MAKALAH TEKNIK TENAGA LISTRIK Hambatan Listrik, Arus Listrik, Tegangan Listrik Dan Magnet
TUGAS I
Anggota Kelompok : •
•
•
Nelly Anita (073001400070)
Reynaldu Pellokila (073001400080) •
Rhesa (073001400081)
•
Tendy (073001400094)
Webby Dean Pratama (0730014000100)
Teknik Pertambangan Fakultas Teknologi Kebumian dan Energi Universitas Trisakti
KATA PENGANTAR Assalamu’alaikum Wr. Wb, Puji dan syukur kami panjatkan kehadirat Allah SWT , karena atas rahmat-Nya kami dapat menyelesaikan pembuatan tugas makalah teknik tenaga listrik ini. Adapun pembuatan tugas teknik tenaga listrik ini telah kami usahakan semaksimal mungkin dan tentunya dengan bantuan berbagai pihak, sehingga dapat memperlancar terselesaikan nya tugas ini. Tidak lupa kami ucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu dalam pembuatan tugas makalah ini. Kami menyadari bahwa tugas ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu dengan kerendahan hati kami menerima adanya kritik dan saran yang membangun dari pihak manapun demi perbaikan dimasa yang akan datang. Akhir kata kami mengucapkan selamat membaca. Semoga makalah ini dapat bermanfaat bagi pembaca. Wasalamualaikum Wr. Wb.
Jakarta, 29 September 2015
Tim Penyusun
ii
DAFTAR ISI Halaman Judul ................................... ......................................................... ............................................. .............................................. .......................... ... i Kata Pengantar .......................................... ................................................................ ............................................ ........................................ .................. ii Daftar Isi............................................ Isi................................................................. ..................... Error! Bookmark not defined. BAB I PENDAHULUAN ......................... ............................................... ............................................. ........................................ ................. 1 1.1 Latar Belakang ........................................... .................................................................. ............................................. ............................ ...... 1 1.2 Rumusan Masalah .......................................... ................................................................. ............................................. ........................ .. 2 1.3 Tujuan ................................... ......................................................... ............................................ ............................................. ............................. ...... 2 BAB II HAMBATAN .......................................... ................................................................. ............................................. ............................ ...... 3 2.1 Pengertian Hambatan Listrik ............................................ ................................................................... ............................. ...... 3 2.2 Jenis-Jenis Hambatan Listrik............................................ ................................................................... ............................. ...... 3 2.3 Pengaruh Hambatan Listrik .......................................... ................................................................. ................................. .......... 3 2.4 Rangkaian Hambatan Listrik ............................................ ................................................................... ............................. ...... 4 BAB III ARUS LISTRIK..................................... LISTRIK........................................................... ............................................. ............................. ...... 7 3.1 Pengertian arus listrik ................................. ....................................................... ............................................. ............................. ...... 7 3.2 Macam-macam arus listrik ........................................ .............................................................. .................................... .............. 7 3.3 Kuat Arus Listrik ............................................ ................................................................... ............................................. ........................ .. 9 BAB IV TEGANGAN ..................................... ........................................................... ............................................. ............................... ........ 13 4.1 Pengertian Tegangan ............................................. .................................................................... ...................................... ............... 13 4.2 Faktor-faktor Tegangan Listrik ............................................ ................................................................... ....................... 13 4.3 Alat 4.3 Alat Ukur Tegangan Listrik ......................................... ............................................................... ............................... ......... 13 4.4 Pembahasan Tegangan Listrik .......................................... ................................................................. ........................... .... 13 BAB V MAGNET ........................................... .................................................................. ............................................. .............................. ........ 16 5.1 Pengertian Magnet ....................... ............................................. ............................................. .......................................... ................... 16 5.2 Prinsip Kemagnetan .......................................... ................................................................. .......................................... ................... 17 5.3 Gelombang Elektromagnet (Persamaan Maxwell) ...................................... ...................................... 18 5.4 Hukum Hopkinson ............................................................... ...................................................................................... ....................... 21 BAB VI KESIMPULAN ............................................................... ...................................................................................... ....................... 22 6.1 Kesimpulan .................................. ........................................................ ............................................ .......................................... .................... 22 DAFTAR PUSTAKA .......................................... ................................................................. ............................................. .......................... .... 23
iii
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Indonesia merupakan negara berkembang yang ditandai dengan banyaknya
teknologi yang dikembangkan di negara ini. Teknologi yang dikembangkan pun beragam. Baru-baru ini tengah t engah dikembangkan mobil listrik li strik yang mana tenaga penggeraknya menggunakan menggunakan tenaga listrik. Sebelumnya banyak teknologi baru yang mana tenaga penggeraknya merupakan tenaga listrik, misalnya kipas angin, mesin cuci, televisi, kulkas, dll. Oleh karena itu banyak dikembangkan sistem pembangkit tenaga listrik yang menggunakan berbagai macam sumber tenaga. Pada awal sejarah, manusia menggunakan me nggunakan potensi tenaga air yang dimanfaatkan untuk memenuhi keperluan pertukangan dan penggilingan. Selanjutnya pada awal abad ke-13 manusia mulai memanfaatkan batu bara untuk keperluan pemasanan dan memasak. Minyak bumi bumi dimanfaatkan oleh manusia pada awal abad ke-19 untuk pemanasan dan penerangan, selanjutnya minyak bumi ini diolah dan dijadikan bahan bakar minyak yang mana banyak dimanfaatkan sebagai bahan bakar kendaraan. Akan tetapi, batu bara dan minyak bumi lama kelamaan akan habis, oleh karena itu manusia berupaya untuk membuat energi terbarukan yang mana energi tersebut bukan dari batu bara maupun minyak bumi (bahan bakar fosil). Beberapa contoh energi terbarukan tersebut adalah energi yang berasal dari tenaga surya, tenaga air, tenaga angin, yang mana tenaga-tenaga tersebut diubah menjadi energi listrik yang banyak digunakan untuk memenuhi kebutuhan manusia. Terdapat beberapa macam sistem pembangkit tenaga listrik yang telah dikembangkan di Indonesia. Contohnya adalah pembangkit listrik tenaga air (PLTA), pembangkit listrik tenaga uap (PLTU), dll. Pada dasarnya, prinsip pembangkit tenaga ini adalah mengubah mengubah energi mekanik (energi (energi yang bergerak)
1
menjadi energi listrik dengan menggunakan generator atau motor sebagai penggerak turbin. Konsep dasar serta pengetahuan mengenai kelistrikan san gatlah memiliki peran penting bagi mahasiswa dikarenakan seiring dengan berkembangnya zaman listrik digunakan/dimanfaatkan dalam berbagai hal. Oleh karena it u mahasiswa khususnya mahasiswa teknik seharusnya mengerti mengenai teknik tenaga listrik. 1.2 Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang yang telah disebutkan diatas maka secara umum
permasalahan yang akan dibahas dalam makalah ini adalah. •
Apakah yang dimaksud hambatan listrik?
•
Apakah yang dimaksud tegangan listrik?
•
Apakah yang dimaksud arus listrik?
•
Apakah yang dimaksud magnet?
•
Apa aplikasi dari penggunaan tahanan, tegangan dan magnet?
1.3 Tujuan Tujuan dari penulisan makalah ini adalah • Mengetahui maksud hambatan listrik , arus listrik, tegangan listrik dan medan magnet • •
Mengetahui prinsip prinsip yang dipergunakan Mengetahui contoh dari penggunaan ketiga masalah yang dibahas dalam kehidupan sehari hari
2
BAB II HAMBATAN
2.1 Pengertian Hambatan Listrik Hambatan listrik merupakan besaran yang menghalangi arus yang mengalir dalam suatu penghantar listrik. Dalam fisika hambatan listrik ini pertama kali diamati oleh George Simon Ohm. Pada 1927, seorang fisikawan Jerman bernama George Simon Ohm melakukan penelitian untuk mencari hubungan antara beda potensial dan kuat arus listrik. 2.2 Jenis-Jenis Hambatan Listrik Sebagaimana kita ketahui bahwa setiap benda mempunyai nilai hambat terhadap aliran listrik, yang besarnya tergantung pada jenis, penampang dan kondisi temperatur. Dengan demikian tahanan besar nilai hambat h ambat listrik lis trik tergantung dari jenis bahannya. ba hannya. Jenis tahanan yang mempunyai komposisi bahan dasar yang berbeda.
a) Tahanan karbon arang Tahanan ini banyak dijumpai dipasaran, umumnya mempunyai nilai kepekaan yang relatif rendah, mempunyai toleransi dan batasan daya (rating daya ) kecil. Tahanan ini digunakan pada pesawat yang kurang memerlukan ketelitian yang canggih. b) Tahanan jembatan kawat metal film Sebagai contoh, adalah tahanan hantaran kawat dengan dasar c) Tahanan gulungan kawat d) Tahanan fungsi suhu dan cahaya 2.3 Pengaruh Hambatan Listrik Hambatan pada kawat dipengaruhi oleh: a. Panjang kawat (l) b. Luas penampang kawat (A) c. Hambatan jenis kawat (ρ) d. Perubahan suhu pada kawat (∆T) Besarnya Hambatan kawat (R) sebanding dengan panjang kawat (l) dan hambatan jenis kawat (ρ) dan berbanding terbalik dengan Luas Penampang Penampang kawat
3
2.4 Rangkaian Hambatan Listrik Secara umum rangkaian hambatan dikelompokkan menjadi rangkaian
hambatan seri, hambatan paralel, maupun gabungan keduanya. Untuk membuat rangkaian hambatan seri maupun parallel minimal diperlukan dua hambatan. Adapun, untuk membuat rangkaian hambatan kombinasi seri-paralel minimal diperlukan tiga hambatan. Jenis-jenis rangkaian hambatan tersebut memiliki kelebihan dan kekurangan masing-masing. Oleh karena itu, jenis rangkaian hambatan yang dipilih bergantung pada tujuannya.
1) Hambatan Seri
Dua hambatan atau lebih yang disusun secara berurutan disebut hambatan seri. Hambatan yang disusun seri akan membentuk rangkaian listrik tak bercabang. Kuat arus yang mengalir di setiap titik besarnya sama. s ama. Tujuan rangkaian hambatan seri untuk memperbesar nilai hambatan listrik dan membagi beda potensial dari sumber tegangan. Rangkaian hambatan seri dapat diganti dengan sebuah hambatan yang disebut hambatan pengganti seri ( RS ). ). Tiga buah lampu masing-masing hambatannya R1, R2 , dan R3 disusun seri dihubungkan dengan baterai yang tegangannya te gangannya V menyebabkan arus listrik yang mengalir I . Tegangan
sebesar V dibagikan
ke
tiga
hambatan
masing-
masing V 1, V 2 , dan V 3, sehingga berlaku: V
= V 1 + V 2 + V 3
4
Gambar 2.1 Rangkaian Seri
Tiga buah lampu masing-masing hambatannya R1 , R2 , dan R3 disusun seri
Berdasarkan Hukum I Kirchoff pada rangkaian seri (tak bercabang) berlaku: I
= I 1 = I 2 = I 3
Berdasarkan Hukum Ohm, maka beda potensial listrik pada setiap lampu yang hambatannya R1, R2 , dan R3 dirumuskan: V 1
= I x R1 atau V AB = I x R AB
V 2
= I x R 2 atau V BC = I x R BC
V 3
= I x R 3 atau V CD CD = I x RCD
Beda potensial antara ujung-ujung AD berlaku: V AD
= V AB + V BC + V CD CD
I x RS
= I x R AB + I x R BC + I x RCD
I x RS
= I x R1 + I x R 2 + I x R 3
Jika kedua ruas dibagi dengan I , diperoleh rumus hambatan pengganti seri ( RS ): ): RS
= R1 + R 2 + R 3
Jadi, besar hambatan pengganti seri merupakan penjumlahan besar hambatan yang dirangkai seri. Apabila ada n buah hambatan masing-masing besarnya R1, R2, R3, …., Rn dirangkai seri, maka hambatan dirumuskan sebagai berikut:
5
2) Hambatan Parallel
Dua hambatan atau lebih yang disusun secara berdampingan disebut hambatan paralel. Hambatan yang disusun paralel akan membentuk rangkaian listrik bercabang dan memiliki lebih dari satu jalur arus listrik. Susunan hambatan paralel dapat diganti dengan sebuah hambatan yang disebut hambatan pengganti paralel ( RP). Rangkaian hambatan paralel berfungsi untuk membagi arus listrik. Tiga buah lampu masing-masing hambatannya R1, R2 , dan R3 disusun paralel dihubungkan dihubungkan dengan baterai yang tegangannya V menyebabkan arus listrik yang mengalir I . Besar kuat arus I 1, I 2 , dan I 3 yang mengalir pada masing-masing lampu yang hambatannya masing-masing R1, R2 , dan R3 sesuai Hukum Ohm. Ujung-ujung hambatan R1, R2, R3 dan baterai masing masing bertemu pada satu titik percabangan. Besar beda potensial (tegangan) seluruhnya sama. Kuat arus sebesar I dibagikan ke tiga hambatan masing-masing I 1, I 2 , dan I 3. Sesuai Hukum I Kirchoff. Jika ada n buah hambatan masing-masing R1, R2, R3, … Rn, hambatan pengganti paralel dari n buah hambatan secara
umum dirumuskan sebagai berikut :
Gambar 2.2 Rangkaian Parallel
6
BAB III ARUS LISTRIK
3.1 Pengertian arus listrik Arus listrik adalah banyaknya muatan listrik yang mengalir dari suatu titik yang
berpotensial tinggi ke titik yang berpotensial berpotensial rendah dalam waktu satu detik. Aliran muatan listrik ini melalui sebuah konduktor. Arus ini bergerak dari potensial tinggi ke potensial rendah, dari kutub positif posit if ke kutub negatif, dari anoda ke katoda. Arah arus listrik ini berlawanan arah dengan arus elektron. Muatan listrik dapat berpindah apabila terjadi beda potensial. Beda potensial dihasilkan oleh sumber listrik, misalnya baterai atau akumulator. Setiap sumber listrik selalu mempunyai dua kutub, yaitu kutub positif (+) dan kutub negatif ( – – ). ).
3.2 Macam-macam arus listrik
Simbol dari arus listrik adalah “ I “, dan terbagi terbagi menjadi arus listrik searah (DC) dan arus listrik bolak balik (AC). 1) Arus searah (Direct Current/DC) Arus searah adalah arus listrik yang nilainya hanya positif atau hanya negatif saja (tidak berubah dari positif kenegatif, atau sebaliknya sebaliknya Arus DC juga bias diartikan sebagai arus yang mempunyai nilai tetap atau konstan terhadap satuan waktu, artinya diamana pun kita meninjau arus tersebut pada waktu berbeda akan mendapatkan nilai yang sama Rangkaian Listrik.
Gambar 3.1 Grafik Arus Searah
7
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 perioda waktu : T).
Gambar 3.2 Grafik Arus Bolak-balik
Sumber arus bolak-balik adalah generator arus bolak-balik yang prinsip kerjanya pada perputaran kumparan dengan kecepatan sudut ω yang berada di dalam medan magnetik. Sumber ggl bolak-balik b olak-balik tersebut akan menghasilkan tegangan sinusoida berfrekuensi f. Dalam suatu rangkaian listrik, simbol untuk sebuah sumber tegangan gerak elektrik bolak-balik adalah :
Gambar 3.3 Grafik Arus Bolak-balik
8
Tegangan sinusoida dapat dituliskan dalam bentuk persamaan tegangan sebagai fungsi waktu, yaitu: V = Vm.sin 2π.f.t ............................................ .................................................. ...... (1) Tegangan yang dihasilkan oleh suatu generator listrik berbentuk sinusoida. Dengan demikian, arus yang dihasilkan juga sinusoida yang mengikuti persamaan: I = Im.sin 2π.f.t ............................................. .................................................... ....... (2) dengan Im adalah arus puncak dan t adalah waktu. Untuk menyatakan perubahan yang dialami arus dan tegangan secara sinusoida, dapat dilakukan dengan menggunakan sebuah diagram vektor yang berotasi, yang disebut diagram fasor. Istilah fasor menyatakan vektor berputar yang mewakili besaran yang berubah-ubah secara sinusoida. Panjang vektor menunjukkan amplitudo besaran, dan vektor ini dibayangkan berputar dengan kecepatan sudut yang besarnya sama dengan frekuensi sudut besaran. Sehingga, nilai sesaat besaran ditunjukkan oleh proyeksinya pada sumbu tetap. Cara ini baik sekali untuk menunjukkan sudut fase antara dua besaran. Sudut fase ini ditampilkan pada sebuah diagram sebagai sudut antara fasor-fasornya. Generator pada pusat pembangkit listrik modern tidak menghasilkan listrik pada tegangan tinggi yang mencukupi untuk transmisi yang efisien. Tegangan dinaikkan dengan transformator step-up supaya transmisi jarak jauh menjadi efisien. 3.3 Kuat Arus Listrik
Arus listrik yang mengalir pada kawat didefinisikan sebagai jumlah total muatan yang melewatinya per satuan waktu pada suatu titik. Maka arus lis trik I dapat dirumuskan:
Keterangan: i= arus listrik(A) Q= perubahan muatan (coloumb) t= perubahan waktu (sekon)
9
Dengan Q adalah jumlah muatan yang melewati konduktor pada suatu titik selama selang waktu Dt . Arus listrik diukur dalam coulomb per sekon dan diberi nama khusus yaitu ampere yang diambil dari nama fisikawan Prancis bernama Andre Marie Ampere (1775 – (1775 – 1836). 1836). Satu ampere didefinisikan sebagai satu coulomb per sekon (1 A = 1 C/s). Satuan-satuan terkecil yang sering digunakan adalah miliampere (1 mA = 103 A) atau mikroampere (1mA = 10-6 A). Alat untuk mengukur kuat arus listrik dinamakan amperemeter (disingkat ammeter).
Konduktor banyak mengandung elektron bebas. Berarti, bila kawat penghantar
dihubungkan
ke
kutubkutub
bateraisebenarnya
elektron
bermuatan negatiflah yang mengalir pada kawat. Ketika kawat penghantar pertama kali dihubungkan, beda potensial antara kutub-kutub baterai mengakibatkan adanya medan listrik di dalam kawat dan paralel terhadapnya.
Dengan demikian, elektron-elektron bebas pada satu ujung kawat tertarik ke kutub positif, dan pada saat yang sama elektron-elektron meninggalkan kutub negatif baterai dan memasuki kawat di ujung yang lain. Ada aliran elektron yang kontinu melalui kawat yang terjadi ketika kawat terhubung ke kedua kutub. Sesuai dengan ketentuan mengenai muatan positif dan negatif, dianggap muatan positif mengalir pada satu arah ar ah yang tetap ekuivalen dengan muatan negatif yang mengalir ke arah yang berlawanan, Ketika membicarakan arus yang mengalir pada rangkaian, yang dimaksud adalah arah aliran muatan positif. Arah arus yang identik dengan arah muatan positif ini yang disebut arus konvensional.
Ada beberapa teori yang berhubungan dengan arus listrik yaitu seperti teori hukum ohm dan hukum kirchoff. Pada hukum ohm arus listrik diartikan bahwa besarnya besar nya arus a rus yang mengalir adalah hasil bagi antara anta ra beda potensial dengan tahanan. Sedangkan pada hukum kirchoff menjelaskan tentang arus listrik yang memasuki suatu titik percabangan. Semua teori adalah benar dan
10
sudah terbukti secara meyakinkan. Jika anda kurang percaya dengan teori yang sudah baku, maka anda bisa melakukan praktek untuk melakukan beberpaa pengujian dan pengukuran. Caranya buatlah beberapa variasi rangkaian listrik, dan lakukan pengukuran pada setiap variasi, setelah itu cocokkan hasil pengukuran dengan perhitungan secara teori.
Secara umum kita mengenal beberapa sumber yang mampu menghasilkan arus lisrik yaitu seperti : generator listrik, batere kering dan accumulato. Untuk batere dan accu hanya bisa menyediakan arus listrik searah (dc). Unt uk yang pembangkit generator itu contohnya listrik PLN. Generator dikopel dengan turbin pada sistem pembangkit. Sistem pembangit bisa dengan air (PLTA), uap (PLTU), gas (PLTG), surya (PLTS), nuklir (PLTN dan lain sebagainya. Secara sederhana maka dapat kita simpulkan beberapa poin mengenai arus lisrik ini. Memang ini adalah hasil analisa saya pribadi dan jika anda tidak sepaham itu sah-sah saja. Karena masing-masing pendapat biasanya mempunyai dasar pemikiran atau alasan tertentu. •
Arus listrik itu ibarat arus air yang mengalir, air mengalir dari tempat tingi ke tempat rendah. Tapi arus listrik mengalir dari titik berpotensial tinggi ke titik berpotensial
rendah.
Kuatnya
arus
air
yang mengalir
juga
sama
perumpamaannya dengan kuat arus listrik yang mengalir. •
Arus listrik hanya akan mengalir jika terjadi perbedaan polaritas (potensial) antara sautu titik dengan titik lainnya. Jika terjadi keseimbangan maka, arus listrik tidak akan mengalir (lihat teori jembatan wheatstone).
•
Arus terbagi dua yaitu arus searah (DC) dan arus bolak balik (AC)
•
Arus mengalir bolak balik terjadi karena pada tegangan sumber terjadi perubahan polaritas secara bolak-balik, bukan karena sifat arus listriknya. Sifat dasar dari arus lisrik tetap mengalir dari daerah berpolaritas tinggi ke polaritas rendah.
11
•
Arus listrik yang masuk ke dalam titik percabangan, maka arus tersebut akan berbagi. Artinya jumlah arus yang mengalir pada semua percabangan adalah sama dengan arus sumber (sebelum memasuki titik percabangan), ini sesuai dengan teori hukum kirchoff.
•
Besarnya arus yang mengalir pada suatu rangkaian tergantung dari besarnya beda potensial dan tahanan total yang ada dalam rangkaian. Ini Ini sesuai hukum ohm.
12
BAB IV TEGANGAN 4.1 Pengertian Tegangan
Tegangan adalah gaya yang mengakibatkan terjadinya arus listrik. Terjadinya tegangan akibat akibat beda / selisih potensial dan dikatakan dikatakan ada tegangan ( voltage ). Arus listrik akan mengalir dari tegangan tinggi ke tegangan yang lebih rendah. Satuan tegangan listrik listrik disebut “ Volt “ dan disimbolkan “ V “. 4.2 Faktor-faktor Tegangan Listrik Antara pasangan elektron yang rapat dan kurang rapat. • • Antara tempat yang mempunyai kerapatan elektron yang tinggi dan rendah • Antara tempat yang kekurangan elektron dan yang kelebihan elektron 4.3 Alat Ukur Tegangan Listrik
Alat yang dipergunakan untuk mengukur besar tegangan listrik, antara lain: voltmeter, dan osiloskop. Voltmeter bekerja dengan cara mengukur arus dalam sirkuit ketika dilewatkan melalui resistor dengan nilai tertentu. Sesuai hukum Ohm, hukum Ohm, besar tegangan sebanding dengan besar arus untuk nilai resistansi sama. Prinsip kerja potensiometer adalah menimbang tegangan yang diukur diukur dengan tegangan yang sudah diketahui besarnya dengan menggunakan sirkuit jembatan. Sedang osiloskop bekerja dengan cara menggunakan tegangan yang diukur untuk membelokkan elektron di layar monitor, sehingga di layar akan tercipta grafik dari elektron yang telah dibelokkan. Grafik ini sebanding dengan besar tegangan yang diukur. 4.4 Pembahasan Tegangan Listrik Voltmeter digunakan untuk mengukur beda potensial. Misalnya beda potensial
antara kutub-kutub baterai atau beda potensial di dua titik suatu rangkaian listrik.
13
Dalam suatu rangkaian, penggunaan voltmeter secara paralel. Maksudnya, terminal positif voltmeter (berwarna merah) dihubungkan dengan kutub positif batu baterai. Adapun kutub negative voltmeter dihubungkan dengan kutub negatif batu baterai. Salah satu contoh penggunaan voltmeter yaitu pada pengukuran gaya gerak listrik dan tegangan jepit suatu rangkaian.
Perbedaan antara besarnya GGL dengan tegangan jepit menimbulkan adanya kerugian tegangan. Baterai atau sumber arus listrik lainnya memiliki hambatan dalam. Dalam suatu rangkaian, hambatan dalam ( r ) selalu tersusun seri dengan hambatan luar ( R).
Gambar 4.1 Hambatan dalam
Berdasarkan gambar, rumus Hukum Ohm dapat ditulis sebagai berikut.
E total total = E 1 + E 2 +…+E n = nE r total total = r 1 + r 2 +…r n = nr
Sehingga
14
Untuk beberapa elemen yang dipasang secara paralel berlaku E total total = E 1 = E 2 = E n = E
Keberadaan hambatan dalam itulah it ulah yang menyebabkan menyebabkan kerugian tegangan. Kerugian tegangan dilambangkan dengan U satuannya volt.
Hubungan antara GGL, tegangan jepit, dan kerugian tegangan dirumuskan. E = V + U
dengan: E = gaya gerak listrik satuannya volt (V) V = tegangan jepit satuannya volt (V) U = kerugian tegangan satuannya volt (V)
15
BAB V MAGNET
5.1 Pengertian Magnet
Magnet atau magnit adalah suatu objek yang mempunyai suatu medan suatu medan magnet. Kata magnet (magnit) berasal dari bahasa dari bahasa Yunani magnítis líthos yang berarti batu Magnesian. batu Magnesian. Magnesia Magnesia adalah nama sebuah wilayah di Yunani pada masa lalu yang kini bernamaManisa bernama Manisa (sekarang berada di wilayah Turki) wilayah Turki) di mana terkandung batu magnet yang ditemukan sejak zaman dulu di wilayah tersebut. Pada saat ini, suatu magnet adalah suatu materi suatu materi yang mempunyai suatu medan magnet. Materi tersebut bisa dalam berwujud magnet tetap atau magnet tidak tetap. Magnet yang sekarang ini ada hampir semuanya adalah magnet buatan. Magnet selalu memiliki dua kutub yaitu: kutub utara (north/ N) dan kutub selatan (south/S). Walaupun magnet itu dipotong-potong, potongan magnet kecil tersebut akan tetap memiliki dua kutub.
Gambar 5.1 Medan Magnet Magnet dapat menarik benda lain. Beberapa benda bahkan tertarik lebih kuat dari yang lain, yaitu bahan logam. bahan logam. Namun Namun tidak semua logam mempunyai daya tarik yang sama terhadap magnet. Besi magnet. Besi dan baja dan baja adalah dua contoh materi yang mempunyai daya tarik yang tinggi oleh magnet. Se dangkan oksigen dangkan oksigen cair adalah contoh materi yang mempunyai daya tarik yang rendah oleh magnet. Satuan intensitas Satuan intensitas magnet Internasional (SI)
menurut sistem
adalah Tesla adalah Tesla dan
SI
metrik pada metrik pada Satuan Satuan unit
untuk
total fluks total fluks
16
magnetik adalah weber. adalah weber. 1 1 weber/m^2 = 1 tesla, yang memengaruhi satu meter persegi.
5.2 Prinsip Kemagnetan
Garis Gaya Magnet - Pada sebuah magnet sebenarnya merupakan kumpulan jutaan magnet ukuran mikroskopik yang teratur satu dan lainnya. lai nnya. Kutub utara dan kutub selatan magnet posisinya teratur (lihat gambar 3). Secara keseluruhan kekuatan magnetnya menjadi besar. Logam besi bisa menjadi magnet secara permanen (tetap) atau bersifat megnet sementara dengan cara induksi elektromagnetik. Tetapi ada beberapa logam yang tidak bisa menjadi magnet, misalnya tembaga dan aluminium, dan logam tersebut dinamakan diamagnetik.
Bumi merupakan magnet alam raksasa, dapat dibuktikan dengan alat yang dinamakan kompas, dimana jarum penunjuk pada kompas akan menunjukkan arah utara dan selatan bumi kita, seperti diperlihatkan pada gambar 1. Karena sekeliling bumi sebenarnya dilingkupi garis gaya magnet yang tidak tampak oleh mata kita tapi bisa diamati dengan kompas keberadaannya.
Gambar 5.1 Pola garis medan magnet permanen.
17
Batang magnet memancarkan garis gaya magnet yang melingkupi dengan arah dari utara ke selatan. Pembuktian sederhana dilakukan dengan menempatkan batang magnet diatas selembar kertas, kemudian diatas kertas tersebut ditaburkan serbuk halus besi secara merata, yang terjadi adalah bentuk garis-garis dengan dengan pola melengkung melengkung oval diujung-ujung kutub. Ujung kutub utara-selatan muncul pola garis gaya yang kuat. Daerah netral pola garis gaya magnetnya lemah. Bagian netral magnet artinya tidak memiliki kekuatan magnet. Untuk membuktikan bahwa daerah netral tidak memiliki kekuatan magnet. Ambil beberapa sekrup besi, amatilah tampak sekrup besi akan menempel baik diujung kutub utara maupun ujung kutub selatan. Daerah netral dibagian tengah sekrup tidak akan menempel sama sekali, dan sekrup akan terjat uh. Mengapa besi biasa berbeda logam magnet ? Pada besi biasa sebenarnya terdapat kumpulan magnet-magnet dalam ukuran mikroskopik, tetapi posisi masing-masing magnet tidak beraturan satu dengan lainnya sehingga saling menghilangkan sifat kemagnetannya Arah garis gaya magnet dengan pola garis melengkung mengalir dari arah kutub utara menuju kutub selatan. Didalam batang magnet sendiri garis gaya mengalir sebaliknya, yaitu dari kutub selatan ke kutub utara. Didaerah netral tidak ada garis gaya diluar batang magnet. Pembuktian secara visual garis gaya magnet untuk sifat tarik menarik pada kutub berbeda dan sifat tolakmenolak pada kutub sejenis dengan menggunakan magnet dan serbuk halus besi, gambar 4. Tampak jelas kutub sejenis utara-utara garis gaya saling menolak satu dan lainnya. Pada kutub yang berbeda utara-selatan, garis gaya magnet memiliki pola tarik menarik. Sifat saling tarik menarik dan tolak menolak
magnet
menjadi
dasar
bekerjanya
motor
listrik.
5.3 Gelombang Elektromagnet (Persamaan Maxwell)
Dalam memahami prinsip gelombang elektromagnet tidak bisa dilepaskan keterkaitannya dengan persamaan Maxwell. Ada empat buah persamaan Maxwell yang harus kita ketahui dalam memahami prinsip gelombang elektromagnet ini. Mari kita bahas satu persatu
1) Persamaan Satu (Hukum Faraday)
18
Faraday melakukan percobaan terhadap suatu kawat yang dialiri oleh arus listrik, ternyata kawat tersebut menghasilkan suatu induksi magnetik yang ditangkap oleh surface lingkaran kawat di sebelahnya. Hal ini ditunjukan dengan adanya perbedaan tegangan yang tertangkap pada Voltmeter di kawat dua. Arah induksi magnet ini berlawanan arah dengan aturan tangan kanan sehingga dalam perumusannya ditambah tanda minus (-). Adapun secara matematis dapat ditulis bahwa Integral tertutup dari suatu Kuat Medan Listrik (E) terhadap suatu panjang kawat sama dengan minus dari Integral surface dari turunan parsial Induksi Magnet (B) terhadap waktu (t) yaitu :
∫ E.dl = – ∫ – ∫ (∂B/∂t).ds Berdasar teorema Stokes : ” Integral tertutup dari suatu fungsi terhadap panjang sama dengan Integral surface curl dari Fungsi tersebut terhadap waktu dengan suatu luasan tertentu yaitu : ∫ F.dl = ∫ x F.ds Maka dengan mengubah Hukum Faraday menggunakan Teorema Stokes didapatkan bahwa :
∫ E.dl = ∫ x E.ds sehingga hukum faraday menjadi : ∫ x E.ds = – ∫ – ∫ (∂B/∂t).ds, dengan menghilangkan integral dan ds menjadi : x E = – (∂B/∂t) – (∂B/∂t) – > Hukum Maxwell Pertama 2) Persamaan Dua (Hukum Ampere) Menurut Ampere bahwa disekitar medan magnet akan menimbulkan suatu arus listrik dimana arah arus listriknya tersebut sesuai dengan aturan arah tangan kanan. Secara matematis dapat dikatakan bahwa ” Integral tertutup dari suatu medan magnet (H) terhadap suatu panjang sama dengan jumlah dari Rapat Arus (J) dengan turunan parsial Perpindahan Listrik (D) terhadap waktu (t) yaitu :
∫ H.dl = ∫ (J + ∂D/∂t).ds Berdasar teorema Stokes : ” Integral tertutup dari suatu fungsi terhadap panjang sama dengan Integral surface curl dari Fungsi tersebut terhadap waktu dengan suatu luasan tertentu yaitu :
19
∫ F.dl = ∫
x F.ds Maka dengan menghubungkan Hukum Ampere dengan Teorema Stokes didapatkan hubungan :
∫ H.dl = ∫ x H.ds, sehingga persamaan Ampere menjadi : ∫ x H.ds = ∫ (J + ∂D/∂t).ds, dengan menghilangkan integral dan ds maka didapatlah penurunannya menjadi : ×H = (J +∂D/∂t) – > Hukum Maxwell dua 3) Persamaan Tiga (Hukum Gauss Satu) Hukum Gauss satu menyatakan bahwa jumlah perpindahan arus yang melewati suatu surface itu it u sama dengan jumlah muatan yang ada. Secara matematis dapat dikatakan bahwa integral tertutup dari perpindahan arus listrik terhadap luasan sama dengan jumlah muatan yang ada.
∫ D.ds = Q Dimana Q = ∫ q dV Berdasar teorema Divergensi :
∫ F.ds = ∫
. F.dV Maka rumus Gauss satu diatas dapat diturunkan menjadi :
∫ D.ds = ∫ . D.dV, sehimgga bentuk persamaan barunya menjadi : ∫ . D.dV = ∫ q dV, dengan menghilangkan integral dan dV maka penurunannya menjadi : ∙D =q – > Persamaan Maxwell Tiga 4) Persamaan Empat (Hukum Gauss Dua) Berdasarkan hukum Gauss Dua menyatakan bahwa ” Fluks magnet yang melewati suatu surface itu tidak memiliki muatan” atau secara matematis dapat dikatakan bahwa ” Integral tertutup dari suat u induksi magnet terhadap suatu luasan itu sama dengan 0 atau tidak memiliki muatan yaitu :
∫ B.ds = 0 Dengan menggunakan Teorema Divergensi :
∫ F.ds = ∫
. F.dV
Maka dengan menggabungkan hukum Gauss Dua denga teorema Divergensi menjadi
∫ B.ds = ∫
. B.dV, sehingga bentuk persamaan barunya menjadi :
20
∫
. B.dV = 0, dengan menghilangkan integral dan dV maka
penurunannya menjadi :
∙B =0 – > Persamaan Maxwell Empat dimana keterangan dari simbol-simbol tersebut yaitu yaitu : E = Kuat medan listrik (V/m) H = Kuat medan magnet (A/m) B = Induksi magnet (Vs/m2) D = Perpindahan listrik (As/m2) J = Rapat arus (A/m2) q = Rapat muatan (As/m3) 5.4 Hukum Hopkinson
Sebuah rangkaian magnetik terdiri dari satu atau lebih tertutup jalur lingkaran yang berisi fluks magnetik. Fluks biasanya dihasilkan oleh magnet permanen atau elektromagnet dan dibatasi dengan inti magnetik yang terdiri dari bahan feromagnetik seperti besi, walaupun mungkin ada celah udara atau bahan lain pada jalur.
Hopkinson's Law for magnetic circuits defines the magnetic reluctance as:
=
R
, where: R = Magnetic Reluctance (A/Wb) F = Magnetomotive Force (A) ϕ = Electric Flux (Wb)
21
BAB VI KESIMPULAN
6.1 Kesimpulan •
Arus listrik adalah gerakan atau muatan arus listrik. Arus listrik merupakan banyaknya muatan listrik yang mengalir tiap satuan waktu. Besar kuat arus adalah I =
•
Tegangan listrik (kadang disebut sebagai Voltase) adalah perbedaan potensi listrik antara dua titik dalam rangkaian listrik, dinyatakan dalam satuan volt. Besar tegangan suatu listrik adalah V= I .R
•
Hambatan listrik adalah perbandingan antara tegangan listrik dari su atu komponen elektronik (misalnya resistor) dengan arus listrik yang melewatinya. Hambatan listrik dapat dirumuskan sebagai berikut : R = V/I
•
Terdapat dua jenis kutub magnet, apabila kutub yang sejenis didekatkan maka terjadi reaksi tolak menolak, sedangkan apabila kutub yang tidak sejenis didekatkan maka akan terjadi reaksi tarik menarik.
22
DAFTAR PUSTAKA
https://id.wikipedia.org/wiki/Magnet (Diakses tanggal 27 September 2015)
http://dunia-listrik.blogspot.co.id/2009/10/prinsip-kemagnetan.html (Diakses tanggal 27 September 2015)
https://sufihamdan.wordpress.com/2011/10/01/gelombang-elektromagnet persamaan-maxwell/ (Diakses tanggal 27 September 2015)
http://www.academia.edu/10031987/Hukum_Maxwell (Diakses tanggal 27 September 2015)
https://en.wikipedia.org/wiki/Magnetic_circuit (Diakses tanggal 27 September 2015)
http://www.whatitequals.com/content/hopkinsons-law (Diakses tanggal 27 September 2015)
http://www.rumus-fisika.com/2014/04/pengukuran-tegangan-listrik.html (Diakses Pada 21 September 2015)
http://hikmat.web.id/fisika-kelas-x/pengertian-arus-listrik (Diakses Pada 21 September 2015)
http://www.rumus-fisika.com/2014/04/rangkaian-hambatan-listrik.html (Diakses Pada 21 September 2015)
23
