BAB I
PENDAHULUAN
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.
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 ,dan hambatan.
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. Amp dari orang perancis Andre M. Ampere, volt dari seorang Italia Alessandro Volta, dan ohm dari orang german Georg Simon ohm.
Simbol 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.
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.
Kadang kalanya kita ingin mengetahui berapa tegangan, kuat arus, dan nilai hambatan suatu rangkaian. Dalam hal ini pengukuran sangat perlu. Kita dapat menggunakan alat-alat pengukur pada rangkaian listrik seperti voltmeter untuk mengukur tegangan, amperemeter untuk mengukur besar kuat arus suatu rangkaian, serta ohmmeter untuk mengukur hambatan. Untuk mengetahui nilai resistansi (hambatan) suatu resistor, kita dapat mngukur dali gelang warna yang terdapat pada badan resistor, mengukurnya secara langsung, maupun menggunakan suatu rangkaian tertutup yang terdiri dari voltmeter dan ammeter.
Untuk itu pada kesempatan ini, kelompok kami membuat makalah dengan judul “Hukum Ohm”. Namun pada makalah ini tidak hanya dibahas mengenai hokum ohm saja, tetapi juga masalah lainnya juga masalah pengukuran pada rangkaian listrik karena kami rasa hal tersebut cukup penting.
Tujuan dari pembuatan makalah ini adalah
1. memahami apa kah arus listrik itu;
2. memahami apakah tegangan listrik itu;
3. memahami apakah hambatan listrik itu;
4. memahami bunyi hokum Ohm dan prinsipnya; dan
5. mengetahui cara mengukur besaran-besaran listrik seperti kuat arus, tegangan, dan hambatan listrik.
BAB II
PEMBAHASAN
A. Arus Listrik
Arus listrik adalah gerakan atau muatan arus listrik. Arus listrik merupakan banyaknya muatan listrik yang mengalir tiap satuan waktu. Muatan listrik bisa mengalir melalui kabel atau penghantar listrik lainnya. Arus listrik dapat terjadi karena muatan positif yang bergerak ataupun karena muatan negative yang bergerak. Arah arus listrik adalah arah aliran muatan positif.
Besar kuat arus adalah
I = Q
T
Di mana : I = kuat arus (Ampere)
Q = muatan listrik (Coulomb)
T = waktu (detik)
B. Tegangan Listrik
Tegangan listrik (kadang disebut sebagai Voltase) adalah perbedaan potensi listrik antara dua titik dalam rangkaian listrik, dinyatakan dalam satuan volt. Besaran ini mengukur energi potensial sebuah medan listrik untuk menyebabkan aliran listrik dalam sebuah konduktor listrik. Tergantung pada perbedaan potensi listrik satu tegangan listrik dapat dikatakan sebagai ekstra rendah, rendah, tinggi atau ekstra tinggi. Besarnya suatu tegangan listrik adalah
V= I .R
Di mana : V = tegangan listrik (volt)
I = kuat arus (ampere)
R = hambatan (ohm)
C. Hambatan Listrik
Hambatan listrik adalah perbandingan antara tegangan listrik dari suatu komponen elektronik (misalnya resistor) dengan arus listrik yang melewatinya. Hambatan listrik dapat dirumuskan sebagai berikut:
R = V
I
di mana V adalah tegangan dan I adalah arus.
Satuan SI untuk Hambatan adalah Ohm (R).
Resistor adalah komponen elektronik dua saluran yang didesain untuk menahan arus listrik dengan memproduksi penurunan tegangan diantara kedua salurannya sesuai dengan arus yang mengalirinya.
Resistor digunakan sebagai bagian dari jejaring elektronik dan sirkuit elektronik, dan merupakan salah satu komponen yang paling sering digunakan. Resistor dapat dibuat dari bermacam-macam kompon dan film, bahkan kawat resistansi (kawat yang dibuat dari paduan resistivitas tinggi seperti nikel-kromium).
Karakteristik utama dari resistor adalah resistansinya dan daya listrik yang dapat diboroskan. Karakteristik lain termasuk koefisien suhu, desah listrik, dan induktansi. Resistor dapat diintegrasikan kedalam sirkuit hibrida dan papan sirkuit cetak, bahkan sirkuit terpadu. Ukuran dan letak kaki bergantung pada desain sirkuit, resistor harus cukup besar secara fisik agar tidak menjadi terlalu panas saat memboroskan daya.
Hambatan listrik (R) juga dipengaaruhi oleh pengaruh panjang penghantar (l), luas penampang (A), dan hambat jenis (p).
R = pl/A
Resistor aksial biasanya menggunakan pola pita warna untuk menunjukkan resistansi. Resistor pasang-permukaan ditandas secara numerik jika cukup besar untuk dapat ditandai, biasanya resistor ukuran kecil yang sekarang digunakan terlalu kecil untuk dapat ditandai. Kemasan biasanya cokelat muda, cokelat, biru, atau hijau, walaupun begitu warna lain juga mungkin, seperti merah tua atau abu-abu.
Resistor awal abad ke-20 biasanya tidak diisolasi, dan dicelupkan ke cat untuk menutupi seluruh badan untuk pengkodean warna. Warna kedua diberikan pada salah satu ujung, dan sebuah titik (atau pita) warna di tengah memberikan digit ketiga. Aturannya adalah “badan, ujung, titik” memberikan urutan dua digit resistansi dan pengali desimal. Toleransi dasarnya adalah ±20%. Resistor dengan toleransi yang lebih rapat menggunakan warna perak (±10%) atau emas (±5%) pada ujung lainnya.
Identifikasi empat pita adalah skema kode warna yang paling sering digunakan. Ini terdiri dari empat pita warna yang dicetak mengelilingi badan resistor. Dua pita pertama merupakan informasi dua digit harga resistansi, pita ketiga merupakan pengali (jumlah nol yang ditambahkan setelah dua digit resistansi) dan pita keempat merupakan toleransi harga resistansi. Kadang-kadang pita kelima menunjukkan koefisien suhu, tetapi ini harus dibedakan dengan sistem lima warna sejati yang menggunakan tiga digit resistansi.
Identifikasi lima pita digunakan pada resistor presisi (toleransi 1%, 0.5%, 0.25%, 0.1%), untuk memberikan harga resistansi ketiga. Tiga pita pertama menunjukkan harga resistansi, pita keempat adalah pengali, dan yang kelima adalah toleransi. Resistor lima pita dengan pita keempat berwarna emas atau perak kadang-kadang diabaikan, biasanya pada resistor lawas atau penggunaan khusus. Pita keempat adalah toleransi dan yang kelima adalah koefisien suhu.
Pada dasarnya semua bahan memiliki sifat resistif namun beberapa bahan seperti tembaga, perak, emas dan bahan metal umumnya memiliki resistansi yang sangat kecil. Bahan-bahan tersebut menghantar arus listrik dengan baik, sehingga dinamakan konduktor. Kebalikan dari bahan yang konduktif, bahan material seperti karet, gelas, karbon memiliki resistansi yang lebih besar menahan aliran elektron dan disebut sebagai insulator. Bagaimana prinsip konduksi, dijelaskan pada artikel tentang semikonduktor.
Resistor adalah komponen dasar elektronika yang digunakan untuk membatasi jumlah arus yang mengalir dalam satu rangkaian. Sesuai dengan namanya resistor bersifat resistif dan umumnya terbuat dari bahan karbon . Dari hukum Ohms diketahui, resistansi berbanding terbalik dengan jumlah arus yang mengalir melaluinya. Satuan resistansi dari suatu resistor disebut Ohm atau dilambangkan dengan simbol W (Omega). Tipe resistor yang umum adalah berbentuk tabung dengan dua kaki tembaga di kiri dan kanan. Pada badannya terdapat lingkaran membentuk gelang kode warna untuk memudahkan pemakai mengenali besar resistansi tanpa mengukur besarnya dengan Ohmmeter. Kode warna tersebut adalah standar manufaktur yang dikeluarkan oleh EIA (Electronic Industries Association) seperti yang ditunjukkan pada tabel berikut.
Table gelang warna resistor
Warna Angka ke-1 Angka ke-2 Faktor perkalian Toleransi
Hitam 0 1
Coklat 1 1 10
Merah 2 2 100
Oranye 3 3 1000 2%
Kuning 4 4 10000
Hijau 5 5 100000
Biru 6 6 1000000
Ungu 7 7 10000000
Abu-abu 8 8 100000000
Putih 9 9 1000000000
Emas 0,1 5%
Perak 0.01 10%
Tanpa warna 20%
Resistansi dibaca dari warna gelang yang paling depan ke arah gelang toleransi berwarna coklat, merah, emas atau perak. Biasanya warna gelang toleransi ini berada pada badan resistor yang paling pojok atau juga dengan lebar yang lebih menonjol, sedangkan warna gelang yang pertama agak sedikit ke dalam. Dengan demikian pemakai sudah langsung mengetahui berapa toleransi dari resistor tersebut. Kalau anda telah bisa menentukan mana gelang yang pertama selanjutnya adalah membaca nilai resistansinya.
Jumlah gelang yang melingkar pada resistor umumnya sesuai dengan besar toleransinya. Biasanya resistor dengan toleransi 5%, 10% atau 20% memiliki 3 gelang (tidak termasuk gelang toleransi). Tetapi resistor dengan toleransi 1% atau 2% (toleransi kecil) memiliki 4 gelang (tidak termasuk gelang toleransi). Gelang pertama dan seterusnya berturut-turut menunjukkan besar nilai satuan, dan gelang terakhir adalah faktor pengalinya.
Misalnya resistor dengan gelang kuning, violet, merah dan emas. Gelang berwarna emas adalah gelang toleransi. Dengan demikian urutan warna gelang resitor ini adalah, gelang pertama berwarna kuning, gelang kedua berwana violet dan gelang ke tiga berwarna merah. Gelang ke empat tentu saja yang berwarna emas dan ini adalah gelang toleransi. Dari tabel-1 diketahui jika gelang toleransi berwarna emas, berarti resitor ini memiliki toleransi 5%. Nilai resistansisnya dihitung sesuai dengan urutan warnanya. Pertama yang dilakukan adalah menentukan nilai satuan dari resistor ini. Karena resitor ini resistor 5% (yang biasanya memiliki tiga gelang selain gelang toleransi), maka nilai satuannya ditentukan oleh gelang pertama dan gelang kedua. Masih dari tabel-1 diketahui gelang kuning nilainya = 4 dan gelang violet nilainya = 7. Jadi gelang pertama dan kedua atau kuning dan violet berurutan, nilai satuannya adalah 47. Gelang ketiga adalah faktor pengali, dan jika warna gelangnya merah berarti faktor pengalinya adalah 100. Sehingga dengan ini diketahui nilai resistansi resistor tersebut adalah nilai satuan x faktor pengali atau 47 x 100 = 4.7K Ohm dan toleransinya adalah 5%.
Spesifikasi lain yang perlu diperhatikan dalam memilih resitor pada suatu rancangan selain besar resistansi adalah besar watt-nya. Karena resistor bekerja dengan dialiri arus listrik, maka akan terjadi disipasi daya berupa panas sebesar W=I2R watt. Semakin besar ukuran fisik suatu resistor bisa menunjukkan semakin besar kemampuan disipasi daya resistor tersebut.
Umumnya di pasar tersedia ukuran 1/8, 1/4, 1, 2, 5, 10 dan 20 watt. Resistor yang memiliki disipasi daya 5, 10 dan 20 watt umumnya berbentuk kubik memanjang persegi empat berwarna putih, namun ada juga yang berbentuk silinder. Tetapi biasanya untuk resistor ukuran jumbo ini nilai resistansi dicetak langsung dibadannya, misalnya 100W5W.
Berdasarkan penggunaannya, resistor dapat dibagi:
1. Resistor Biasa (tetap nilainya), ialah sebuah resistor penghambat gerak arus, yang nilainya tidak dapat berubah, jadi selalu tetap (konstan). Resistor ini biasanya dibuat dari nikelin atau karbon.
2. Resistor Berubah (variable), ialah sebuah resistor yang nilainya dapat berubah-ubah dengan jalan menggeser atau memutar toggle pada alat tersebut. Sehingga nilai resistor dapat kita tetapkan sesuai dengan kebutuhan. Berdasarkan jenis ini kita bagi menjadi dua, Potensiometer, rheostat dan Trimpot (Trimmer Potensiometer) yang biasanya menempel pada papan rangkaian (Printed Circuit Board, PCB).
3. Resistor NTC dan PTS, NTC (Negative Temperature Coefficient), ialah Resistor yang nilainya akan bertambah kecil bila terkena suhu panas. Sedangkan PTS (Positife Temperature Coefficient), ialah Resistor yang nilainya akan bertambah besar bila temperaturnya menjadi dingin.
4. LDR (Light Dependent Resistor), ialah jenis Resistor yang berubah hambatannya karena pengaruh cahaya. Bila cahaya gelap nilai tahanannya semakin besar, sedangkan cahayanya terang nilainya menjadi semakin kecil.
D. Hukum Ohm
Untuk menghasilkan arus listrik dalam satu rangkaian diperlukan suatu beda potensial. Adalah George Simon Ohm (1787 – 1854) yang pertama kali secara eksperimen menunjukkan bahwa arus listrik dalam kawat logam (I) sebanding dengan beda potensiall atau tegangan (V) yang diberikan pada kedua ujungnya.
I sebanding V (1)
Secara tepat berapa besarnya arus yang mengalir dalam kawat tidak hanya bergantung pada tegangan, tetapi juga pada hambatan yang diberikan oleh kawat terhadap aliran elektron. Mengambil analogi dengan aliran air, dinding pipa, pinggir sungai dan batu di tengahnya memberikan hambatan terhadap aliran air. Hal yang serupa, elektron diperlambat oleh interaksi dengan atom dalam kawat. Hambatan yang lebih tinggi akan mengurangi arus listrik untuk suatu tegangan tertentu. Sehingga hambatan dapat didefinisikan sebagai suatu besaran yang berbanding terbalik dengan arus.
I = (2)
Di mana R adalah hambatan dari kawat atau komponen elektronik lainnya, V adalah beda potensial yang melewati komponen dan I adalah arus yang mengalir melalui komponen tersebut. Persamaan (2) dapat ditulis sebagai berikut :
V = IR (3)
Persamaan (3) dikenal sebagai Hukum Ohm.
Banyak Fisikawan mengatakan bahwa persamaan (3) bukanlah suatu hukum melainkan hanya definisi untuk hambatan. Jika kita menyatakan Hukum Ohm, cukup dengan mengatakan bahwa arus yang melalui konduktor logam sebanding dengan tegangan yang diberikan. Karenanya hambatan (R) dari suatu bahan atau komponen adalah konstan, tidak tergantung pada tegangan. Tetapi persamaan (3) tidak berlaku umum untuk bahan dan komponen lain seperti diode, tabung vakum, transistor, dan lain-lain. Karenanya Hukum Ohm bukanlah hukum fundamental, tetapi merupakan deskripsi dari suatu kelompok material tertentu (konduktor logam).
Bunyi Hukum Ohm :
“ Kuat arus yang melalui suatu penghantar adalah sebanding dengan beda potensial antara ujung-ujung penghantar asalkan suhu penghantar tetap.”
George Ohm juga menyatakan dalilnya dalam bentuk rumus. Ini merupakan rumus dasar yang digunakan untuk menghitung nilai listrik. Nilai tersebut bisa dihitung selama dua nilai lainnya diketahui.
Rumus : I = E
R
Dimana I = Arus listrik diukur dalam ampere.
E = Tekanan listrik diukur dalam Volt.
R = Hambatan/Tahanan diukur dalam Ohm.
Untuk menentukan tegangan jika arus dan tahanan diketahui, kita ubah rumus sebelumnya.
E = I x R
Juga bisa diubah untuk menentukan tahanan jika arus dan tegangan diketahui.
R = E
I
Cara yang mudah untuk mengingat dasar Hukum Ohm yaitu mengingat lingkaran kecil yang ditunjukkan pada diagram dibawah ini.
Jika anda mengetahui adanya dua nilai dalam sirkuit, anda dapat menentukan salah satu yang hilang dengan menggunakan rusmus Hukum Ohm dan berikut prosedurnya.
1. Tutuplah hruf yang tidak diketahui nilainya.
2. Gantilah huruf sisanya dengan nilai yang sudah diketahui
3. Pecahkan nilai yang hilang dengan menggunakan Rumus Hukum Ohm.
E. Mengukur Besaran Listrik
Voltmeter
Volmeter digunakan untuk mengukur tegangan (tekanan listrik) antara dua titik dalam sirkuit listrik.
Voltmeter bisa digunakan untuk mengukur tingkat tegangan yang ada dalam batterei. Voltmeter juga digunakan untuk mengukur turunnya tegangan dalam sirkuit.
Diagram 12. Voltmeter dihubungkan parallel dengan sirkuit
yaitu positif ke positif, negatif ke negatif.
Skala Voltmeter
Voltmeter digunakan untuk test otomotif yang mempunyai skala yang menunjukkan lebih dari satu tingkat tegangan.
Diagram 13. Sambungan Voltmeter
Mengukur Tegangan
Jika nilainya tidak diketahui, pilihlah nilai tertinggi pada saklar putar. Hal ini akan mencegah rusaknya meter tersebut. Hubungkan Voltmeter positif (+) (merah) pada batterei positif (+) dan negatif (-) (hitam) pada negatif (-) batterei.
Tempatkan skala yang sesuai:
(Skala 0 – 20) (Skala 0 – 50)
Sistem 12 Volt Sistem 24 Vol
Ammeter
Ammeter digunakan untuk mengukur aliran arus dalam sirkuit listrik.
Ammeter dihubungkan seri dengan sirkuit. Putuskan sirkuit, kemudian sambung kembali dengan Ammeter.
Penggunaan Ammeter
Sirkuit yang akan ditest diatur dalam keadaan “OFF” (putuskan sirkuit dengan batterei atau pada hubungan dalam rangkaiannya).
Atur saklar (knob) putar pada skala tertinggi.
Hubungkan jarum penduga/probe positif + (merah) pada pada input +supply (sisi baterai) dan jarum penduga negatif – (hitam) pada sambungan input komponen.
Nyalakan rangkaian beban dan perhatikan penyimpangan yang ditunjukkan oleh jarum meter.
Jika pembacaan meter berada di bawah range, matikan rangkaian dan pindahkan saklar putar pada tingkat yang lebih kecil. Dengan demikian akan diperoleh hasil pembacaan yang lebih akurat.
Hitung pembacaan meter dengan membaca skala range dan pembagian skala.
Ohmmeter
Ohmmeter digunakan untuk mengukur resistansi komponen atau rangkaian. Ohmmeter juga dapat dipergunakan untuk mengetes saklar, kabel dan sekering untuk mengetahui apakah terputus serta rangkaian terbuka.
Perubahan skala tidaklah linier.
Catatan :
Ke arah kanan perubahan hanya menandakan 1 satuan (terhadap nilai yang ditunjukkan oleh saklar putar)
Ke arah kiri perubahan menunjukkan nilai yang lebih besar dari 100 atau 1000 kali.
Diagram 14. Ohmmeter
Ohmmeter harus memiliki sendiri baterai karena ohmmeter mengukur resistansi dengan mengalirkan arus melalui resistor. Oleh karena itu pada saat mengetes sebuah komponen atau rangkaian dengan menggunakan ohmmeter, sumber power supply harus diputus.
Ohmmeter mempunyai skala range yang menunjukkan lebih dari satu range nilai tahanan. Untuk menghitung resistansi, pembacaan pada skala dikalikan dengan nilai saklar putar yang dipilih.
BAB III
PENUTUP
A. Simpulan
Dari penjelasan-peenjelasan yang ada pada makalah ini maka simpulan yang dapat diambil adalah sebagi berikut :
1. Arus listrik adalah gerakan atau muatan arus listrik. Arus listrik merupakan banyaknya muatan listrik yang mengalir tiap satuan waktu. Besar kuat arus adalah
I = Q
T
Dimana I adalah kuat arus, Q adalah muatan listrik, dan T adalah waktu.
Satuan kuat arus adalah ampere.
2. Tegangan listrik (kadang disebut sebagai Voltase) adalah perbedaan potensi listrik antara dua titik dalam rangkaian listrik, dinyatakan dalam satuan volt. Besar tegangan suatu listrik :
V= I .R
Di mana : V = tegangan listrik (volt)
I = kuat arus (ampere)
R = hambatan (ohm)
3. Hambatan listrik adalah perbandingan antara tegangan listrik dari suatu komponen elektronik (misalnya resistor) dengan arus listrik yang melewatinya. Hambatan listrik dapat dirumuskan sebagai berikut:
R = V
I
di mana V adalah tegangan dan I adalah arus.
Satuan SI untuk Hambatan adalah Ohm (R).
4. Bunyi Hukum Ohm :
“ Kuat arus yang melalui suatu penghantar adalah sebanding dengan beda potensial antara ujung-ujung penghantar asalkan suhu penghantar tetap.”
5. Untuk mengukur kuat arus kita dapat menggunakan ammeter yang dihubungkan secara seri pada rangkaian. Untuk mengukur tegangan/beda potensial kita dapat menngunakan voltmeter yang duhubungkan secara parallel pada rangkaian. Dan untuk mengukur hambata kita dapat menggunakan ohmmeter serta rangkaian tertututup yang terdiri dari voltmeter dan ammeter
http://www.mediabali.net/listrik_dinamis/hukum_kirchoff.html
