu rangkaian atau alat?

Kembali lagi anda harus mengingat konsep daya listrik pada saat anda duduk di kelas IX SMP. Di mana daya istrik didefinisikan sebagai banyaknya energi listrik tiap satuan waktu. Secara matematis dapat dirumuskan sebagai berikut:

P = W/t

di mana:

P = daya listrik

W = energi listrik

t = waktu

 selain itu daya listrik dapat dicari dengan menggunakan persamaan berikut:

P = W/t

P = V . I

P = I2. R

P = V2/R

Satuan energi listrik adalah joule (J) dan satuan untuk daya listrik adalah watt (W). Energi listrik yang digunakan dalam kehidupan sehari-hari oleh pelanggan listrik diukur dengan satuan kWh (kilowatt-hour).

1 kWh = 3,6 × 106 J

Selain itu ada juga satuan dari energi listrik dengan satuan kalori.

1 kalori = 4,18 Joule

1 Joule = 0,24 kalori

 

 

 

 

Tweet