Dasar Rangk. Listrik

Analogi Rangkaian Listrik masuk pompa keluar pompa

Aliran Arus Konvensional dan Elektron Arus elektron

Kata “electricity”, muncul sekitar 600 thn S.M. Berasal dari “elektron” (Yunani kuno), di mana sifatnya -saat itu- blm dipahami betul.

Perbedaan potensial di antara kedua terminal [+ & -], akibat dari kelebihan elektron terminal negatif [-] dibanding terminal positif [+].

Bila kedua terminal dihubungkan dg kawat (konduktor), beda potensial menyebabkan arus mengalir dlm rangkaian.

Arus (elektron) merupakan aliran elektron yang keluar dari terminal negatif masuk ke terminal positif sumber.

Sebelum teori aliran elektron dipahami betul (17th), ilmuwan menetapkan sembarang bahwa arus dlm konduktor mengalir dari terminal positif ke negatif.

Itu disebut arah arus elektron yg digunakan dan diterima.

Sistem Satuan Sistem Satuan Internasional (SI), didasarkan pada enam besaran dasar (Tabel 1).

Tabel 1. Sistem Satuan Internasional (SI)

Dalam praktek, orang kerap butuh menyebut bilangan satuan yang besar ataupun kecil. OKI, dibutuhkan prefiks/awalan seperti Tabel 2.

Tabel 2. Awalan Standar

Perbedaan Antara Sumber dan Beban Definisi/Aturan: Sumber: arus keluar dari terminal positif Beban: arus masuk ke terminal positif

Perbedaan Antara … Contoh: Sumber: generator, aki, sel surya dll. Beban: lampu, motor elektrik, TV dll.

Representasi Sitem Elektrik Ada tiga cara memodelkan sistem/rangkaian elektrik: Model fisik Model konseptual Model simbol

Lampu Baterai Gbr. Model fisik

Aliran energi Gbr. Model konseptual

Gbr. Model simbol

Muatan, Arus, dan Hukum Arus KIRCHHOFF

Alessandro Volta, menemukan: Baterai (copper-zinc) pertama.

Listrik statis dan arus yg mengalir dlm kawat disebabkan oleh mekanisme dasar yg sama: struktur atom zat, yg terdiri atas inti (proton dan neutron) dikelilingi oleh elektron.

Besaran elektrik dasar adlh muatan (charge). Jumlah terkecil muatan yg ada, dibawa oleh sbh elektron.

Muatan elektron, qe = −1,602 × 10−19 C Partikel pembawa muatan yg lain, yakni proton, qp = +1,602 × 10−19 C Proton dan elektron disebut sbg muatan elementer

Electronvolt (eV) adalah jumlah energi yang dibutuhkan untuk membawa 1 elektron melalui suatu beda potensial sebesar 1 Volt.

Arus, I. Definisi: Kecepatan perubahan muatan yg melalui luasan penampang tertentu I = dq/dt

Contoh 1. Muatan dan arus dlm konduktor

Carilah muatan dlm konduktor silindris (kawat padat) dan hitunglah arus dlm kawat tsb. Geometri konduktor: panjang (L) = 1 m; diameter (D) = 2r = 2 x 10-3 m.

Besaran yg diketahui: Kerapatan pembawa muatan (n) = 1029 pembawa/m3. Muatan elektron (qe) = -1,602 x 10-19 C Kecepatan pembawa muatan (v) = 19,9 x 10-6 m/s;

Carilah: Muatan total dari pembawa (Q); Arus (I).

Analisis Untuk menghitung muatan total dlm penghantar, pertama-tama, tentukan volume penghantar. volume penghantar = panjang x luas penampang

Volume = V = L x A

Skrg., menghitung jumlah pembawa (elektron) dlm konduktor serta muatan totalnya. Jumlah pembawa = volume x kerapatan pembawa (-muatan)

Jumlah elektron dalam konduktor

Besar muatan dalam konduktor

Besar ARUS dalam konduktor

Satuan arus adalah Ampere (A), 1 A = 1 Coulomb/sekon

Hukum Arus Kirchhoff (HAK) Simpul (dlm rangk. elektrik), sambungan dari dua atau lebih konduktor.

Hukum Arus Kirchhoff (HAK) HAK: Jumlah semua arus pada satu simpul (node) harus sama dengan nol. Dengan: n = nomor konduktor/cabang (1,2, …, N)

Atau Jumlah semua arus yang menuju simpul sama dengan yang meninggalkannya.

Gambar. Rangk. elektrik sederhana Beban Elektrik Sumber Elektrik Konduktor Elektrik

I1 + I2 = I3 + I4 + I5 Atau I1 + I2 - I3 - I4 - I5 = 0

Carilah arus-arus yg belum diketahui.

B: 50 = 20+I1; I1 = 30A C: 20+15 = I2; I2 = 35A D: I1 = I3 + 120 30 = I3 + 120; I3 = -90A E: I4+I3 = 15; I4 = 105A

F: 120 = I5 + 40; I5 = 80A