• Teori Dasar Listrik

    teori dasar listrik

    Listrik dan Sumbernya

    Listrik seperti yang kita tahu adalah salah satu bentuk energi. Energi listrik biasanya kita gunakan untuk menghidupkan lampu, menonton televisi, menyetrika dll.

    Tahukah Anda darimana sumber listrik itu berasal?

    Listrik dapat berasal dari berbagai macam sumber Energi diantaranya :

    1. Energi Matahari, contohnya : panel surya.
    2. Energi Gerak, contohnya : Generator.
    3. Energi Kima, contohnya : Battery dan Aki.

    1.Energi Matahari

    Energi listrik dapat dihasilkan dari merubah sinar matahari (cahaya) menjadi energi listrik.Salah satu cara dilakukan adalah dengan menggunakan Panel Surya (sollar cell). Panel surya sendiri, saat ini sudah banyak digunakan karena lebih ramah lingkungan dan mudah dalam pemasanganya.

    panel surya
    Panel Surya

    2.Energi Gerak.

    Listrik dari PLN yang sering kita gunakan di rumah kita sebagian besar berasal dari Energi Gerak. Alat yang digunakan untuk mengubah Energi Gerak menjadi Energi Listrik adalah Generator. Generator ini nantinya akan merubah Gerak (putaran) menjadi Listrik melalui magnet dan kumparan. Generator banyak digunakan hampir di seluruh pembangkitan di Indonesia seperti PLTU, PLTA, PLTD dll.

    generator
    Generator

    Teori Atom

    Teori atom adalah suatu teori yang mempelajari sifat suatu materi, yang menyatakan bahwa materi itu terdiri dari susunan(gabungan) dari atom. Sedangkan Atom adalah bagian terkecil dari suatu materi yang sudah tidak bisa dipecah lagi.

    Teori atom ini nanti yang akan mendasari kita dalam memahami konsep dari ilmu listrik, bagaimana arus bisa mengalir, muatan listrik dll. Namun kali ini, kita tidak membahas atom secara detail, melainnkan kita hanya menyinggung saja sedikit sebagai dasar nanti memahami istilah-istilah dalam listrik.

    Atom terdiri dari : Proton, neutron, dan elektron. Proton bermuatan Positif , Neutron Tidak bermuatan /Netral, sedangkan Elektron bermuatan Negatif.

     

    Atom image
    Atom

    Atom memiliki 2 bagian yaitu Inti Atom dan Kulit Atom. Inti Atom terdiri dari Proton dan Neutron yang disebut dengan Nukleus. Sedangkan Kulit Atom terdiri atas Elektron. Diantara bagian-bagian atom hanya elektron yang mudah berpindah pindah dari atom satu ke atom yang lainya. Elektron Valensi adalah elektron pada kulit terluar dari suatu atom yang mudah berpindah-pindah.

    Elektron akan berpindah dari suatu atom yang bermuatan negatif menuju ke atom yang bermuatan positif. Dengan kata lain, elektron akan ditarik oleh atom dengan muatan postif.Suatu Atom dikatakan bermuatan postif jika kekurangan jumlah elektron, sebaliknya atom bermuatan negatif jika terlalu banyak elektron.

    Lalu, apa hubunganya elektron dengan listrik?

    Tentu kita tidak asing lagi dengan istilah Arus Listrik bukan? Arus litrik adalah banyaknya elektron yang mengalir dalam satuan waktu. Arus bisa timbul dikarenakan adanya beda potensial atau tegangan. Itu konsep yang harus kita pegang dan jangan sampai lepas, karena jika sampai lepas maka penjelasan dibawah ini tidak akan menjadi arti apa-apa.

    Oke siap kan?

    Jika suatu penghantar di hubungkan dengan sumber tegangan maka akan timbul arus listrik. Seperti itu kan? Nah sekarang arus listrik ada karena elektron yang mengalir. Bagaimana elektron bisa mengalir atau berpindah pindah? Coba perhatikan gambar dibawah ini.

    aliran elektron dan arus
    Arus Listrik dan Elektron

    Pada gambar diatas ada penghantar dan ada sumber tegangan (battery). Battery mempunyai 2 kutub yaitu kutub positif dan kutub negatif. Kutub positif mempunyai muatan positif dengan kata lain kekurangan elektron.Sebaliknya, kutub negatif bermuatan negatif dengan kata lain kelebihan elektron. Pada penghantar mempunyai ribuan atom katakanlah atom 1, 2 , 3 , 4 , 5 , 6 dst. Disini saya contohkan cuman sampai 6 saja.

    Pada saat penghantar dihubungkan dengan sumber tegangan, maka elektron valensi pada atom 1 akan tertarik oleh muatan positif battery. Maka, akibatnya atom 1 bermuatan positif. Ketika atom 1 bermuatan positif, maka elektron valensi atom 2 akan berpindah ke atom 1 karena atom 1 bermuatan positif. Hal ini mengakibatkan atom 2 bermuatan positif dan akan menarik elektron valensi atom 3. Begitu seterusnya sampai pada atom terakhir. Pada atom terakhir yang bermuatan positif, maka ia akan menarik elektron valensi dari kutub negatif battery dan proses ini akan berulang terus menerus selama penghantar tetap terhubung.

    Oleh karena itu, pada gambar diatas arah aliran elektron bergerak kekiri. Perlu di ingat bahwa “Elektron mengalir dari negatif ke positif, sedangkan arus listrik mengalir dari positif ke negatif“. Arus di listrik di lihat dari bergeraknya muatan atom positif, sehingga arahnya ke kanan, sedangkan aliran elektron di lihat dari arah loncatan elektron ke muatan positif sehingga bergerak ke kiri.

     

    Tegangan, Arus dan Resistansi.

    Jika kita ingin belajar tentang listrik maka kita tidak akan lepas dengan ketiga hal tersebut.Ketiga istilah tersebut nantinya akan digunakan terus menerus dan menjadi pondasi dasar dalam memahami ilmu listrik.

    1. Analogi Tegangan, Arus dan Resistansi.

    Untuk memudahkan pemahaman tentang Tegangan, Arus dan Resistansi maka kita bisa membuat analogi dari ketiga istilah tersebut.Tegangan kita analogikan sebagai Tekanan(tinggi tampungan). Arus kita analogikan sebagai Banyaknya air yang mengalir. Sedangkan Resistansi kita analogikan Besar dan kecilnya lubang saluran air. Coba perhatikan gambar dibawah ini.

    VIR analogy
    V, I, R analogi

    Dengan tinggi yang sama dan dengan lebar saluran yang berbeda, maka akan dihasilkan jumlah air yang berbeda dalam satu waktu. Dari gambar diatas bisa kita simpulkan bahwa semakin besar tekanan (tegangan) maka jumlah air yang mengalir semakin besar (arus). Sedangkan semakin kecil pipa penyaluran ( resistansi besar ) semakin sedikit jumlah air yang mengalir (arus).

     

    2. Hukum Ohm

    Arus listrik yang mengalir pada suatu penghantar berbanding lurus dengan tegangan yang diberikan kepadanya dan berbanding terbalik dengan hambatan pada penghantar tersebut.

    Huku ohm dicetuskan oleh George Simon Ohm seorang fisikawan asal Jerman pada tahun 1825. Jika diituliskan maka hukum ohm akan menjadi :

    V = I x R

    Dengan :

    V : Tegangan / Beda potensial (V).
    I  : Arus yang mengalir (A).
    R : Resistansi/hambatan (Ω).

    Jika Anda memahami analogi sebelumnya tentu tidak akan kesulitan untuk memahami hukum ohm ini. Karena analogi diatas mengacu pada hukum ohm. Dari rumus diatas jika kita ingin mencari Hambatan atau Arus bisa menggunakan rumus berikut :

    I = V / R dan R = V / I

    Sebagai contoh, jika suatu rangkaian mempunyai tegangan 24 Volt dan Resistansi 4Ω. Maka arus yang mengalir pada rangkaian tersebut adalah

    I = V / R
    I = 24 / 4I = 6 A

    Arus yang mengalir pada rangkaian tersbut adalah 6 Ampere. Hal ini berlaku juga untuk mencari tegangan dan resistansi.

    3. Tegangan

    Tegangan adalah beda potensial antara dua titik dalam satu rangkain listrik yang dinyatakan dalam satuan volt.

    “Satu Volt adalah beda potensial antara dua titik saat melakukan usaha satu joule untuk memindahkan muatan listrik satu coulomb”

    Formula atau rumus untuk tegangan adalah seperti dibawah ini.

    V = W / Q

    Dengan :

    V  = Tegangan (Volt).
    W = Usaha (Nm atau Joule).
    Q  = Muatan Listrik (C).

    Besaran tegangan listrik dinyatakan dengan satuan (V) Volt.

     1 MV (Megavolt) = 1000 KV (Kilovolt), 1 KV = 1000 Volt , 1 V = 1000 mV(milivolt) dan 1 mV = 1000 µV (mikro volt).

    4. Arus Listrik

    Secara mendasar arus listrik dapat diartikan sebagai Banyaknya elektron yang mengalir pada suatu penghantar secara terus menerus dalam satuan waktu.

    Arus listrik diukur dengan satuan Ampere atau Coulomb/sekon.Arus listrik dibedakan menjadi 2 yaitu arus searah dan arus bolak-balik. Arus searah (Direct Curent) biasa orang sebut dengan arus DC  dan Arus bolak-balik (Alternating Curent) biasa disebut dengan arus DC.

    Perlu diingat bahwa arus listrik mengalir dari positif (+) ke negatif (-) sedangkan elektron mengalir dari negatif (-) ke posistif (+). Pembahasan ini sudah kita singgung sebelumnya.

    Ada istilah yang ada pada arus listrik yaitu Rapat Arus.

    Rapat arus adalah Besarnya arus listrik tiap mm² dari luas penampangnya.

    Rapat Arus bisa dihitung dengan menggunakan rumus dibawah ini.

    J = I/A

    Dimana :

    J : Rapat Arus (mm²/A)
    I : Arus yang mengalir (A)
    A : Luas penampang penghantar (mm²)

    Sebagai contoh :

    Sebuah penghantar dialiri arus sebesar 12 A  dan memiliki luas penampang 4 mm². Kemudian penampang kabel tersebut mengecil menjadi 1,5 mm². Berapa kerapatan arusnya?

    Jawab :

    Rapat Arus pada penampang besar :

    J = I/A
    J = 12/4
    J = 3 mm²/A

    Rapat arus pada penampang kecil :

    J = I / A
    J = 12/1,5
    J = 8 mm²/A

    rapat arus
    Rapat Arus

    Kerapatan arus yang tinggi dapat berakibat menjadikan penghantar menjadi panas.Oleh karena itu dibuatlah tabel KHA atau Kuat Hantar arus yang mengatus berapa maksimum arus yang bisa dialirkan pada penghantar tersebut.

    Tabel KHA bisa dilihat pada tabel dibawah ini.

    kuat hantar arus kabel
    Tabel Kuat Hantar Arus

    Pada tabel diatas bisa kita ambil contoh jenis kabel N2XSEFFbY yang memiliki luas penampang 50 mm² memiliki KHA = 194 pada tegangan 6 atau 1o KV di tanah. Maka Rapat arusnya adalah 194/50 = 2.88 mm²/A.

    Untuk melihat standart dari KHA bisa dilihat di Pedoman Umum Instalasi Listrik (PUIL).

    5.Hukum Kirchoff

    Hukum Kirchoff adalah hukum yang mengatur tentang tegangan dan arus.Hukum ini kirchoft pertama kali di publikasikan oleh Gustav Robert Kirchhoff pada tahun 1845.

    Ada 2 hukum kirchoff. yang pertama membahas percabangan arus dan yang kedua membahas masalah total tegangan.

    Hukum kirchoff 1 :

    “Jumlah kuat arus yang masuk dalam titik percabangan sama dengan jumlah kuat arus yang keluar dari titik percabangan”

    Jika dituliskan dalam rumus, menjadi ∑Imasuk = ∑Ikeluar atau Jumlah arus yang masuk dan keluar adalah sama.

    Coba perhatikan gambar dibawah ini.

    Hukum Kirchoff 1
    Hukum Kirchoff 1

    Pada gambar diatas bisa kita lihat bahwa Imasuk merupakan jumlah dari I1, I2 dan I3. Sebagai contoh jika pada gambar diatas I = 9 A , I1 = 2 A dan I3 = 4 A. Berapakah Arus pada I2?

    Untuk menjawabnya kita gunakan saja rumus diatas : I = I1 + I2 + I3 sehingga I2 = I – (I1 + I3) = 9 – 6 = 3 A. Jadi besar arus pada I2 = 3 A.

    Hukum Kirchoff 2.

    Hukum kirchoff 2 membahas tentang jumlah tegangan pada rangkaian tertutup.

    “Total Tegangan (beda potensial) pada suatu rangkaian tertutup adalah nol.”

    Jika dituliskan dalam rumus maka akan menjadi Vab + Vbc + Vcd + Vda = 0.

    6.Resistansi

    Dalam dunia listrik ada yang dinamakan dengan penghantar, inilah yang akan menghubungkan sumber listrik dengan beban. Secara umum yang kita ketahui, penghantar disebut dengan kabel. Penghantar yang bagus adalah penghantar yang terbuat dari bahan metal seperti tembaga, alumunium dll. Dalam penghantar, tidak lepas dengan adanya hambatan/resistansi.

    Hambatan/Resistansi adalah kemampuan suatu benda dalam menahan aliran arus listrik.

    Resistansi dinyatakan dengan satuan ohm (Ω).

    “Tahanan 1 Ω adalah tahanan satu kolom air raksa dengan panjang 063 mm yang mempunyai penampang 1 mm² pada temperatur 0 °C”

    Untuk menghitung resistansi dari suatu penghantar, kita bisa menggunakan rumus dibawah ini.

    R = ρ x l /A

    Dengan :

    R = Tahanan Penghantar (Ω)
    ρ (rho) =Tahanan Jenis (Ω.m)
    l = Panjang Penghantar (m)
    A = Luas penampang Pengantar (m²)

    Untuk menghitung resistansi dari suatu penghantar kita memerlukan tabel Tahanan Jenis seperti pada gamabar dibawah ini.

    hambatan jenis
    Tabel Hambatan Jenis

    Sebagai contoh : Sebuah penghantar tembaga memiliki panjang 100 meter dengan luas penampang 5 mm. Berapa resistansi pada penghantar tersebut?

    Jawab :

    R = ρ x l /A
    R = 1,68 x 10-8 x 100 / 5
    R = 1,68 x 10-6 / 5
    R = 0,33 x 10-6 Ω

    Jadi hambatan yang ada pada penghantar tersebut adalah 0,33 x 10-6 Ω atau 0,00000033 Ω.

     

    Menghitung Daya Listrik

    Daya Listrik adalah Tenaga yang digunakan dalam satuan waktu.

    Dengan kata lain daya listrik merupakan energi listrik yang kita gunakan dalam 1 detik.Jika diperhatikan setiap rumah memiliki batasan daya listrik masing-masing saat memasang listrik ke PLN seperti 450 watt, 900 watt dan 1300 watt. Daya listrik di simbolkan dengan huruf P dan dengan satuan Watt (W).

    Untuk menghitung daya listrik, kita bisa menggunakan rumus dibawah ini :

    P = V x I

    Dengan :
    P = Daya (W)V = Tegangan (V)
    I = Arus listrik (A)

    Sebagai contoh : Sebuah rangkaian listrik mempunyai tegangan 220 Volt dengan arus yang mengalir sebesar 3 Ampere. Berapakah daya yang digunakan?

    Untuk menghitungnya, gunakan rumus diatas :

    P = V x I
    P = 220 x 3
    P = 660 Watt.

    Jadi daya yang digunakan adalah 660 Watt.

    1 MW(Megawatt) = 1000 KW (Kilowatt)
    1 KW = 1000 Watt.

    KWH atau Kilowatt hour adalah besarnya penggunaan daya listrik dalam kilowatt selama satu jam.Hitungan ini dugunakan sebagai acuan tarif listrik yang kita gunakan.Dengan dasar ini sebenarnya kita sudah bisa memperkirakan berapa listrik yang harus kita bayar.Perhatikan contoh dibawah ini.

    Sebuah alat listrik terhubung dengan sebuah sumber tegangan 220 volt dengan arus 0,5 Ampere selama 3 jam.Berapa Kwh listrik yang telah digunakan?

    Untuk menghitung Kwh kita bisa menggunakan P x t(jam). sehingga jika dihubungkan dengan permasalahan diatas menjadi :

    Konsumsi daya = P x t
    Konsumsi daya = V x I x t
    Konsumsi daya = 220 x 0,5 x 3
    Konsumsi daya = 110 x 3
    Konsumsi daya = 330 wh

    Jadi penggunaan konsumsi listrik akan kita rubah menjadi kwh sehingga menjadi 330/1000 = 0,33 Kwh.

    Dasaran ini bisa kita gunakan untuk menghitung taksiran biaya yang kita gunakan selama 1 bulan. Contoh nya seperti ini :

    Dalam sebuah rumah terdapat 3 buah bola lampu dengan daya 5 watt dan dinyalakan selama 8 jam dalam sehari.Dan 1 buah TV dengan daya 200 watt dinyalakan selama 6 jam sehari. Jika tarif per kwh adalah Rp.1200, berapakah listrik yang harus dibayar dalam 1 bulan?

    Untuk menjawab kasus diatas, pertama kita harus menghitung konsumsi daya dalam sehari dari masing masing peralatan diatas.

    Daya lampu = 3 x 5 = 15 watt, jika dinyalakan selama 8 jam menjadi 15 x 8 = 120 wh(watt hour).
    Daya tv = 200 watt dinyalakan selama 6 jam sehingga menjadi 200 x 6 = 1200 wh.

    Total penggunaan daya dalam sehari adalah 1200+120 = 1320 wh, dijadikan menjadi kwh = 1320/1000 = 1,32 kwh.

    Total penggunaan daya selama 1 bulan = 1,32 x 30 = 39,6 kwh.

    Penghitungan biaya = kwh x tarif = 39,6 x Rp.1200 = Rp. 47.520

    Jadi biaya yang harus dibayar dalam 1 bulan adalah Rp. 47.520.

    Untuk menentukan tarif dasar listrik, kita harus ber acuan pada tarif dasar listrik dari PLN seperti pada tabel dibawah ini.

    tarif dasar listrik
    Tarif dasar listrik 2016

    Pada gambar diatas, bisa kita lihat tarif dari dasar listrik rumah kita. Jika Anda sudah memahami bagaimana cara menghitung daya listrik, maka tentunya Anda juga bisa memperkirakan berapa biaya bulanan yang harus dibayar berdasarkan penggunaan daya yang Anda gunakan.

     

    Itulah beberapa teori dasar yang ada dalam bidang kelistrikan dan elektronika.Penulis menyadari bahwa tulisan diatas mungkin terdapat kesalahan atau kekurangan. Untuk itu, jika ada tambahan atau sanggahan serta pertanyaan seputar materi diatas mohon dituliskan di komentar dengan bahasa yang baik.

    Semoga Bermanfaat.

Leave a comment

If you want to share your opinion, leave a comment.

You may use these HTML tags and attributes:

<a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong> 

  • Lebah Kecil says:Reply
    September 23, 2016 at 10:53 pm

    Wah thx, gua jadi inget lagi tentang Atom, plus tambah information juga

    • admin TL says:Reply
      September 23, 2016 at 11:16 pm

      Terima kasih banyak mas. Kunjunganya 🙂

  • Muhammad harun says:Reply
    September 24, 2016 at 12:31 pm

    wah sangat bermanfaat sekali artikelnya gan, dibahas secara rinci dan sangat detail 😀

    • admin TL says:Reply
      September 24, 2016 at 1:44 pm

      Terima kasih mas 🙂

%d bloggers like this: