Home » » Listrik Arus Searah (DC)

Listrik Arus Searah (DC)

Written By Harso Adjie Brotosukmono on Jumat, 04 Desember 2015 | 23.49


Listrik Arus Searah (Direct Current, DC) merupakan listrik yang ditimbulkan oleh aliran elektron dari potensial tinggi ke potensial rendah, karena kuat arus yang dihasilkan konstan dan searah, karena itu dinamakan Arus Searah. Listrik arus searah dapat dihasilkan dari energi kimia, seperti baterai, aki, dan sel volta. Di zaman modern saat ini, Listrik DC dapat dibangkitkan dari Generator AC yang diberi kumutator, akan lebih dibahas pada topik Listrik AC nanti.

Thomas Alfa Edison adalah orang pertama yang menemukan sistem distribusi listrik menggunakan sistem DC. Namun belakangan, karena sistem AC lebih mudah untuk mendistribusikan listrik tegangan tinggi secara cepat dan efisien, saat ini sistem AC lebih sering digunakan untuk distribusi listrik.


Besaran Listrik DC

Hambatan (Resistance)

Resistor symbol America.svg
Lambang Resistor. sumber: wikipedia

Resistor merupakan komponen listrik yang digunakan untuk mengatur arus dan tegangan listrik. George Simon Ohm pertama kali mengemukakan hasil percobaan tentang hambatan listrik dan mendapatkan Ohm yang didefinisikan secara matematis:


dengan:
V = Beda Potensial / Tegangan (V)
I = Kuat arus (A)
R = Hambatan / Resistansi (Ω)

Kuat Arus Listrik (Electric Current)

Kuat arus merupakan banyaknya muatan (biasanya elektron) yang dipindahkan setiap satuan waktu, dengan kata lain Kuat Arus adalah laju perubahan muatan.


dengan:
q = muatan listrik (C)
t = waktu (s)

Beda Potensial / Tegangan (Voltage)

Tegangan listrik adalah beda potensial diantara kedua ujung kutub listrik. Perbedaan potensial menyebabkan listrik bergerak dari potensial tinggi ke potensial rendah. Hal yang sama dipelajari pada sel volta. namun di sana istilah yang digunakan adalah potensial reduksi standar.


dengan ΔV adalah Tegangan / Beda Potensial (V)

Rangkaian Resistor

Resistor dapat disusun secara seri, paralel, maupun bukan secara seri-paralel melainkan membentuk jembatan wheatstone.

Rangkaian Seri Resistor

Resistor yang disusun seri.
sumber: Blog Teknik Elektro Universitas Bengkulu

Resistor yang disusun secara seri akan menyebabkan nilai resistansi semakin besar karena nilai kuat arus (I) pada setiap resistor adalah sama, jika dirumuskan:


Rangkaian Paralel Resistor

Resistor yang disusun paralel
sumber: Blog Teknik Elektro Universitas Bengkulu

Resistor yang disusun secara paralel akan menyebabkan nilai resistansi semakin kecil, karena nilai kuat arus (I) harus dibagi pada setiap resistor sehingga nilainya tidak sama, jika dirumuskan:


Rangkaian Jembatan Wheatstone

Berbagai jenis jembatan wheatstone.
sumber: rumushitung.com

Terkadang ada rangkaian yang dibuat tidak menyerupai rangkaian seri maupun paralel, contohnya adalah Jembatan Wheatstone, keberadaan R5 di tengah (lihat gambar diatas) menjadikan rangkaian tersebut harus diselesaikan dengan cara khusus.

Jika I di R5 = 0
Cara memastikannya adalah dengan menyamakan hasil kali R1.R3 = R2.R4. Maka tidak ada arus yang melewati R5, R5 dapat diabaikan. Rangkaian dapat disederhanakan menjadi:

Penyelesaian pertama jembatan wheatstone.

Maka sekarang resistor bisa diselesaikan secara seri-paralel.

Jika I di R5 ≠ 0
Cara memastikannya adalah dengan memeriksa bahwa R1.R3 ≠ R2.R4. Maka dapat diselesaikan dengan Transformasi-Y, rangkaian diubah dahulu menjadi bentuk seperti ini:

Transformasi-Y

Lalu carilah nilai Ra, Rb, dan Rc dengan mengalikan dua resistor yang berseberangan. Secara matematis:

             

Lalu hilangkan saja R1, R2, dan R5 sehingga resistor menjadi:

Transformasi-Y

Rangkaian Multi-Loop dan Hukum Kirchoff

Gustav Robert Kirchoff mengemukakan dua hukum yang berkaitan dengan kelistrikan. Kedua hukumnya adalah sebagai berikut:

Hukum I Kirchoff
Pada percabangan jumlah arus yang masuk adalah sama dengan jumlah arus yang keluar.


Hukum II Kirchoff
Pada rangkaian tertutup, jumlah aljabar tegangan dan gaya gerak listrik adalah nol

 

Kedua hukum tersebut dapat digunakan untuk menyelesaikan rangkaian multi-loop. Sulit untuk menjelaskan rangkaian multi-loop tanpa contoh, karena itu disini langsung saja kita gunakan contoh.

contoh:
Gambar Soal.

Perhatikan rangkaian diatas, nilai-nilai Resistor yang terdapat di rangkaian adalah sebagai berikut :
R₁ = 10Ω
R₂ = 20Ω
R₃ = 40Ω
V₁ = 10V
V₂ = 20V
Berakah arus yang melewati resistor R₃ ?

Penyelesaian :
Di dalam rangkaian tersebut, terdapat 3 percabangan, 2 titik, dan 2 loop bebas (independent).
Gunakan Hukum Kirchhoff I (Hukum Arus Kirchhoff) untuk persamaan pada titik A dan titik B

Titik A :    I₁ + I₂ = I₃
Titik B :    I₃ = I₁ + I₂

Gunakan Hukum Kirchhoff II (Hukum Tegangan Kirchhoff) untuk Loop 1, Loop 2 dan Loop 3.

Loop 1  :    10 = R₁ x I₁ + R₃ x I₃ = 10I₁ + 40I₃
Loop 2  :    20 = R₂ x I₂ + R₃ x I₃ = 20I₂ + 40I₃
Loop 3  :    10 – 20 = 10I₁ – 20I₂

Seperti yang dikatakan sebelumnya bahwa I₃ adalah hasil dari penjumlahan I₁ dan I₂, maka persamaannya dapat kita buat seperti dibawah ini :

Persamaan 1 :    10 = 10I₁ + 40(I₁ + I₂)  =  50I₁ + 40I₂
Persamaan 2 :    20 = 20I₂ + 40(I₁ + I₂)  =  40I₁ + 60I₂

Jadi saat ini kita memiliki 2 persamaan, dari persamaan tersebut kita mendapatkan nilai I1 dan I2 sebagai berikut :

I₁ = -0.143 Ampere
I₂ = +0.429 Ampere

Seperti yang diketahui bahwa I₃ = I₁ + I₂
Maka arus listrik yang mengalir pada R₃ adalah -0.143 + 0.429 = 0.286 Ampere
Sedangkan Tegangan yang melewati R₃ adalah 0.286 x 40 = 11.44 Volt

Tanda Negatif (-) pada arus I1 menandakan arah alir arus listrik yang diasumsikan dalam rangkaian diatas adalah salah. Jadi arah alir arus listrik seharusnya menuju ke V₁, sehingga V₂ (20V) melakukan pengisian arus (charging) terhadap V₁.

Daya dan Energi Listrik

Aliran listrik membawa energi dan energi itu bisa dikonversikan menjadi bentuk-bentuk energi lain seperti energi cahaya, energi panas, energi bunyi, energi mekanik, dan lain-lain.

Besarnya energi listrik adalah:


dengan:
W = Energi listrik (J)
V = Tegangan (V)
I = kuat arus (A)
t = lamanya waktu alat listrik dioperasikan (s)

karena Daya Listrik merupakan, Energi Listrik per satuan waktu, maka daya l istriknya adalah 

Dari hubungannya, kita dapat mencari besarnya hambatan listrik melalui analisis daya listrik, dirumuskan dengan:


dengan: 
P = Daya listrik (Watt)
V = Tegangan (V)
I = kuat arus (A)

0 comments :

Posting Komentar

Brotot Facts: