Teori Dasar Listrik

1. Arus Listrik

Arus listrik adalah banyaknya muatan listrik yang mengalir melalui suatu titik dalam

sirkuit listrik tiap satuan waktu. Arus listrik dapat diukur dalam satuan Coulomb/detik atau

Ampere. Contoh arus listrik dalam kehidupan sehari-hari berkisar dari yang sangat lemah dalam

satuan mikroAmpere (μA) seperti di dalam jaringan tubuh hingga arus yang sangat kuat 1-200

kiloAmpere (kA) seperti yang terjadi pada petir. Dalam kebanyakan sirkuit arus searah dapat

diasumsikan resistansi terhadap arus listrik adalah konstan sehingga besar arus yang mengalir

dalam sirkuit bergantung pada voltase dan resistansi sesuai dengan hukum Ohm.

Arus listrik merupakan satu dari tujuh satuan pokok dalam satuan internasional. Satuan

internasional untuk arus listrik adalah Ampere (A). Secara formal satuan 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.

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.

Gambar1. Arah arus listrik dan arah gerakan elektron. “1 ampere

arus adalah mengalirnya elektron sebanyak 624x10^16 (6,24151

× 10^18) 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, detik

2. Kuat Arus Listrik

Kuat Arus Listrik adalah arus yang tergantung pada banyak sedikitnya elektron bebas

yang pindah melewati suatu penampang kawat dalam satuan waktu. Kuat arus listrik semakin

banyak elektron-elektron yang mengalir melalui suatu penghantar dalam tiap detiknya, maka

semakin besar pula kekuatan arus listriknya, biasa disebut kuat arus listrik.

Arus sebanyak 6,24 triliun electron (6,24 • 1018) tiap detik pada luas penampang

penghantar, maka hal ini dikenal sebagai kuat arus 1 Ampere.

Dengan demikian dapat dikatakan :

1 C = 6,24 . 1018   muatan elementer 

Sebelumnya telah dijelaskan bahwa 

Ampere adalah satuan dasar yang sah untuk kuat arus listrik

Sudah menjadi kebiasaan dalam keteknikan, supaya lebih sederhana maka besaran-

besaran teknik seperti misalnya kuat arus diganti dengan simbol formula dan demikian pula

untuk simbol nama satuan (simbol satuan).

Simbol formula untuk kuat arus Listrik adalah  I

Simbol satuan untuk Ampere adalah  A.

Bila dalam 1 detik banyak muatan listrik yang mengalir sebesar 1 Coulomb maka disebut 1

Ampere per detik.

1 Coulomb per detik disebut 1 Ampere.

Pembagian dan kelipatan satuan :

1 kA  = 1 Kiloampere    = 1000 A          = 103 A

1 mA = 1 Milliampere    = 1/1000 A       = 10-3 A

1 mA  = 1 Mikroampere = 1/1000000 A = 10-6 A

Pada “undang-undang tentang besaran dalam hal pengukuran” sejak 2 Juli 1969 kuat

arus listrik ditetapkan sebagai besaran dasar dan untuk satuan dasar 1 Ampere didefinisikan

dengan bantuan reaksi tenaga kuat arus Listrik tersebut

Kuat arus Listrik dalam teknik listrik berkisar pada jarak yang sangat luas :

Lampu pijar :  100 s.d. 1000 mA

Motor listrik :  1 sampai 1000 A

Peleburan :  10 s.d. 100 kA

Pesawat telepon :  beberapa mA

Definisi : “Ampere adalah satuan kuat arus listrik yang dapat memisahkan 1,118

milligram perak dari nitrat perak murni dalam satu detik”.

Rumus – rumus untuk menghitung banyaknya muatan listrik, kuat arus dan waktu:

Q = I x t

I = Q/t

t = Q/I

Dimana :

Q = Banyaknya muatan listrik dalam satuan coulomb

I = Kuat Arus dalam satuan Amper.

t = waktu dalam satuan detik.

“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.”

3. Rapat Arus

Difinisi :

Rapat arus adalah aliran muatan pada suatu luas penampang tertentu di suatu titik

penghantar. Dalam SI, rapat arus memiliki satuan Ampere per meter persegi (A/m2).

Dimana I adalah arus pada penghantar, vektor J adalah rapat arus yang memiliki arah

sama dengan kecepatan gerak muatan jika muatannya positif dan berlawan arah jika muatannya

negatif, dan dA adalah vektor luas elemen yang tegak lurus terhadap elemen. Jika arus listrik

seragam sepanjang permukaan dan sejajar dengan dA maka J juga seragam dan sejajar terhadap

dA sehingga persamaan menjadi:

Maka :

di mana A adalah luas penampang total dan J adalah rapat arus dalam satuan A/m2.

Gambar 2. Kerapatan arus listrik.

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 dalam tabel Kemampuan Hantar

Arus (KHA).

Tabel 1. Kemampuan Hantar Arus (KHA)

Berdasarkan tabel KHA kabel pada tabel diatas, 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.

Rumus-rumus dibawah ini untuk menghitung besarnya rapat arus, kuat arus dan penampang

kawat:

J = I/A

I = J x A

A = I/J

Dimana:

J = Rapat arus [ A/mm²]

I = Kuat arus [ Amp]

A = luas penampang kawat [ mm²]

4. Tahanan dan Daya Hantar Penghantar

Penghantar dari bahan metal mudah mengalirkan arus listrik, tembaga dan aluminium

memiliki daya hantar listrik yang tinggi. Bahan terdiri dari kumpulan atom, 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

denganatom dan ini menyebabkan penghantar panas. Tahanan penghantar memiliki sifat

menghambat yang terjadi pada setiap bahan.

Tahanan didefinisikan sebagai berikut :

“1 Ω (satu Ohm) adalah tahanan satu kolom air raksa yang panjangnya 1063 mm dengan

penampang 1 mm² pada temperatur 0° C"

Daya hantar didefinisikan sebagai berikut:

“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”.

Rumus untuk menghitung besarnya tahanan listrik terhadap daya hantar arus:

R = 1/G

G = 1/R

Dimana :

R = Tahanan/resistansi [ Ω/ohm]

G = Daya hantar arus /konduktivitas [Y/mho]

Gambar 3. Resistansi Konduktor

Tahanan penghantar besarnya berbanding terbalik terhadap luas penampangnya dan juga

besarnya tahanan konduktor sesuai hukum Ohm.

“Bila suatu penghantar dengan panjang l , dan diameter penampang q serta tahanan jenis ρ

(rho), maka tahanan penghantar tersebut adalah” :

R = ρ x l/q

Dimana :

R = tahanan kawat [ Ω/ohm]

l = panjang kawat [meter/m] l

ρ = tahanan jenis kawat [Ωmm²/meter]

q = penampang kawat [mm²]

faktot-faktor yang mempengaruhi nilai resistant atau tahanan, karena tahanan suatu jenis material

sangat tergantung pada :

• panjang penghantar.

• luas penampang konduktor.

• jenis konduktor .

• temperatur.

"Tahanan penghantar dipengaruhi oleh temperatur, ketika temperatur meningkat ikatan atom

makin meningkat akibatnya aliran elektron terhambat. Dengan demikian kenaikan temperatur

menyebabkan kenaikan tahanan penghantar"

5. 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 “potential 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 :

1. Adanya sumber tegangan

2. Adanya alat penghubung

3. Adanya beban

Gambar 4. Rangkaian Listrik.

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.

1. Cara Pemasangan Alat Ukur.

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 inidisebabkan tahanan dalam dari Amper meter sangat kecil.

“alat ukur tegangan adalah voltmeter dan alat ukur arus listrik adalah amperemeter”

2. Hukum Ohm

Pada suatu rangkaian tertutup, Besarnya arus I berubah sebanding dengan tegangan V

dan berbanding terbalik dengan beban tahanan R, atau dinyatakan dengan Rumus :

I = V/R

V = R x I

R = V/I

Dimana;

I = arus listrik, ampere

V = tegangan, volt

R = resistansi atau tahanan, ohm

• Formula untuk menghtung Daya (P), dalam satuan watt adalah:

P = I x V

P = I x I x R

P = I² x R

3. HUKUM KIRCHOFF

Pada setiap rangkaian listrik, jumlah aljabar dari arus-arus yang bertemu di satu titik

adalah nol (ΣI=0).

Gambar 5. loop arus “ KIRCHOFF “

Jadi:

I1 + (-I2) + (-I3) + I4 + (-I5 ) = 0

I1 + I4 = I2 + I3 + I5