Teori Dasar Listrik
Arus Listrik
Arus listrik adalah mengalirnya elektron secara terus menerus dan berkesinambungan pada konduktor akibat perbedaan jumlah elektron pada beberapa lokasi yang jumlah elektronnya tidak sama. satuan arus listrik adalah Ampere.
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. "1 ampere arus adalah mengalirnya elektron sebanyak 628x10^16 atau sama dengan 1 coulumb per detik melewati suatu penampang konduktor"
Formula Arus Listrik adalah :
I =Q / t (ampere )
Dimana :
I = Besarnya arus listrik yang mengalir, ampere
Q = Besarnya muatan listrik, coulomb
t = Waktu dalam satuan deti
Kuat Arus Listrik
Kuat arus listrik, adalah arus yang tergantung pada banyak sedikitnya elektron bebas yang pindah melewati suatu penampang kawat dalam satuan waktu. Definisi : "Ampere adalah satuan kuat arus listrik yang dapat memisahkan 1,118 milligram perak dari nitrat perak murni dalam satu detik". Formula untuk menghitung banyaknya Muatan Listrik, Kuat Arus dan Waktu :
Muatan Listrik --> I x t
Kuat Arus --> I = Q/t
Waktu --> t= Q/I
Kuat arus listrik biasa juga disebut dengan arus listrik. Muatan listrik memiliki muatan positip dan muatan negatif. Muatan positip dibawa oleh proton, dan muatan negatif dibawa oleh elektro. Satuan muatan "coulomb (C)", muatan proton +1,6 x 10- 19C, sedangkan muatan elektron -1,6x 10-19C. Muatan yang bertanda sama saling tolak menolak, muatan bertanda berbeda saling tarik menarik.
Rapat Arus
Rapat arus ialah besarnya arus listrik tiap-tiap mm2 luas pada penampang kawat. Arus listrik mengalir dalam kawat penghantar secara merata menurut luas penampangnya. 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 daiam tabel Kemampuan Hantar Arus (KHA).
Penampang
| Kemampuan Hantar Arus (A) | ||||
| Kelompok B2 | Kelompok C | ||||
| Jumlah Penghantar | |||||
| 2 | 3 | 2 | 3 | ||
| 1.5 | 16.5 | 15 | 19.5 | 17.5 | |
| 2.5 | 23 | 20 | 27 | 24 | |
| 4 | 30 | 27 | 36 | 32 | |
| 6 | 38 | 34 | 46 | 41 | |
| 10 | 52 | 46 | 63 | 57 | |
| 16 | 69 | 62 | 85 | 76 | |
| 25 | 90 | 80 | 112 | 96 | |
| Tabel 1. Kemampuan Hantar Arus (KHA) | |||||
Berdasarkan tabel KHA 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. Formula-formula untuk menghitung besarnya Rapat Arus, Kuat Arus dan Penampang Kawat:
Tahanan dan Daya Hantar Penghantar.
Penghantar dari bahan metal mudah mengalirkan arus listrik, seperti halnya tembaga dan aluminium yang memiliki daya hantar Iistrik tinggi. Bahan penghantar terdiri dari kumpuIan atorn, 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 dengan atom dan ini menyebabkan penghantar panas. Tahanan penghantar memiliki sifat menghambat yang terjadi pada setiap bahan. Tahanan didefinisikan sebagai : "1 Ω (satu Ohm) adalah tahanan satu kolom air raksa yang panjangnya 1063 mm dengan penampang 1 mm2 pada temperatur 0° C". Sedangkan Daya Hantar didefinisikan sebagai "Kemampuan penghantar arus atau daya hantar 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".
Rapat Arus [ A/mm2 ] (A/mm2) --> J=I/A
Kuat Arus [Amp] -->A=I/J
Luas Penampang Kawat [mm2] --> A=I/J
Rumus untuk menghitung besarnya Tahanan Listrik terhadap Daya Hantar Arus:
Tahanan Resistansi [ Ω ohm] --> R = 1/G
Daya hantar arus/konduktivitas [Y/mho] --> G = 1/R
Tahanan penghantar besarnya berbanding terbalik terhadap luas penampangnya dan juga besarnya tahanan konduktor sesuai hukum Ohm.
Bila suatu penghantar dengan panjang I dan diameter penampang q serta tahanan jenis P (rho), maka tahanan penghantar tersebut adalah :
R = ρ x l / q
Dimana :
R = Tahanan kawat [ Ω / ohm ]
l = Panjang kawat [meter/m]
ρ = Tahanan jenis kawat [ ? mm2 /meter]
q = Penampang kawat [mm2]
Nilai resistant atau tahanan suatu jenis material sangat tergantung pada Panjang penghantar, Luas penampang konduktor, Jenis konduktor dan Temperatur. Tahanan penghantar akan dipengaruhi oleh temperatur, ketika temperatur meningkat ikatan atom semakin meningkat sehingga akibatnya aliran elektron terhambat. Dengan demikian kenaikan temperatur menyebabkan kenaikan tahanan penghantar. Setelah pembahasan terhadap Arus, Kuat Arus, Rapat Arus, kemudian Tahanan dan Daya Hantar Penghantar, maka berikut ini kami sajikan lanjutan tentang beberapa teori yang berhubungan dengan Tegangan dan Rangkaian Listrik.
Potensial atau Tegangan
Potensial listrik adalah fenomena berpindahnya arus listrik akibat lokasi yang berbeda potensialnya. Dari hal tersebut, kita mengetahui adanya perbedaan potensial listrik yang sering disebut "potentiai difference atau perbedaan potensial". satuan dari potential difference adalah Volt. "Satu Volt adalah beda potensial antara dua titik saat melakukan usaha satu joule untuk memindahkan muatan listrik satu coulomb"
Formulasi beda potensial atau tegangan adalah: V = W / Q [volt]
Dimana:
V = Beda potensial atau tegangan, dalam volt
W = Usaha, dalam newton-meter atau Nm atau joule
Q = Muatan listrik, dalam coulomb
Rangkaian Listrik
Pada suatu rangkaian listrik akan mengalir arus, apabila dipenuhi syarat-syarat sebagai berikut :
- Adanya sumber tegangan
- Adanya alat penghubung
- Adanya beban
Pada kondisi sakelar S terbuka maka arus tidak akan mengalir melalui beban . Apabila sakelar S ditutup maka akan mengalir arus ke beban R dan Ampere meter akan menunjuk. Dengan kata lain syarat mengalir arus pada suatu rangkaian harus tertutup
Alat Ukur Tegangan
Alat ukur tegangan adalah "Voltmeter" dan alat ukur arus listrik adalah "Amperemeter". Pemasangan alat ukur Volt meter dipasang paralel dengan sumber tegangan atau beban, karena tahanan dalam dari Volt meter sangat tinggi. Sebaliknya pemasangan alat ukur Ampere meter dipasang seri, hal ini disebabkan tahanan dalam dari Amper meter sangat kecil.
Hukum Ohm
Pada suatu rangkaian tertutup, Besarnya arus berubah sebanding dengan tegangan V dan berbanding terbalik dengan beban tahanan R, atau dinyatakan dengan Rumus :
Arus Listrik [ampere] I = V/R
Tegangan [volt] V = R x 1
Resistansi atau Tahanan [ohm] R = V/1
Formula untuk menghtung Daya (P), dalam satuan watt adalah:
P = I x V
P = I x I x R P = 12 x R
Hukum Kirchoff
Pada setiap rangkaian listrik, jumlah aljabar dari arus-arus yang bertemu di satu titik adalah nol
Sumber: https://sinarmonas.co.id/blog/detail/teori-dasar-listrik