Konsep Dasar

          Diblog kali ini akan menjelaskan definisi dari konsep dasar beserta contoh soalnya:

          Definisi

              Rangkaian listrik adalah suatu kumpulan elemen atau komponen listrik yang saling dihubungkan                 dengan cara-cara tertentu dan paling sedikit mempunyai satu lintasan tertutup.            
            Elemen listrik dapat dikelompokkan berdasarkan jumlah terminalnya yaitu

1. Elemen listrik dua terminal

a. Sumber tegangan

b. Sumber arus

c. Resistor ( R )

d. Induktor ( L )

e. Kapasitor ( C )

2. Elemen listrik lebih dari dua terminal

a. Transistor

b. Op-amp

Berbicara mengenai Rangkaian Listrik, tentu tidak dapat dilepaskan dari pengertian dari rangkaian itu sendiri, dimana rangkaian adalah interkoneksi dari sekumpulan elemen atau komponen penyusunnya ditambah dengan rangkaian penghubungnya dimana disusun dengan cara-cara tertentu dan minimal memiliki satu lintasan tertutup. Dengan kata lain hanya dengan satu lintasan tertutup saja kita dapat menganalisis suatu rangkaian.
Yang dimaksud dengan satu lintasan tertutup adalah satu lintasan saat kita mulai dari titik yang dimaksud akan kembali lagi ketitik tersebut tanpa terputus dan tidak memandang seberapa jauh atau dekat lintasan yang kita tempuh. Rangkaian listrik merupakan dasar dari teori rangkaian pada teknik elektro yang menjadi dasar atau fundamental bagi ilmu-ilmu lainnya seperti elektronika, sistem daya, sistem computer, putaran mesin, dan teori control.

Arus Listrik
Pada pembahasan tentang rangkaian listrik, perlu kiranya kita mengetahui terlebih dahulu beberapa hal megenai apa itu yang dimaksud dengan listrik. Untuk memahami tentang listrik, perlu kita ketahui terlebih dahulu pengertian dari arus. Arus merupakan perubahan kecepatan muatan terhadap waktu atau muatan yang mengalir dalam satuan waktu dengan simbol i (dari kata Perancis : intensite), dengan kata lain arus adalah muatan yang bergerak. Selama muatan tersebut bergerak maka akan muncul arus tetapi ketika muatan tersebut diam maka arus pun akan hilang. Muatan akan bergerak jika ada energi luar yang memepengaruhinya. Muatan adalah satuan terkecil dari atom atau sub bagian dari atom. Dimana dalam teori atom modern menyatakan atom terdiri dari partikel inti (proton bermuatan + dan neutron bersifat netral) yang dikelilingi oleh muatan elektron (-), normalnya atom bermuatan netral.
Muatan terdiri dari dua jenis yaitu muatan positif dan muatan negatif Arah arus searah dengan arah muatan positif (arah arus listrik) atau berlawanan dengan arah aliran elektron. Suatu partikel dapat menjadi muatan positif apabila kehilangan elektron dan menjadi muatan negatif apabila menerima elektron dari partikel lain. Coulomb adalah unit dasar dari International System of Units (SI) yang digunakan untuk mengukur muatan listrik.
Simbol:
Q = muatan konstan
q = muatan tergantung satuan waktu
muatan   1 elektron = -1,6021 x 10^-19 coulomb

   1 Coulomb = -6,24 x 10¹⁸ elektron

Secara matematis arus didefinisikan : i=     .............................. (1)

Satuan : Ampere (A)

Dalam teori rangkaian arus merupakan pergerakan muatan positif. Ketika terjadi beda potensial

disuatu elemen atau komponen maka akan muncul arus dimaan arah arus positif mengalir dari

potensial tinggi ke potensial rendah dan arah arus negatif mengalir sebaliknya.

Macam-macam arus :

1. Arus searah (Direct Current/DC)

Arus DC adalah arus yang mempunyai nilai tetap atau konstan terhadap satuan waktu, artinya diaman pun kita meninjau arus tersebut pada wakttu berbeda akan mendapatkan nilai yang sama.

2. Arus bolak-balik (Alternating Current/AC)

Arus AC adalah arus yang mempunyai nilai yang berubah terhadap satuan waktu dengan karakteristik akan selalu berulang untuk perioda waktu tertentu

(mempunyai perida waktu : T).

Tegangan

Tegangan atau beda potensial (voltage) adalah kerja yang dilakukan untuk menggerakkan satu muatan (sebesar satu coulomb) pada elemen atau komponen dari satu terminal/kutub ke terminal/kutub lainnya, atau pada kedua terminal/kutub akan mempunyai beda potensial jika kita menggerakkan/memindahkan muatan sebesar satu coulomb dari satu terminal ke terminal lainnya.

Keterkaitan antara kerja yang dilakukan sebenarnya adalah energi yang dikeluarkan, sehingga pengertian diatas dapat dipersingkat bahwa tegangan adalah energi per satuan muatan.

Pada gambar diatas, jika terminal/kutub A mempunyai potensial lebih tinggi daripada potensial di terminal/kutub B. Maka ada dua istilah yang seringkali dipakai pada Rangkaian Listrik, yaitu :

1. Tegangan turun/ voltage drop

Jika dipandang dari potensial lebih tinggi ke potensial lebih rendah dalam hal ini dari terminal A ke terminal B.

2. Tegangan naik/ voltage rise

Jika dipandang dari potensial lebih rendah ke potensial lebih tinggi dalam hal ini dari terminal B ke terminal A.

Pada modul ini istilah yang akan dipakai adalah pengertian pada item nomor 1 yaitu tegangan turun. Maka jika beda potensial antara kedua titik tersebut adalah sebesar 5 Volt, maka VAB = 5 Volt dan VBA = -5 Volt

Energi

Kerja yang dilakukan oleh gaya sebesar satu Newton sejauh satu meter. Jadi energi adalah sesuatu kerja dimana kita memindahkan sesuatu dengan mengeluarkan gaya sebesar satu Newton dengan jarak tempuh atau sesuatu tersebut berpindah dengan selisih jarak satu meter.

Pada alam akan berlaku hukum Kekekalan Energi dimana energi sebetulnya tidak dapat dihasilkan dan tidak dapat dihilangkan, energi hanya berpindah dari satu bentuk ke bentuk yang lainnya. Contohnya pada pembangkit listrik, energi dari air yang bergerak akan berpindah menjadi energi yang menghasilkan energi listrik, energi listrik akan berpindah menjadi energi cahaya jika anergi listrik tersebut melewati suatu lampu, energi cahaya akan berpinda menjadi energi panas jika bola lampu tersebut pemakaiannya lama, demikian seterusnya.

Untuk menyatakan apakah energi dikirim atau diserap tidak hanya polaritas tegangan tetapi arah arus juga berpengaruh. Elemen/komponen listrik digolongkan menjadi :

1. Menyerap energi

Jika arus positif meninggalkan terminal positif menuju terminal elemen/komponen, atau arus positif menuju terminal positi elemen/komponen tersebut.

2. Mengirim energi

Jika arus positif masuk terminal positif dari terminal elemen/komponen, atau arus positif meninggalkan terminal positif elemen/komponen.

Energi yang diserap/dikirim pada suatu elemen yang bertegangan v dan muatan yang melewatinya Δq adalah Δw= v Δq         ....................................(3)

Satuan : Joule (J)

Daya

Rata-rata kerja yang dilakukan

Daya secara matematis : 

Satuan : Watt (W)

Analisis Rangkaian

Mencari hubungan antara masukan dan keluaran pada rangkaian yang telah diketahui, misalkan mencari keluaran tegangan/ arus ataupun menentukan energi/ daya yang dikirim. Ada 2 cabang utama dari teori rangkaian (input, rangkaian, output) :

1. Analisa rangkaian (rangkaian dan input untuk mencari output)

2. Sintesa rangkaian/ desain (input dan output untuk mencari rangkaian)


Contoh Soal:
1. Muatan listrik sebanyak 1 Coulomb melewati kawat konduktor selama 1 sekon. Besararus
listrik adalah…..
 Pembahasan
 Diketahui :
                         Muatan (Q) = 1 Coulomb
                         Selang waktu (t) = 1 sekon
 Ditanya : Arus listrik
 Jawab :
                   I = Q / t = 1 / 1 = 1 Coulomb/sekon = 1 Ampere
2. Arus sebesar 2 Ampere mengalir melalui kawat selama 8 sekon. Tentukan besar muatan melewati
suatu titik dan banyaknya elektron pada muatan tersebut!
Pembahasan
Diketahui :
                     Arus listrik (I) = 1 Ampere
                     Selang waktu (t) = 2 sekon
Ditanya : muatan (Q) dan jumlah elektron (e)
Jawab :
                Rumus arus listrik : I = Q/t
                Keterangan rumus : I = arus listrik, Q = muatan listrik, t = selang waktu
                Muatan listrik : Q = I t = (2 Ampere)(8 sekon) = 16 Coulomb.
               Muatan satu elektron adalah 1,6 x 10^-19 Coulomb sehingga muatan 16 Coulomb mempunyai elektron sebanyak 16 C / 1,6 x 10^-19 Coulomb = 10 x 10¹⁹ elektron.

3. Sebuah peralatan listrik dipasang pada tegangan listrik sebesar 12 volt dan arus yang mengalir adalah sebesar 750 mA. Hitunglah besarnya energi listrik yang dibutuhkan dalam jangka waktu 1 menit ?

Jawab: 

 V = 12 v 

I = 750 mA = 0,75 A 

t = 1 menit = 60 detik 

W = V . I . t 

W = 12 . 0,75 . 60 

W = 540 joule