Besaran dan Satuan ListrikPengukuran dilakukan dengan membandingkan nilai besaran yang diukur dengan besaran

sejenis yang dipakai sebagai satuan. Untuk melakukan pekerjaan Elektronik, seperti memperbaiki

peralatan dan menguji rangkaian elektronika selalu diperlukan alat ukur, karena dengan alat ukur

dapat diketahui :

Besaran arus listrik dalam satuan ampere (A)

Besaran tegangan listrik dalam satuan volt (V)

Besaran resistansi (hambatan) dalam satuan ohm (W)

Simbol dan Satuan Listrik

Untuk keperluan perhitungan listrik dan penulisan berbagai rumusan, digunakan simbol serta

satuan dalam kelistrik sebagaimana dinyatakan dalam tabel 1.1.

Ungkapan Numerik dalam Elektronika

Agar rumus dan perhitungan menjadi lebih praktis, angka yang yang besar sekali maupun

yang kecil sekali diberikan dalam bentuk ungkapan ringkas

Sebagai catatan, dalam penulisan, berbagai singkatan di atas sering digunakan sebagai pengganti

tanda baca koma, misalnya 1,5K dituliskan 1K5 dan sebagainya.

Ukuran Standar Kelistrikan

Ukuran standar dalam pengukuran sangat penting, karena sebagai acuan dalam peneraan alat ukur

yang diakui oleh komunitas internasional. Ada enam besaran yang berhubungan dengan

1. Standar ampere

Menurut ketentuan Standar Internasional (SI) adalah arus konstan yang dialirkan pada dua konduktor

didalam ruang hampa udara dengan jarak 1 meter, diantara kedua penghantar menimbulkan gaya = 2

x 10-7 newton/m panjang.

2. Standar resistansi

Menurut ketentuan SI adalah kawat alloy manganin resistansi 1Ώ yang memiliki tahanan listrik tinggi

dan koefisien temperature rendah, ditempatkan dalam tabung terisolasi yang menjaga dari perubahan

temperatur atmosfer.

3. Standar Tegangan

Ketentuan SI adalah tabung gelas Weston mirip huruf H memiliki dua elektrode, tabung elektrode

positip berisi elektrolit mercury dan tabung electrode negatip diisi elektrolit cadmium, ditempatkan

dalam suhu ruangan. Tegangan electrode Weston pada suhu 20°C sebesar 1.01858 V.

4. Standar Kapasitansi

Menurut ketentuan SI, diturunkan dari standart resistansi SI dan standar tegangan SI, dengan

menggunakan sistem jembatan Maxwell, dengan diketahui resistansi dan frekuensi secara teliti akan

diperoleh standar kapasitansi (Farad).

5. Standar Induktansi

Menurut ketentuan SI, diturunkan dari standar resistansi dan standar kapasitansi, dengan metode

geometris, standar induktor akan diperoleh.

6. Standart temperature

Menurut ketentuan SI, diukur dengan derajat Kelvin besaran derajat kelvin didasarkan pada tiga titik

acuan air saat kondisi menjadi es, menjadi air dan saat air mendidih. Air menjadi es sama dengan

0°Celsius = 273,16°Kelvin, air mendidih 100°C.

7. Standar luminasi cahaya

Menurut ketentuan SI adalah Kandela yaitu yang diukur berdasarkan benda hitam seluas 1 m2 yang

bersuhu hk lebur platina ( 1773 oC ) akan memancarkan cahaya dalam arah tegak lurus dengan kuat

cahaya sebesar 6 x 105 kandela.

Listrik berasal dari kata electrical, electric, electricity. Menurut Kamus Besar Bahasa Indonesia, listrik

adalah daya atau kekuatan yang ditimbulkan oleh adanya pergesekan atau melalui proses kimia,

dapat digunakan untuk menghasilkan panas atau cahaya atau untuk menjalankan mesin. Menurut

Kamus Fisika, listrik merupakan suatu gejala yang diakibatkan oleh adanya atau gerak dari muatan-

muatan (elektron-elektron atau ion-ion) yang menimbulkan gaya listrik. Sedangkan menurut

Wikipedia, listrik adalah kondisi dari suatu partikel subatomik tertentu, yakni elektron dan proton,

yang berakibat adanya gaya tarik dan gaya tolak diantaranya. Dengan kata lain, listrik adalah aliran

elektron-elektron dari atom ke atom pada sebuah penghantar. Atau menurut pengertian lainnya, listrik

adalah sumber energi yang disalurkan melalui kabel. Listrik memungkinkan terjadinya banyak

fenomena fisika yang dikenal luas, seperti petir, medan listrik, dan arus listrik. Listrik biasa digunakan

di dalam segala aspek kehidupan.

Listrik dibedakan menjadi dua yaitu :

1. Listrik statisListrik statis adlah listrik yang tidak mengalir dan perpindahan arusnya terbatas.Listrik statis

mempelajari sifat – sifat muatan listrik.Pada listrik statis, aliran perpindahan elektron terjadi karena

digosokan atau di gesekan.Parameter untuk mengukur listrik statis cukup sulit, karena tidak mudah

mengukur arus, tegangan, daya, dan hambatan misalnya pada penggaris plastik yang menarik

sobekan-sobekan kertas.

2. Listrik dinamisListrik dinamis lebih banyak dimanfaatkan dalam kehidupan sehari-hari. Listrik dinamis adalah listrik

yang mengalir, yang disebabkan oleh sumber arus listrik yang menghasilkan beda potensial (tinggi ke

rendah). Pada listrik dinamis, tejadi perpindahan elektron secara berlanjut yang dihantarkan oleh

bahan konduktor. Parameter untuk mengukur listrik dinamis yaitu dengan alat ukur baku.

besaran-besaran listrik dasar yang akan dipelajari dalam artikel ini meliputi:

Muatan Listrik

Apa itu muatan listrik? Muatan listrik adalah sifat (muatan dasar) yang dibawa oleh partikel dasar

sehingga menyebabkan partikel dasar tersebut mengalami gaya tarik menarik dan tolak menolak.

Muatan listrik dari suatu partikel dasar bisa berjenis positif dan negatif. Jika dua benda memiliki

muatan yang sama akan tolak menolak dan kedua benda tersebut akan tarik menarik jika muatannya

berbeda jenis. Muatan listtrik terdiri dari dua jenis yaitu

Elektron yang membawa muatan negative (Muatan 1 elektron = -1,6.10-

19 coulomb) Proton yang membawa muatan positif (Muatan 1 elektron = +1,6.10-

19 coulomb)Sifat dari muatan listrik yaitu apabila terdapat muatan sejenis akan terjadi gaya tolak menolak antar

muatan sedangkan sebaliknya yaitu apabila terdapat muatan yang tidak sejenis akan terjadi gaya

tarik menarik.

Rumus yang berlaku dalam muatan listrik adalah rumus yang dimatematiskan dari hukum

coulomb.Hukum coulomb ditemukan oleh Charles Augustin de Coulomb pada akhir abad ke

18.Ilmuan dibidang fisika berkebangsaan Perancis ini menemukan hukum yang dinamakan hukum

coulomb.

Hukum ini berbunyi:

“Gaya tarik menarik atau gaya tolak menolak antara dua muatan listrik sebanding dengan muatan-

muatannya dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak yang memisahkan kedua muatan tersebut.”

Secara matematis :

Keterangan:

F = gaya tarik manarik/tolak menolak (newton)

q = muatan listrik (coulomb)

r = jarak antara kedua muatan

k = konstanta = 1/4πεo = 9 x 109 N.m2/C2

εo = permitivitas listrik dalam ruang hampa/udara = 8,85 x 10-12 C2/Nm2

Arus ListrikMenurut Kamus Besar Bahasa Indonesia arus adalah (fis) gerakan atau aliran udara (listrik) yang

melalui suatu benda. Sedangkan arus listrik merupakan gerak elektron dari satu kutub ke kutub lain

melalui kawat penghubung. Menurut Kamus Fisika, arus listrik adalah laju aliran muatan listrik, yang

dalam konduktor logam, muatan yang mengalir terdiri dari elektron-elektron (partikel bermuatan

negative), dan aliran ini terjadi karena dalam medan listrik ada perbedaan potensial antara dua

tempat tersebut. Menurut Wikipedia, arus listrik adalah banyaknya muatan listrik yang disebabkan

dari pergerakan elektron-elektron, mengalir melalui suatu titik dalam sirkuit listrik tiap satuan waktu.

Arus listrik diukur dalam satuan Coulomb/detik (C/s) atau Ampere (A).Arus listrik merupakan satu dari

tujuh satuan pokok.Satuan internasional untuk arus listrik adalah Ampere (A). 1 Ampere didefinisikan

sebagai arus konstan yang, bila dipertahankan, akan menghasilkan gaya sebesar 2 x 10-7

Newton/meter di antara dua penghantar lurus sejajar, dengan luas penampang yang dapat diabaikan,

berjarak 1 meter satu sama lain dalam ruang hampa udara.

Ada dua jenis arus, yaitu :

1. Arus searah ( D.C. – Direct Current )Merupakan arus yang mengalir hanya satu arah saja.Biasanya arus dianggap mengalir dari titik

berpotensial lebih tinggi ke titik berpotensial lebih rendah, dengan elektron mengalir dalam arah yang

sebaliknya.

1. Arus bolak – balik ( A.C. – Alternating Current )Merupakan arus yang arahnya dalam rangkaian berubah – ubah dengan selang yang teratur. Arus ini

ditimbulkan oleh gaya gerak listrik yang berubah – ubah. Plot grafik arus terhadap waktu memberikan

bentuk gelombang dari arus. Arus bolak – balik dan gaya gerak listrik biasanya dinyatakan sebagai

nilai akar kuadrat rata – rata.

1. Tegangan ListrikMenurut kamus besar bahasa Indonesia, tegangan adalah tekanan yang diakibatkan oleh tarikan;

(tek) arus atau aliran listrik. Tegangan biasa disebut juga beda potensial. Menurut Kamus Fisika,

beda potensial adalah perbedaan potensial antara dua titik, yang sama dengan perubahan energi,

saat satu satuan muatan positif bergerak dari satu tempat ke tempat lain dalam medan listrik. Satuan

beda potensial adalah volt (V). Satu volt berarti ada perubahan energi sebesar satu joule jika ada

muatan bergerak sebesar satu coulomb.

Tergantung pada perbedaan potensial listriknya, suatu tegangan listrik dapat dikatakan sebagai

ekstra rendah, rendah, tinggi atau ekstra tinggi.Secara definisi tegangan listrik menyebabkan obyek

bermuatan listrik negatif tertarik dari tempat bertegangan rendah menuju tempat bertegangan lebih

tinggi.Sehingga arah arus listrik konvensional di dalam suatu konduktor mengalir dari tegangan tinggi

menuju tegangan rendah.

Analogi untuk menjelaskan tegangan secara sederhana, misalnya energi yang diperlukan untuk

menggerakkan air dalam pipa sama dengan tekanan dikali volume air yang bergerak. Hal ini senada

dalam dunia elektronik, energi yang diperlukan untuk menggerakkan elektron dalam konduktor sama

dengan besar tegangan dikali jumlah muatan yang bergerak. Tegangan listrik sangat praktis

digunakan untuk mengukur kemampuan suatu sumber energi listrik untuk melakukan usaha.Semakin

besar tegangan listrik antara dua titik, maka semakin besar arus yang bisa mengalir.Berdasarkan

ukuran perbedaan potensialnya, tegangan listrik memiliki empat tingkatan:

1. Tegangan ekstra rendah (extra low Voltage)2. Tegangan rendah (low Voltage)3. Tegangan tinggi (high Voltage)4. Tegangan ekstra tinggi (extra high Voltage)

Rumus Dasar Tegangan Antara 2 Titik Adalah :

Va – Vb = ∫E .dI

Va = potensial di titik a Vb = potensial di titik b

E = medan listrik I = arus listrik

Alat yang biasa digunakan untuk mengukur besar tegangan listrik, yaitu voltmeter, dan osiloskop.

Voltmeter bekerja dengan cara mengukur arus dalam sirkuit ketika dilewatkan melalui resistor dengan

nilai tertentu. Sedangkan 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.

Berdasarkan penerapannya, beda potensial pada arus listrik searah ( DC ) dan arus bolak – balik

(AC) berbeda.

Pada arus searahV= √(P.R)

V = tegangan (V) P = daya (watt)

R = hambatan (Ω)

Pada arus bolak-balik :V = I . R

V = tegangan (V) I = Arus (Ampere)

R = hambatan (Ω)

1. Daya ListrikMenurut kamus besar bahasa Indonesia, daya adalah kemampuan melakukan sesuatu atau

kemampuan bertindak; kekuatan; tenaga.Daya hantar (fis) adalah kemampuan menghantarkan

(mengalirkan) kalor atau arus listrik. Menurut Kamus Fisika, daya adalah laju usaha yang dilakukan

atau laju perubahan energi, dengan satuan SI-nya adalah watt (W) yang setara dengan 1 joule per

detik.

Rumus-rumus umum daya listrik :

P = W / t

P = V x I

P = I2 x R atau V2 / R

keterangan :

P = daya listrik (Watt) W = energi listrik (Joule) t = selang waktu (sekon)

V= tegangan listrik (V) I= arus listrik (A) R = hambatan (Ω)

Dalam sistem kelistrikan AC atau Arus Bolak-Balik, terdapat 3 (tiga) jenis daya yang dikenal,

khususnya untuk beban-beban yang memiliki impedansi (Z), yaitu:

Daya Nyata (P)Daya nyata merupakan daya listrik yang digunakan untuk keperluan menggerakkan mesin-mesin

listrik atau peralatan lainnya.

Line to netral / 1 fasa

P = V x I x Cos Ø

Line to line/ 3 fasa

P = √3 x V x I x Cos Ø

Ket :

P = Daya Nyata (Watt)

V = Tegangan (Volt)

I = Arus yang mengalir pada penghantar (Amper)

Cos Ø = Faktor Daya

Daya Semu (S)Daya semu merupakan daya listrik yang melalui suatu penghantar transmisi atau distribusi.Daya ini

merupakan hasil perkalian antara tegangan dan arus yang melalui penghantar.

Line to netral/ 1 fasa

S = V x I

Line to line/ 3 fasa

S = √3 x V x I

Ket :

S = Daya semu (VA)

V = Tegangan (Volt)

I = Arus yang mengalir pada penghantar (Amper)

Daya Reaktif (Q)Daya reaktif merupakan selisih antara daya semu yang masuk pada penghantar dengan daya aktif

pada penghantar itu sendiri, dimana daya ini terpakai untuk daya mekanik dan panas.Daya reaktif ini

adalah hasil kali antara besarnya arus dan tegangan yang dipengaruhi oleh faktor daya.

Line to netral/ 1 fasa

Q = V x I x Sin Ø

Line to line/ 3 fasa

Q =√3 x V x I x Sin Ø

Ket :

Q = Daya reaktif (VAR)

V = Tegangan (Volt)

I = Arus (Amper)

Sin Ø = Faktor Daya

Dari penjelasan ketiga macam daya diatas tersebut, dikenal juga dengan Segitiga Daya. Dimana

Pengertian umum dari Segitiga Daya adalah suatu hubungan antara daya nyata, daya semu, dan

daya reaktif, yang dapat dilihat hubungannya pada gambar bentuk segitiga dibawah ini :

dimana :

P = S x Cos Ø (Watt)

S = √(P2 + Q2) (VA)

Q = S x Sin Ø (VAR)

Energi ListrikEnergi listrik adalah energi yang berasal dari muatan listrik yang menyebabkan medan listrik statis

atau gerakan elektron dalam konduktor (pengantar listrik) atau ion (positif atau negatif) dalam zat cair

atau gas. Energi listrik dinamis dapat diubah menjadi energi lain dengan tiga komponen dasar, sesuai

dengan sifat arus listriknya. Sedanghkan menurut wikipedia energi listrik adalah energi utama yang

dibutuhkan oleh peralatan listrik.

Ada dua jenis arus listrik yaitu arus listrik searah atau biasa di sebut arus DC dan arus listrik bolak

balik atau yang biasa di sebut arus AC. Satuan arus listrik adalah ampere ( A ), tegangan listrik

mempunyai satuan volt ( V ) dan daya listrik memiliki satuan watt ( W ).Sumber energi ini bermacam-

macam contohnya air, pembangkit listrik tenaga air merupakan salah satu contoh sumber energi ini

yang berasal dari kekuatan air. Contoh lain sumber energi ini adalah nuklir, panas bumi, batubara,

matahari, minyak.Kebanyakan dari pembangkit listrik memiliki bagian utama sebuah

generator.Generator pada pembangkit adalah suatu mesin yang berfungsi mengubah energi mekanis

menjadi energi listrik dengan prinsip kerja medan magnet.Mesin generator ini dapat diaktifkan dengan

menggunakan berbagai jenis sumber energi yang tersedia.

Berikut ini ada beberapa manfaat atau kegunaan listrik dalam kehidupan manusia sehari hari :

Untuk penerangan saat malam menjelang, malam hari kita menjadi lebih terang dengan sinar lampu yang menggunakan listrik dari PLN.

– Untuk sumber energi, listrik berguna untuk menghidupkan berbagai alat rumah tangga dan kantor

serta peralatan elektronik lainnya.

Besar energi listrik dapat ditulis dalam bentuk persamaan berikut.

W = V × I × t

Dengan:

W= besar energi listrik (joule)

V= besar tegangan listrik (volt)

I = besar kuat arus listrik (ampere)

t = selang waktu (sekon)

Berdasarkan rumus di atas dapat dikatakan bahwa besar energi listrik bergantung oleh tegangan

listrik, kuat arus listrik, dan waktu listrik mengalir. Energi listrik akan makin besar, jika tegangan dan

kuat arus makin besar serta selang waktu makin lama. Karena menurut Hukum Ohm V = IR, maka

persamaan tersebut dapat diturunkan menjadi persamaan berikut.

Rumus Energi Listrik:

ResistansiResistansi adalah kemampuan suatu benda untuk menahan/menghambat aliran arus listrik.

Komponen :

– Resistor merupakan komponen yang berfungsi untuk menahan arus dalam jumlah tertentu

tergantung dari besarnya nilai komponen resistor tersebut.

Satuan hambatan atau resistansi dinyatakan dengan Ohm “Ω”.

KapasitansiKapasitansi adalah kemampuan suatu benda atau sistem benda untuk menyimpan muatan

listrik.Semua benda memiliki sifat ini dalam berbagai tingkatan.Contoh akrab kapasitansi adalah

kemampuan awan badai untuk menyimpan listrik dan kemudian melepaskannya dalam petir.Secara

kuantitatif, kapasitansi (C) dari benda didefinisikan sebagai rasio dari muatan listrik (Q) pada tubuh

dengan tegangan (V) dari tubuh, yaitu C = Q / V

Kapasitansi suatu sistem tergantung pada ukuran, bentuk, dan komposisi tubuh dalam sistem dan

orientasi mereka terhadap satu sama lain. Misalnya, pelat kapasitor-sistem paralel yang terdiri dari

dua pelat datar identik, logam paralel yang dipisahkan oleh isolator-memiliki kapasitansi yang

diberikan oleh rumus C = eA / d, di mana E adalah konstanta yang tergantung pada insulator, A

adalah daerah salah satu piring, dan d adalah jarak antara pelat.

Kapasitansi diukur dalam farad (f).Sebuah kapasitor pelat sejajar memiliki kapasitansi sebesar 1 farad

jika muatan 1 coulomb pada setiap lempeng yang dibutuhkan untuk menghasilkan tegangan 1 volt

antara pelat.Satuan Farad terlalu besar untuk tujuan praktis.Oleh karena kapasitansi umumnya diukur

dalam sepersejuta farad, atau mikrofarad (mf).

InduktansiInduktansi (L) adalah efek dari medan magnet yang terbentuk disekitar konduktor pembawa arus

yang bersifat menahan perubahan arus. Arus listrik yangmelewati konduktor membuat medan magnet

sebanding dengan besar arus.Perubahan dalam arus menyebabkan perubahan medan magnet

yangmengakibatkan gaya elektromotif lawan melalui GGL induksi yang bersifatmenentang perubahan

arus. Induktansi diukur berdasarkan jumlah gayaelektromotif yang ditimbulkan untuk setiap

perubahan arus terhadap waktu.Secara matematis induktansi pada suatu induktor dengan jumlah

lilitan sebanyak N adalah akumulasi flux magnet untuk tiap arus yang melewatinya :

L=Nϕi

Satuan SI dari induktansi dapat dinamakan henry (H), untuk menghormatifisikawan Amerika Joseph

Henry (1797-1878), salah seorang dari penemu induksielektromagnetik. Satu henry (1 H) sama

dengan satu weber per ampere (1 Wb/A)Induktansi ada dua jenis yaitu : a. induktansi bersama

(mutual inductance) b. induktansi diri (self inductance)

induktansi bersama (mutual inductance)Induktansi mutual adalah induktansi yang timbul pada suatukumparan karena perubahan fluks dari

kumparan lain.

Bila salah satu kumparan digerakkan dari jarak tak hingga melewatikumparan lain akan tercipta fluks

magnet.

Dimensi Besaran

Dimensi besaran diwakili dengan simbol, misalnya M, L, T yang mewakili massa (mass), panjang (length) dan waktu (time). Ada dua macam dimensi yaitu Dimensi Primer dan Dimensi Sekunder. Dimensi Primer meliputi M (untuk satuan massa), L (untuk satuan panjang) dan T (untuk

satuan waktu). Dimensi Sekunder adalah dimensi dari semua Besaran Turunan yang dinyatakan dalam Dimensi Primer. Contoh : Dimensi Gaya : M L T-2 atau dimensi Percepatan : L T-2.Semuabesaran fisis dalam mekanika dapat dinyatakan dengan tiga besaran pokok (Dimensi Primer) yaitu panjang, massa dan waktu. Sebagaimana terdapat Satuan Besaran Turunan yang diturunkan dari Satuan Besaran Pokok, demikian juga terdapat Dimensi Primer dan Dimensi Sekunder yang diturunkan dari Dimensi Primer.

Manfaat Dimensi dalam Fisika antara lain : (1) dapat digunakan untuk membuktikan dua besaran sama atau tidak. Dua besaran sama jika keduanya memiliki dimensi yang sama atau keduanya termasuk besaran vektor atau skalar, (2) dapat digunakan untuk menentukan persamaan yang pasti salah atau mungkin benar, (3) dapat digunakan untuk menurunkan persamaan suatu besaran fisis jika kesebandingan besaran fisis tersebut dengan besaran-besaran fisis lainnya diketahui.

Satuan dan dimensi suatu variabel fisika adalah dua hal berbeda. Satuan besaran fisis didefinisikan dengan perjanjian, berhubungan dengan standar tertentu (contohnya, besaran panjang dapat memiliki satuan meter, kaki, inci, mil, atau mikrometer), namun dimensi besaran panjang hanya satu, yaitu L. Dua satuan yang berbeda dapat dikonversikan satu sama lain (contohnya: 1 m = 39,37 in; angka 39,37 ini disebut sebagai faktor konversi), sementara tidak ada faktor konversi antarlambang dimensi.

Hubungan antara watt, volt & ampere

Watt adalah satuan daya listrik.

Volt adalah satuan tegangan listrik.

Ampere adalah satuan arus listrik

Hubungannya adalah daya listrik terbentuk dari dua komponen arus dan tegangan, dimana hubungannya adalah P = V.I, dimana P adalah unsur daya listrik V adalah tegangan dan I adalah arus. Jadi, semakin besar arus listrik dan semakin besar tegangannya, maka daya listrik semakin besar. Untuk listrik rumah tangga, biasanya standar tegangannya adalah sama (220 Volt di Indonesia, dan di negara tertentu ada yang 110 Volt), sedangkan arusnya tergantung dari daya yang dibutuhkan masing-masing alat listrik di rumah.

Satuan

Satuan didefinisikan sebagai pembanding dalam suatu pengukuran besaran. Setiap besaran mempunyai satuan masing-masing, tidak mungkin dalam dua besaran yang berbeda mempunyai

satuan yang sama. Apa bila ada dua besaran berbeda kemudian mempunyai satuan sama maka besaran itu pada hakekatnya adalah sama. Sebagai contoh Gaya (F) mempunyai satuan Newton dan Berat (w) mempunyai satuan Newton.

Arus listrik searah

Bahwa elektron-elektron bergerak atau berpindah dari rambut ke penggaris plastik sehingga penggaris tersebut bermuatan negatif. Untuk mengalir dari satu tempat ke tempat lain, elektron membutuhkan jalan yang tidak putus.