Kata elemen berasal dari kata Latin elementum yang berarti "bagian-bagian dasar yang mendasari sesuatu". Perkembangan kata ini di bahasa Latin sangat dipengaruhi oleh kata Bahasa Yunani στοιχεῖον (stoicheion), akar kata persisnya yang tak dikenal.
Listrik adalah rangkaian fenomena fisika yang berhubungan dengan kehadiran dan aliran muatan listrik. Listrik menimbulkan berbagai macam efek yang telah umum diketahui, seperti petir, listrik statis, induksi elektromagnetik dan arus listrik. Adanya listrik juga bisa menimbulkan dan menerima radiasi elektromagnetik seperti gelombang radio.
Dalam listrik, muatan menghasilkan medan elektromagnetik yang dilakukan ke muatan lainnya. Listrik muncul akibat adanya beberapa tipe fisika:
· muatan listrik: sifat beberapa partikel subatomik yang menentukan interaksi elektromagnetik. Substansi yang bermuatan listrik menghasilkan dan dipengaruhi oleh medan elektromagnetik
· medan listrik (lihat elektrostatis): tipe medan elektromagnetik sederhana yang dihasilkan oleh muatan listrik ketika diam (maka tidak ada arus listrik). Medan listrik menghasilkan gaya ke muatan lainnya
· potensial listrik: kapasitas medan listrik untuk melakukan kerja pada sebuah muatan listrik, biasanya diukur dalam volt
· elektromagnet: Muatan berpindah menghasilkan medan magnet. Arus listrik menghasilkan medan magnet dan perubahan medan magnet menghasilkan arus listrik
· elektronik yang berhubungan dengan sirkuit listrik yang melibatkan komponen listrik aktif seperti tabung vakum, transistor, dioda, dan sirkuit terintegrasi.
Pada dasarnya, pengertian dan definisi listrik adalah merupakan daya atau kekuatan yang ditimbulkan oleh adanya pergesekan ataupun melalui sebuah proses kimia dimana hasil dari proses kimia tersebut bisa digunakan untuk kemudian menghasilkan panas, cahaya, atau bahkan bisa dimanfaatkan untuk menggerakkan sebuah mesin. Ada banyak hal dan kata yang berkaitan dengan listrik itu sendiri. Dimana semua hal yang berkaitan dengan listrik sudah pasti turut memanfaatkan energi dari listrik itu sendiri.
Pengertian Rangkaian Listrik
Rangkaian listrik adalah suatu susunan elemen yang mewakili suatu sistem elektrik, yaitu sistem yang memanfaatkan atau menimbulkan gejala-gejala yang berhubungan dengan listrik. Elemen itu mewakili sifat listrik benda-benda fisis seperti peralatan-peralatan listrik. Untuk tujuan analisis, benda-benda itu diidealisasikan menurut sifat kelistrikannya yang menonjol, dan setiap sifat ini diwakili oleh satu elemen listrik. Elemen- elemen listrik itu dirangkai membentuk rangkaian (elemen) listrik yang mewakili penampilan sifat sistem yang hendak dijelaskan atau dianalisis.
Pembahasan tentang rangkaian listrik itu dapat digolongkan ke dalam dua kategori, yaitu analisis rangkaian dan sintesis rangkaian. Analisis rangkaian berhubungan dengan pembahasan sifat-sifat atau perhitungan kelistrikan suatu sistem yang telah ada atau dianggap ada. Sintesis rangkaian adalah proses penyusunan suatu rangkaian listrik yang akan menampilkan sifat atau sifat-sifat listrik tertentu.
Macam-macam Elemen Listrik
Elemen Aktif
Elemen aktif adalah elemen yang menghasilkan energi, pada mata kuliah Rangkaian Listrik yang akan dibahas pada elemen aktif adalah sumber tegangan dan sumber arus. Pada pembahasan selanjutnya kita akan membicarakan semua yang berkaitan dengan elemen atau komponen ideal. Yang dimaksud dengan kondisi ideal disini adalah bahwa sesuatunya berdasarkan dari sifat karakteristik dari elemen atau komponen tersebut dan tidak terpengaruh oleh lingkungan luar. Jadi untuk elemen listrik seperti sumber tegangan, sumber arus, kompone R, L, dan C pada mata kuliah ini diasumsikan semuanya dalam kondisi ideal.
1. Sumber Tegangan (Voltage Source)
Sumber tegangan ideal adalah suatu sumber yang menghasilkan tegangan yang tetap, tidak tergantung pada arus yang mengalir pada sumber tersebut, meskipun tegangan tersebut merupakan fungsi dari t.
Sifat lain :
Mempunyai nilai resistansi dalam Rd = 0 (sumber tegangan ideal)
a. Sumber Tegangan Bebas/ Independent Voltage Source
Sumber yang menghasilkan tegangan tetap tetapi mempunyai sifat khusus yaitu harga tegangannya tidak bergantung pada harga tegangan atau arus lainnya, artinya nilai tersebut berasal dari sumbet tegangan dia sendiri.
b. Sumber Tegangan Tidak Bebas/ Dependent Voltage Source
Mempunyai sifat khusus yaitu harga tegangan bergantung pada harga tegangan atau arus lainnya.
2. Sumber Arus (Current Source)
Sumber arus ideal adalah sumber yang menghasilkan arus yang tetap, tidak bergantung pada tegangan dari sumber arus tersebut.
Sifat lain :
Mempunyai nilai resistansi dalam Rd = ∞ (sumber arus ideal)
a. Sumber Arus Bebas/ Independent Current Source
Mempunyai sifat khusus yaitu harga arus tidak bergantung pada harga tegangan atau arus lainnya.
b. Sumber Arus Tidak Bebas/ Dependent Current Source
Mempunyai sifat khusus yaitu harga arus bergantung pada harga tegangan atau arus lainnya.
Elemen Pasif
1. Resistor (R)
Sering juga disebut dengan tahanan, hambatan, penghantar, atau resistansi dimana resistor mempunyai fungsi sebagai penghambat arus, pembagi arus , dan pembagi tegangan.
Nilai resistor tergantung dari hambatan jenis bahan resistor itu sendiri
(tergantung dari bahan pembuatnya), panjang dari resistor itu sendiri dan luas penampang dari resistor itu sendiri.
Secara matematis :
R = ρ . l/A
dimana :
ρ = hambatan jenis
l = panjang dari resistor
A = luas penampang
Satuan dari resistor : Ohm ( Ω)
Jika suatu resistor dilewati oleh sebuah arus maka pada kedua ujung dari resistor tersebut akan menimbulkan beda potensial atau tegangan. Hukum yang didapat dari percobaan ini adalah: Hukum Ohm.
Mengenai pembahasan dari Hukum Ohm akan dibahas pada bab selanjutnya.
V = I . R
2. Kapasitor (C)
Sering juga disebut dengan kondensator atau kapasitansi. Mempunyai fungsi untuk membatasi arus DC yang mengalir pada kapasitor tersebut, dan dapat menyimpan energi dalam bentuk medan listrik.
Nilai suatu kapasitor tergantung dari nilai permitivitas bahan pembuat kapasitor, luas penampang dari kapsitor tersebut dan jarak antara dua keping penyusun dari kapasitor tersebut.
Secara matematis :
C = ε A/d
dimana : ε = permitivitas bahan
A = luas penampang bahan
d = jarak dua keping
Satuan dari kapasitor : Farad (F)
Jika sebuah kapasitor dilewati oleh sebuah arus maka pada kedua ujung kapaistor tersebut akan muncul beda potensial atau tegangan, dimana secara matematis dinyatakan :
ic =C dvc/ dt
Penurunan rumus :
Q = CV
dq = Cdv dim ana :
i = dq/dt
dq = i.dt
sehingga :
i.dt = Cdv
i = C dv/dt
Dari karakteristik v - i, dapat diturunkan sifat penyimpanan energi pada kapasitor.
p = dw/dt
dw = p.dt
∫ dw = ∫ p.dt
w = ∫ p.dt = ∫ vi.dt = ∫ vC dv dt = ∫ Cvdv
Misalkan : pada saat t = 0 maka v = 0
pada saat t = t maka v = V
Jika kapasitor dipasang tegangan konstan/DC, maka arus sama dengan nol. Sehingga kapasitor bertindak sebagai rangkaian terbuka/ open circuit untuk tegangan DC.
3. Induktor/ Induktansi/ Lilitan/ Kumparan (L)
Seringkali disebut sebagai induktansi, lilitan, kumparan, atau belitan. Pada induktor mempunyai sifat dapat menyimpan energi dalam bentuk medan magnet.
Satuan dari induktor : Henry (H)
Arus yang mengalir pada induktor akan menghasilkan fluksi magnetik ( φ ) yang membentuk loop yang melingkupi kumparan. Jika ada N lilitan, maka total fluksi adalah :
λ = LI
L = λ/I
v = dλ/dt = L di/dt
Dari karakteristik v-i, dapat diturunkan sifat penyimpan energi pada induktor.
p = dw dt
dw = p.dt
∫ dw = ∫ p.dt
w = ∫ p.dt == ∫ vi.dt = ∫ L di i.dt = ∫ Li.di
Misalkan : pada saat t = 0 maka i = 0
pada saat t = t maka i = I
Jika induktor dipasang arus konstan/DC, maka tegangan sama dengan nol. Sehingga induktor bertindak sebagai rangkaian hubung singkat/ short circuit.
Sumber Arus Listrik
Sumber arus listrik adalah benda-benda yang dapat menghasilkan arus listrik, contohnya baterai, akumulator, elemen Volta, elemen Daniell, dan elemen Weston. Mobil-mobilan dapat bergerak karena memperoleh energi listrik dari baterai, lampu senter dapat digunakan setelah dipasang baterai ke dalamnya.
1. Gaya Gerak Listrik
Semua sumber arus listrik memiliki kemampuan memberikan gaya pada elektron sehingga elektron dari sebuah atom materi dapat bergerak. Gaya dari sumber baterai yang demikian disebut sebagai gaya gerak listrik (ggl).
Gaya gerak listrik sering juga disebut tegangan. Satuan gaya gerak listrik adalah volt (V). Ggl diberi lambang E. Misal pada kulit luar baterai tercantum label 1,5 V, ini menunjukkan besarnya ggl yang dibangkitkan oleh baterai tersebut. Jadi, ggl merupakan beda potensial antara kutub-kutub sebuah sumber listrik (baterai) saat sumber tidak mengalirkan listrik (saklar terbuka).
2. Elemen Primer
Berdasarkan kemampuannya memberikan gaya gerak listrik, sumber arus listrik dibedakan menjadi elemen primer dan elemen sekunder. Baterai yang digunakan oleh jam dinding merupakan elemen primer.
Elemen primer merupakan sebuah sumber arus listrik. Elemen primer merupakan sumber arus listrik yang bersifat sekali pakai. Artinya jika sumber arus tersebut sudah habis energinya, kamu tidak dapat mengisi elemen primer. Kamu harus mengganti sumber arus listrik tersebut dengan sumber arus yang baru.
a. Baterai
Baterai merupakan elemen kering. Jika diamati, baterai memiliki dua kutub yaitu kutub positif dan kutub negatif. Kutub positif baterai berupa batang karbon yang dibenamkan ke dalam campuran mangan dioksida (MnO2) dan amonium klorida (NH4Cl). Kutub negatif baterai adalah lapisan paling luar yang terbuat dari seng (Zn).
Campuran mangan dioksida berfungsi sebagai zat pelindung elektrolit. Di antara lapisan paling luar yaitu seng berfungsi sebagai kutub negatif dan campuran mangan dioksida terdapat pasta amonium klorida yang berfungsi sebagai elektrolit. Di antara kutub positif dan kutub negatif ini terdapat beda potensial. Beda potensial inilah yang menyebabkan baterai tersebut dapat mengalirkan arus listrik jika dipasangkan secara benar dalam sebuah rangkaian. Suatu saat, karbon dan elektrolit dari baterai akan habis sehingga baterai tersebut tidak dapat menghasilkan arus listrik. Baterai termasuk sumber arus listrik yang tidak dapat diisi ulang.
Dengan adanya arus listrik ini, kamu akan dipermudah memperoleh sumber energi listrik yang dapat dibawa ke mana-mana, sehingga akan lebih mudah dan praktis. Baterai masih banyak digunakan pada jam dinding, radio, lampu senter, dan sebagainya.
Penyempurnaan dari sel seng karbon adalah baterai alkalin. Ukuran, bentuk, dan tegangannya mirip dengan sel seng karbon, tetapi jika digunakan dalam suatu peralatan, sel alkalin dapat bertahan enam atau tujuh kali lebih lama dibanding sel seng karbon biasa. Dalam sel alkalin mengandung elektrolit larutan kalium hidroksida. Pelat logamnya terbuat dari nikel dan senyawa kadmium.
b. Elemen Volta
Elemen volta ini kali pertama ditemukan oleh Alessandro Volta (1745 – 1827) seorang ahli Fisika berkebangsaan Italia. Elemen volta adalah sel elektrokimia yang dapat menghasilkan arus listrik. Elemen volta terdiri atas tabung kaca yang berisi larutan asam sulfat (H2SO4) dan sebagai anoda adalah logam Cu (tembaga) sedangkan kutub negatif adalah Zn (seng). Jika elektroda-elektroda seng dan tembaga dimasukkan ke dalam larutan asam sulfat, akan terjadi reaksi kimia yang menyebabkan lempeng tembaga bermuatan listrik positif dan lempeng seng bermuatan listrik negatif. Hal ini menunjukkan bahwa lempeng tembaga memiliki potensial lebih tinggi daripada potensial lempeng seng. Elektron akan mengalir dari lempeng seng menuju lempeng tembaga. Jika kedua lempeng ini dirangkaikan dengan lampu, arus akan mengalir dari lempeng tembaga ke lempeng seng sehingga lampu akan menyala. Namun, aliran arus listrik ini tidak berlangsung lama sehingga lampu akan padam. Hal ini dikarenakan gelembung-gelembung gas hidrogen yang dihasilkan oleh asam sulfat (H2SO4) akan menempel pada lempeng tembaga. Gelembung gas hidrogen ini akan menghambat aliran elektron. Kamu telah mengetahui bahwa arus listrik adalah aliran elektron-elektron sehingga jika aliran elektron ini terhambat, tidak akan ada arus yang mengalir. Peristiwa ini disebut polarisasi. Dengan kata lain, polarisasi adalah peristiwa tertutupnya elektroda elemen oleh hasil reaksi yang mengendap pada elektroda tersebut. Namun demikian, ide Volta inilah yang menjadi prinsip dalam
pembuatan baterai dan aki.
c. Elemen Daniell
Cara kerja elemen daniell pada dasarnya sama dengan cara kerja elemen volta. Namun pada elemen daniell ditambahkan larutan tembaga sulfat (CuSO4) untuk mencegah terjadi polarisasi, yang dinamakan depolarisator sehingga usia elemen dapat lebih lama.
3. Elemen Sekunder
Tidak seperti elemen primer, elemen sekunder bersifat dapat diperbaharui. Artinya tegangan yang berasal dari elemen sekunder suatu saat akan habis, tetapi kamu masih dapat mengisi elemen tersebut. Contoh elemen sekunder adalah akumulator. Akumulator banyak digunakan dalam kendaraan bermotor seperti sepeda motor dan mobil.
Akumulator disebut juga elemen basah. Akumulator terdiri atas pasangan-pasangan keping timbal dan timbal dioksida. Pasangan ini disebut sel. Setiap pasangan timbal dan timbal dioksida ini mampu memberikan tegangan 2 volt. Kapasitas penyimpanan sebuah aki dapat terlihat berupa tulisan angka pada aki. Contoh, pada aki tertulis 12V 40 AH, artinya aki mempunyai ggl 12 volt dan mengalirkan arus listrik 40 ampere selama 1 jam.
Sama seperti pada baterai, akumulator juga mempunyai dua buah kutub, yaitu kutub positif dan kutub negatif. Kutub negatif terletak pada timbal dan kutub positif pada timbal dioksida. Timbal dan timbal dioksida dicelupkan ke dalam larutan elektrolit asam sulfat. Keuntungan pemakaian elemen sekunder misalnya akumulator yaitu dapat diperbaharui. Agar akumulator dapat berfungsi kembali, perlu dimuati oleh sumber arus searah (DC).
Perubahan energi saat aki digunakan yaitu dari energi kimia menjadi energi listrik. Sedangkan saat pengisian aki terjadi perubahan energi dari energi listrik menjadi energi kimia. Cara pengisian aki adalah sebagai berikut.
a. Hubungkan dengan sumber tegangan arus DC yang beda potensialnya lebih tinggi dari aki tersebut.
b. Arus yang mengalir kecil sehingga perlu waktu lebih lama. Hal ini bertujuan agar tidak merusakkan sel aki.
c. Ukur konsentrasi larutan dengan hidrometer.
d. Perhatikan ukuran kapasitas akinya dengan amperejam.
a. Hubungkan dengan sumber tegangan arus DC yang beda potensialnya lebih tinggi dari aki tersebut.
b. Arus yang mengalir kecil sehingga perlu waktu lebih lama. Hal ini bertujuan agar tidak merusakkan sel aki.
c. Ukur konsentrasi larutan dengan hidrometer.
d. Perhatikan ukuran kapasitas akinya dengan amperejam.
DAFTAR PUSTAKA
Sapiie, Soedjana. 2005.Pengukuran dan Alat Alat Ukur Listrik.Jakarta: PT. Pradya Paramita.
Fisika Zone. 2016. Sumber Arus Listrik. (http://fisikazone.com/sumber-arus-listrik/). (online). Diakses pada 2 Maret 2016.
Komentar
Posting Komentar