rpp tegangan dan tahanan listrik
Post on 07-Aug-2015
337 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
RENCANA PELAKSANAAN PEMBELAJARAN
Nama Sekolah : SMK Negeri 7 Semarang
Kompetensi Keahlian : Teknik Elektro Industri
Mata Pelajaran : Menerapkan Dasar-Dasar Kelistrikan
Kelas/Semester : X/1 & X/2(Gasal)
Pertemuan ke : 1-2
Alokasi Waktu : 4 x 2 x 45 menit
Standar Kompetensi : Menerapkan Dasar-Dasar Kelistrikan.
Kode Standar Kompetensi : 065.DKK.01
Kompetensi Dasar : Menjelaskan arus, tegangan dan tahanan listrik.
Indikator :
1. Menjelaskan pengertian arus, tegangan, dan tahanan listrik.
2. Menjelaskan perbedaan antara tegangan, arus, dan resistansi.
A. Tujuan Pembelajaran
Setelah mengikuti pembelajaran siswa diharapkan dapat:
1. Siswa mampu memahami definisi atom dan electron.
2. Mampu menjelaskan definisi arus listrik , tegangan dan hambatan listrik.
3. Menjelaskan perbedaan arus searah dan arus bolak-balik.
4. Mampu menguasai dan menerapkan hukurn ohm.
5. Mengetahui tentang tegangan puncak, tegangan efektif, tegangan rata-rata serta
bentuk gelombangnya.
6. Mengetahui dasar Hukum Kirchof I dalam rangkaian kelistrikan, baik seri maupun
paralel.
B. Materi Pembelajaran
1. Deskripsi dan identifikasi pengertian dan konsep dasar tegangan, dan tahanan listrik.
2. Diskripsi dan identifikasi perbedaan arus, tegangan, dan resistansi.
C. Metode Pembelajaran
Metode : Ceramah, Tanya jawab, Presentasi, Demonstrasi, Diskusi, Praktek.
Model : STAD
D. Langkah-langkah Kegiatan Pembelajaran
Pertemuan ke 1-2
Kegiatan dalam pembelajaranPKB/EEK
I. Kegiatan dalam pembelajaran
1.1 Guru datang tepat waktu.
1.2 Guru memberi salam pembuka kepada peserta didik.
1.3 Berdoa bersama sebelum memulai pelajaran.
1.4 Mengecek kehadiran siswa.
1.5 Guru menyampaikan tujuan pembelajaran dan
mempersiapkan siswa.
1.6 Guru memberikan beberapa pertanyaan awal seputar kelistrik.
Disiplin
Religious
Disiplin
Memotivasi
II. Kegiatan Inti
2.1 Guru memberikan gambaran tentang dunia kelistrikan.
Dalam kehidupan sehari-hari kita banyak menemui suatu alat
yang mengadopsi listrik & elektronika sebagai basis
teknologinya, contoh : Televisi, Radio, Komputer, Printer
Faximile, Lampu lalu-lintas, Lampu penerangan jalan dan
masih banyak contoh yang lainnya.
2.2 Guru mendefinisikan pengertian Atom dan electron, muatan
listrik dan arus listrik, Tegangan dan hambatan, Arus AC,
Arus DC.
2.3 Guru memberikan kesempatan pada siswa untuk mengajuan
pertanyaan.
2.4 Guru menjelaskan Hukum ohm dan pemakaiannya.
Bahwa besarnya arus yang mengalir pada kawat penghantar
berbanding lurus dengan tegangan listrik yang diberikan
pada kawat penghantar itu dan berbanding terbalik dengan
Prasyarat
Eksplorasi
tahanan kawat penghantar.
2.5 Guru menjelaskan hubungan antar besaran listrik serta contoh
hitungan dengan hokum ohm.
Hukum ohm menjelaskan hubungan arus, tegangan dan tahanan listrik.
V = I x R
I = V / R
R = I / V
dirnana : V / E : tegangan dalam satuan volt
I : arus dalam satuan amper
R: harnbatan dalam satuan Ohm
Contoh: Sebuah accu 12 volt dihubungkan dengan
sebuah lampu yang mempunyai harnbatan 24 ohm.
Berapakah arus yang mengalir didalam lampu.
Jawab: V = I x R I = I = = 0,5 A
2.6 Guru memberikan kesempatan pada siswa untuk mengajukan
pertanyaan.
2.7 Guru memberikan soal latihan dan lembar kerja siswa.
Hitung nilai tahanannya:
2.8 Guru meminta siswa secara acak untuk mengerjakan soal
latihan.
2.9 Guru memberikan pertanyaan dan motivasi tentang nilai
puncak.
2.10 Guru menjelaskan tentang arus AC meliputi nilai puncak,
nilai puncak-puncak, nilai rata-rata, nilai efektif dan bentuk
gelombang.
Elaborasi
Konfirmasi
Evaluasi
Explorasi
2.11 Guru memberikan contoh soal tentang nilai puncak nilai
puncak-puncak, nilai rata-rata, nilai efektif.
2.12 Guru memberikan soal latihan dan lembar kerja siswa.
2.13 Guru meminta siswa untuk mengevaluasi jawaban
temannya.
2.14 Guru memberikan penguatan materi dan jawaban.
2.15 Guru memberikan jobsheet praktek pada masing-masing
siswa.
2.16 Guru menjelaskan langkah kerja praktek yang ada di
jobsheet kepada siswa.
Konfirmasi
III. Kegiatan Penutup
3.1 Siswa dan guru bersama-sama melakukan refleksi dan
menyimpulkan hasil pembelajaran pada materi yang telah
dipelajari dengan tanya jawab dengan siswa.
3.2 Guru memberikan tugas rumah sebagai bahan untuk penilaian
non-test dan meminta siswa untuk belajar materi berikutnya.
3.3 Guru mengakhiri pelajaran dengan berdoa dan mengucapkan
salam.
Meyimpulkan
Evaluasi
Religious
E. Alat/Media Belajar
1. Spidol
2. White board & Layar LCD
3. LCD Projector
4. Laptop
F. Buku Pegangan Guru/Siswa
1. Buku Dasar-dasar Elektronika
2. Buku Alat Ukur dan Teknik Pengukuran
3. Buku Petunjuk Praktik Dasar kelistrikan
4. Buku Sekolah Elektronik (BSE)
G. Tugas
1. Tugas Terstruktur
2. Tugas Non Terstruktu/ Tugas Mandiri
H. Penilaian
1. Tes tertulis : Pilihan ganda dan essay
2. Non tes : Praktek dan tugas kelompok/individu
1. Tes tulis
a. Soal nomor 1 sampai 25 merupakan soal pilihan ganda
1. Jika teman anda hendak mengukur tegangan DC dengan menggunakan multimeter tetapi salah dalam meletakkan selektor yaitu pada Ohm, maka sikap anda ialah:a. Mendiamkan saja agar multimeternya rusakb. Masa bodohc. Pura-pura tidak tahud. Memperingatkan pada teman kalau salah dalarn meletakkan selector
2. Jika hendak mengukur arus DC, maka selektor multirneter harus di arahkan pada:a. Ohm pada 100 >1000Ωb. Volt DC pada 50 Vc. DC amper pada range tertinggid. Volt AC pada 1000"V
3. Jika hendak,mengukur tegangan DC 72 V, maka selektor diarahkan pada: multirneter harus:a. Ohm pada pada 100 >1000Ωb. Volt DC pada 100 Vc. DC amper pada range tertinggi d. Volt AC pada 1000 V
4. Jika hendak mengukur resistansi suatu resistor 100Ω, maka selector multimeter harus diarahkan pada:a. Ohm pada 100 >1000Ωb. Volt DC pada 50 Vc. DC amper pada range tertinggid. Volt AC pada 1000 V
5. Jika hendak mengukur tegangan AC 500 V, maka selektor multimeter harus diarahkan pada:a. Ohm pada 100 >1000Ω b. Volt DC pada 50 Vc. DC amper pada range tertinggid. Volt AC pada 1000 V
6. Atom zata cair terdiri dari:a. Dua proton, dua neutron dan dua elektronb. Dua proton, empat neutron dan tiga elektronc. Satu proton dan satu elektrond. Dua proton dan ernpat elektron
7. Yang mengalir dalam kawat penghantar dari kutub positip batery ke kutub negatif batery ialah:a. Arus elektronb. Arus listrikc. Arus protond. Arus neutron
8. Satuan hambatan listrik ialah:a. Ohmb. Voltc. Amperd. Watt
9. Satuan tegangan listrik ialah:a. Ohmb. Voltc. Ampered. Watt
10. Satuan arus listrik ialah:a. Ohmb. Voltc. Amperd. Watt
11. Satuan daya listrik ialah:a. Ohmb. VoltC. Amperd. Watt
12. Sumber tegangan listril ialah:a. Magnit yang dipukulb. Kawat tembaga yang dipanaskanc. Solar sel yang dikenai sinar mataharid. Batu battery yang telah habis arusnya
13. Arus listrik dapat digunakan untuk ......., kecuali:a. Memutar/menjalankan motor listrikb. Memutar/menjalankan generator listrikc. Menyalakan lampud. Membuat magnit listrik
14. Listrik yang dihasilkan oleh generator rnenggunakan prinsip:a. Kimiawib. Induksi magnitc. Panasd. Listrik pizeo
15. Pada teknik eleklronika magnit digunakan pada alat:a. Head playbackb. Trafo
c. Transistord. Loudspeker
16. Gambar disamping adalah simbol dari: a. Kondensatorb. Resistorc. Induktord. Resonator
17. Fungsi resistor adalah untuk:a. Menghambat besarnya arus listrik yang rnengalirb. Menyimpan muatan listrikc. Beban induktifd. Menahan/memblok arus DC
18. Gambar disamping adalah simbol dari: a. Kondensatorb. Resistorc. Induktord. Resonator
19. Fungsi kondensator adalah untuk:a. Menghambat besarnya arus listrik yang mengalirb. Menyimpan muatan listrikc. Beban induktifd. Menahan/memblok arus AC
20. Satuan kapasitansi sebuah kondensator ialah:a. Ohmb. Henryc. Faradd. Herzt
21. Satuan induktansi sebuah induktor ialah:a. Ohm c. faradb. Henry d. Herzt
22. Bahan pembuat resistor adalah kecuali.a. Karbon c. paduan logamb. Kawat d. keramik
23. Kondensor 1 nF sama dengan:a. 10 pF c. 1000 pFb. 100 pF d. 10000pF
24. Daya yang ada pada resistor 1000 Ohm yang dipasang pada tegangan 10 Volt adalah:a. 0,1 watt c. 10 wattb. 1 watt d. 100 watt
25. Tegangan yang ada pada resistor 100 Ohm yang dialiri arus 100 mA adalaha. 0,1 volt c. 10 Voltb. 1 volt d. 100 volt
b. Soal nomor 26 sampai 30 merupakan soal essay
26. Hitunglah besarnya hambatan kawat tembaga yang panjangnya 100 m dengan
luas penampang 6 mm2 dan tahanan jenisnya 0,0175
27. Hitunglah besarnya daya tarik antara dua kutub magnit yang berjarak 4 cm
yang masing-masing berkekuatan 50 weber dan 100 weber
28. Hitunglah besarnya arus yang mengalir pada hambatan 220 KOhm, jika
dipasang pada tegangan 220 volt
29. Hitunglah besarnya tegangan yang ada pada resistor 1000 Ohm dengan arus
yang mengalir 10 mA
30. Hitunglah daya yang ada pada resistor 10 Ohm yang dipasang pada tegangan 6
volt.
JOBSHEET PRAKTEK DASAR-DASAR KELISTRIKAN
Judul: Menghitung arus, tegangan dan resistansi menggunakan alat ukur
Alat dan Bahan:
a) Amperemeter = 1 buah
b) Voltmeter = 1 buah
c) Multimeter = 1 buah
d) Led = 1 buah
e) Resistor = 4 buah
f) Power supply = 1 buah
g) Wisboard/project board = 1 buah
h) Jumper = secukupnya
Keselamatan Kerja:
a. Jangan meletakkan multimeter disamping meja, agar tidak terjatuh.
b. Jangan bercanda ketika melakukan peraktik.
Langkah Kerja:
1. Siapkan alat dan bahan yang diperlukan.
2. Buatlah rangkaian seperti gambar berikut:
Gambar 1.1 Gambar 1.2
Gambar 1.3
3. Gambar 1.1 menggunakan voltmeter untuk mengukur arus dan dirangkai
dengan rangkaian paralel.
4. Gambar 1.2 menggunakan amperemeter untuk mengukur tegangan dan
dirangkai dengan rangkaian seri.
5. Gambar 1.3 mengunakan multimeter untuk mengukur tahanan/hambatan.
6. Amati hasil pengukuran dan catat hasil pengukuran dalam bentuk laporan.
Kunci jawaban evaluasi dan penskorannya1. Tes Tertulis dan Essay
No. Soal Jawaban Skor
MaksimumPerolehan
Skor
1 D 22 C 23 B 24 A 25 D 26 C 27 B 28 A 29 B 210 C 211 D 212 C 213 B 2
14 B 215 D 216 B 217 A 218 A 219 B 220 C 221 B 222 D 223 C 224 A 225 C 226 R=(Lxp)/q R=(100x0,0175)/6 R=0,29 1027 Besar gaya tarik antara kedua kutub
magnit ialah:
K= K=
K= 312,5 dine
10
28 I= U/R I= 220/220000 I= 1 mA 1029
U= IxR P= 10. x1000 P= 10 Volt10
30P= /R P= /10 P= 36/10 P= 3,6 W
10
Jumlah 100
2. Tes Praktik
No. Aspek PenilaianSkor
Maks.
Skor
Perolehan Keterangan
1 2 3 4 5
1 Perencanaan
1.1. Persiapan alat dan bahan
1.2. Menganalisa jenis pekerjaan
5
5
Sub total 10
2 Kebenaran Pengukuran
2.1. Ketepatan pembacaan
hasil pengukuran
2.2. Ketepatan menghitung
25
15
Sub total 40
3 Keselamatan Kerja
3.1. Mentaati ketentuan
keselamatan kerja
10
Sub total 10
4 Ketepatan Waktu 20
Sub total 20
5 Sikap/Etos Kerja
5.1. Tanggung jawab
5.2. Ketelitian
5.3. Inisiatif
5.4. Kemandirian
2
3
3
2
Sub total 106 Laporan
6.1.Sistimatika penyusunan laporan
6.2. Kelengkapan bukti fisik
4
6
Sub total 10Total 100
Lembar Penilaian Akhir:
Untuk mendapatkan nilai akhir (NA), maka nilai teori dan nilai praktik dibobot yaitu nilai
teori 30% dan nilai praktik 70%.
NILAI (N)
Teori
(NT)
Bobot
(30%xNT)
Praktik
(NP)
Bobot
(70%xNP)
Nilai Akhir (NA) =
(30%xNt) + (70% x NP)
Kesimpulan :
Berdasarkan perolehan nilai akhir (NA) yang diperoleh siswa >= 7,50/< 7,50 *), maka siswa
tersebut dapat/belum dapat *) melanjutkan mempelajari modul berikutnya.
Semarang, ..September 2012
Guru Pamong Guru Praktikan
Sri Jatiningsih, S.Pd Herman Ifan NurtantoNIP. 196407041989032008 NIM. 5301409084
Materi Ajar
Cek Kemampuan
MATERI AJAR
Molekul dan atom
Benda padat, cair dan gas terdiri dari molekul-molekul. Molekul merupakan
bagian yang terkecil dari bahan dan masih mempunyai sifat-sifat yang sama dengan
bahannya. Molekul itu sendiri tersusun dari atom dan atom tersusun dari sebuah inti
(nukleus) yang dikitari oleh elektron dengan kecepatan yang amat tinggi. Gambar 1.
merupakan ilustrasi dari sebuah atom.
Gambar 1. Elektron-elektron yang bermuatan negatif mengitari inti yang bermuatan
positif dilintasan yang terdapat elektron bebas.
a. Pengertian arus listrik
Perpindahan elektron bebas dalam suatu penghantar yang dihubungkan pada
kutub positif (kekurangan elektron) sebuah batery dan kutub negative (kelebihan
elektron) sebuah baterai disebut arus elektron.
Arus listrik adalah banyaknya muatan listrik yang mengalir tiap satuan waktu.
Muatan listrik bisa mengalir melalui kabel atau penghantar listrik lainnya.
I = Q/t (ampere)
Dimana:
I = besarnya arus listrik yang mengalir (ampere)
Q = besarnya muatan listrik (coulomb)
t = waktu, detik
Pada zaman dulu, arus konvensional didefinisikan sebagai aliran muatan positif,
sekalipun kita sekarang tahu bahwa arus listrik itu dihasilkan dari aliran elektron
yang bermuatan negatif ke arah yang sebaliknya.
Arus listrik terbagi menjadi dua jenis yaitu Arus bolak-balik (AC) dan Arus
searah (DC).
Arus Bolak-balik (AC)
Arus bolak-balik adalah arus listrik yang arah arus, besar arus dan
tegangannya selalu berubah secara periodik (teratur). Sebagai sumber arus
bolak-balik ini adalah Generator atau dinamo.
Arus Searah (DC)
Arus searah adalah arus listrik yang searah, besar arus, dan
tegangannya tetap. Sebagai sumber arus searah ini misalnya adalah
batere primer (batere kering) dan batere sekunder (akumulator = accu ).
b. Pengertian tegangan (beda potensial) listrik
Benda yang bermuatan listrik bila dihubungkan dengan tanah (bumi) akan
menjadi netral kembali, karena memberikan kelebihan elektronnya kepada bumi
atau mengambil elektron dari bumi untuk menutup kekurangan elektronnya. Jadi
benda yang bermuatan itu dalam keadaan tidak seimbang muatannya atau
tegang, maka benda yang bermuatan tersebut juga bertegangan atau berpotensial.
Dua benda yang tidak sama muatannya mempunyai tegangan yang tidak sama.
Antara dua benda yang tidak sama besar muatannya atau tidak sama sifat
muatannya terdapat beda potensial listrik (biasa sebagai tegangan listrik).
Satuan Arus dan Tegangan Listrik
1. Satuan arus
Untuk menyatakan besarnya arus listrik yang mengalir pada suatu kawat
penghantar digunakan satuan ampere (A). Satu ampere adalah besarnya arus
listrik yang mengalir melalui tahanan 1 ohm (Ω ) bila diberi tegangan 1 volt.
Dalam praktenya sering digunakan satuan mili ampere atau mikro ampere.
1 ampere (A) = 1000 mili ampere (mA)
1 mili ampere = 1000 mikro ampere (uA)
2. Satuan Tegangan
Satuan yang digunakan untuk menyatakan besarnya tegangan listrik (beda
potensial) adalah volt (V). Satu volt adalah besarnya tegangan yang dapat
mengalirkan arus 1 ampere pada tahanan 1 ohm (Ω ). Dalam praktek, sering
digunakan satuan tegangan yang lebih kecil mili volt (mV).
1 kilo volt (kV) = 1000 volt
1 volt = 1000 mili volt (mV)
c. Pengertian tahanan (hambatan) listrik
Perjalanan elektron dalam penghantar (kawat penghantar) amat berlikuliku di
antara bejuta-juta atom. Dalam perjalanannya electron bertumbukan satu dengan
yang lainnya dan juga bertumbukan dengan atom. Rintangan yang terdapat di
dalam penghantar ini disebut tahanan penghantar. Satuan tahanan penghantar
ialah ohm diberi lambang Ω (Omega).
Hambatan listrik adalah perbandingan antara tegangan listrik dari suatu
komponen elektronik (misalnya resistor) dengan arus listrik yang melewatinya.
Hambatan listrik dapat dirumuskan sebagai berikut:
R = V/I
di mana V adalah tegangan dan I adalah arus
Penghantar yang mempunyai tahanan kecil amat mudah dialiri arus listrik,
dikatakan mempunyai daya hantar listrik yang besar. penghantar yang
mempunyai tahanan besar, sulit dialiri arus listrik, dan dikatakan mempunyai
daya hantar listrik yang kecil. Jadi kita katakan bahwa besarnya nilai tahanan
berbaning terbalik dengan besarnya nilai arus yang mengalir.
Tahanan suatu penghantar dapat dihitung dengan menggunakan rumus :
Dimana : R: tahanan dalam satuan ohm
L: panjang penghantar dalam satuan meter
p: tahanan jenis penghantar dalam satuan Ohm-2mm/m
q: luas penampang penghantar dalam satuan mm2
Bahan Konduktor dan Isolator
1. Konduktor
Adalah bahan yang dapat dengan mudah menghantarkan arus listrik
sehingga konduktor sering disebut juga penghantar listrik yang baik.
Penghantar dalam teknik elektronika adalah zat yang dapat menghantarkan arus
listrik, baik berupa zat padat atau zat cair, sedang zat gas(udara) merupakan
isolator alam. Karena sifatnya yang konduktif maka disebut konduktor.
Konduktor yang baik adalah yang memiliki tahanan jenis yang kecil, misalnya
air dan emas. Contoh bahan konduktor : Perak, alumunium, tembaga, besi,
karbon, seng dan sebagainya.
2. Isolator
Adalah bahan yang tidak dapat menghantarkan arus listrik. Hampir
seluruh bahan non logam adalah isolator. Contoh isolator adalah asbes, kayu
kering, gelas, plastik, karet, udara dll. Dalam bahan isolator , elektron-elektron
tidak bebas bergerak . Hal ini karena setiap atom dari bahan isolator terikat
dengan kuat. Pada isolator, setiap muatan elektron dipegang erat oleh inti
atomnya, sehingga pada suhu ruangan/normal tidak mungkin adanya pengaliran
arus listrik. Apabila isolator diberi tegangan besar sehingga menghasilkan energi
listrik yang mampu mengatasi energi pengikat elektron, elektron akan dapat
berpindah. Dengan demikian isolator dapat mengalirkan arus listrik. Berdasarkan
hal itu di katakan bahwa pada tegangan yang tinggi, isolator dapat berfungsi
sebagai konduktor.
3. Semi konduktor
Selain kedua macam benda tersebut masih ada pula benda benda yang
tidak dapat digolongkan konduktor maupun isolator. Benda ini tergantung pada
suhu sekitarnya, ia dapat jadi konduktor dan dapat pula menjadi isolator. Contoh
bahan semikonduktor : Silikon, germanium,selenium danoksida tembaga.
Salah satu alasan utama kegunaan semikonduktor dalam elektronik
adalah sifat elektroniknya dapat diubah banyak dalam sebuah cara terkontrol
dengan menambah sejumlah kecil ketidakmurnian. Ketidakmurnian ini disebut
dopan. Pada umumnya, komponen dasar aktif elektronika terbuat dari bahan-
bahan semikonduktor misalnya dioda, transistor, dan IC (Integreted Circuit).
Besaran dan Simbol-simbol Kelistrikan
d. Hokum ohm
Hukum ohm menjelaskan hubungan arus, tegangan dan tahanan listrik. Bahwa
besarnya arus yang mengalir pada kawat penghantar berbanding lurus dengan
tegangan listrik yang diberikan pada kawat penghantar itu dan berbanding
terbalik dengan tahanan kawat penghantar.
V = I x R
I = V / R
R = I / V
dirnana : V / E : tegangan dalam satuan volt
I : arus dalam satuan amper
R: harnbatan dalam satuan Ohm
Contoh: Sebuah accu 12 volt dihubungkan dengan sebuah lampu yang
mempunyai harnbatan 24 ohm. Berapakah arus yang mengalir didalam lampu.
Jawab: V = I x R I = I = = 0,5 A
Grafik hubungan tegangan-arus pada hukum ohm
e. Arus AC (alternating current)
Meliputi tegangan puncak, tegangan efektif dan tegangan rata-rata serta faktor
daya.
1. Pengertian arus bolak-balik
Arus bolak-balik sering disebut arus AC (alternating current)
merupakan arus yang arah dan besarnya setiap saat berubah-ubah. Arus
bolak-balik paling banyak digunakan dalam teknik kelistrikan.
Arus bolak-balik selalu mempunyai puncak gelombang atas dan
puncak gelombang bawah. Bila sebuah gelombang mencapai puncak atas dan
puncak bawah disebut telah mencapai 1 gelombang penuh. Harga maksimum
dan harga puncak atas dan puncak bawah disebut harga peak to peak (harga
dari puncak ke puncak).
Gambar 1
2. Bentuk arus bolak-balik
Ada 3 macam bentuk gelombang arus AC, yakni gelombang sinusoidal,
gelombang kotak (segi empat), dan gelombang segitiga (gergaji). Perhatikan
gambar-gambar 2, 3, dan 4.
Gambar 2
Gambar 3
Gambar 4
3. Pergeseran fase
Gambar 5
Kalau kita lukis lengkung Φ = Φm cos ωt dan lengkung e = Em sin ωt
secara bersama dalam satu susunan sumbu tegangan seperti gambar ini.
Maka jelas terlihat bahwa kedua lengkung tersebut mempunyai besar periode
yang sama, tetapi fluksi bergeser kekanan sejauh π/2 atau seperempat periode
dari lengkung tegangan e. ini dapat dikatakan bahwa antara lengkung Φ
dengan e terdapat beda fase sebesar π/2 rad atau sebesar 900. Kalau kedua
lengkugn tersebut dilukis sebagai vektor, seperti gambar berikut ini. Kalau
diperhatikan vektor Φ mendahului E sebesar 900 (arah geseran vektor
melawan arah jarum jam).
Gambar 6
Perlu diketahui bahwa pergeseran fase tidak selalu 900, tetapi dapat
bermacam-macam sesuai dengan keadaannya. Misalnya, antara E1 dan E2
berbeda fase sebesar 450, maka dapat kita gambarkan lengkung
gelombangnya dan vektornya. Selanjutnya, kedua persamaan itu ditulis
dengan:
e1 = E1 sin ωt
e2 = E2 sin (ωt - 450)
Gambar 7
jadi pergeseran fase ialah bergesernya gelombang bolak-balik dari
titik nol.
4. Harga-harga arus bolak-balik
a) Harga sesaat
Banyak digunakan dalam teknik listrik ialah gelombang bolak-balik
sinusoidal.
Harga gelombang tegangan ini dapat ditulis:
v = Em sin ωt
harga ini disebut harga sesaat, dinotasikan dengan huruf kecil. Untuk
arus AC, harga sesaat ditulis dengan:
i = Im sin ωt
e = Em sin ωt
keterangan:
i = harga sesaat arus
e = harga sesaat tegangan
Im = harga arus maksimum (puncak)
Em = harga tegangan maksimum (puncak)
sin ωt = sudut yang ditempuh gelombang
contoh:
sebuah gelombang tegangan berbentuk arus bolak-balik sinusoidal.
Harga tegangan maksimum 200 V, 50 Hz. Berapakah tegangan sesaat
untuk sudut 300, 600, dan 900. Serta, berapakah tegangan sesaat untuk t =
0,001 detik.
Penyelesaian:
Pada 300
e = Em sin Φ
= 200 sin 300
= 100 volt
Pada 600
e = Em sin Φ
= 200 sin 600
= 200 . 0,866
= 173,2 volt
Pada 900
e = Em sin Φ
= 200 sin 900
= 200 . 1
= 200 volt
Pada t = 0,001 detik
e = Em sin ωt
karena
ω = 2πf
maka
e = Em sin 2πft
= 200 sin 2.3,14.50.0,001 rad
= 200 sin 17.990
= 200.0,31
= 61,77 volt
b) Harga rata-rata
Harga rata-rata arus AC ialah harga arus bolak-balik yang setara
dengan harga arus DC yang dapat memindahkan muatan listrik yang
sama dengan muatan yang dipindahkan arus DC.
Gambar 8
Untuk menghitung harga rata-rata arus atau tegangan bolak-balik,
baik yang persegi (kotak) maupun yang dilakukan dengan
menjumlahkan harga separuh gelombang (harga satu puncak)
Cara ini dikenal dengan cara oedinal tengah, dengan luas daerah
separuh gelombang dibagi menjadi beberapa interval dengan tiap
interval mempunyai nilai ordinat tengah masing-masing. Menghitung
harga rata-rata ini hanya dilakukan untuk separuh gelombang. Karena
jika dilakukan untuk satu gelombang penuh hasilnya akan nol.
Harga rata-rata untuk arus:
Irat =
Misalkan sebuah gelombang sinusoidal dengan arus maksimum 1
ampere. Untuk menentukan harga rata-ratanya, gelombang tersebut kita
bagi menjadi 6 interval sehingga tiap interval bergerak 1800/6 = 300.
Berarti ordinat tengah pertama berada pada sudut 150. Selanjutnya
ordinat tengah pada 450, 750, 1050, 1350, 1650. Harga tiap ordinat tengah
ditabulasikan sebagai berikut:
Harga rata-rata arus
Irat = Im
= 0,644 Im
Jika kita bagi gelombang tersebut dengan pembagian yang lebih teliti,
misalnya menjadi 24 interval, maka harga rata-ratanya menjadi 0,637 Im.
dengan demikian, dapat disimpulkan bahwa hanya rata-rata gelombang
sinusoidal untuk arus ialah:
Irat = 0,637 Im
Untuk harga rata-rata tegangan:
Vrat = 0,637 Vm
Secara matematis harga rata-rata gelombang sinus dapat dihitung
dengan:
Irat =
Didapat:
Irat =
Irat = 0,637 Im
Harga rata-rata untuk gelombang segi empat sama dengan harga
maksimumnya.
c) Harga efektif (root mean square)
Harga efektif biasa disebut dengan root mean square (rms), yaitu
harga akar pangkat dua ialah harga arus AC yang sama dengan harga
arus DC yang pada waktu yang sama dapat menimbulkan sejumlah
tenaga yang sama pada hambatan yang sama. Jadi, pada R akan timbul
tenaga sebesar.
P = I2 x R
Karena itu, dapat dikatakan bahwa harga arus atau tegangan
efektif ialah harga arus atau tegangan yang dipakai pada rangkaian. Jadi,
bila kita mengukur arus atau tegangan maka yang terukur itu adalah
harga efektif.
Dengan menggunakan cara ordinat tengah, harga efektif dapat
dihitung dengan:
Ief =
Bila satu gelombang AC sinusoidal sibagi menjadi 12 interval,
kita tabulasikan sebagai berikut:
Harga efektif arus:
Ief =
Ief = 0,7071 Im
Untuk tegangan harga efektif :
Vef = 0,707 Vm
Selanjutnya penulisan harga efektif cukup dengan huruf besar saja,
misalnya harga efektif untuk arus I dan harga efektif untuk tegangan V
dan E. secara matematis harga efektif dapat ditulis:
Im = sin2 ωt dt
Diselesaikan didapat:
Ief = 0,707 Im
Dan
Vef = 0,7078 Vm
d) Faktor bentuk dan faktor puncak
Faktor bentuk ialah harga perbandingan antara harga efektif dengan
harga rata-rata:
Fb =
= 1.11
Harga Fb = 1.11 hanya untuk gelombang sinusoidal.
Faktor puncak ialah harga perbandingan antara harga maksimum dengan
harga efektif.
Fp =
= 1,414
Contoh:
Hasil pengukuran tegangan bolak-balik sinus didapat 150 volt dengan
frekuensi 50 Hz. Lampu terpasang pada tegangan tersebut mempunyai
resistansi 200 ohm. Hitunglah arus efektif. Arus maksimum, arus rata-
rata, tegangan sesaat pada 2700, dan tegangan sesaat pada t = 0,008
detik!
Penyelesaian:
a. Arus efektif ialah arus yang terukur, yaitu tegangan terukur dibagi
resistansi lamp:
I =
= 0,75 ampere
b. Arus maksimum:
Im =
= 1,06 ampere
c. Irat = 0,637 Im
= 0,637 . 1,06 == 0,675 A
f. Hukum kirchof I
Hukum kirchhoff menyatakan bahwa kuat arus dalam suatu rangkaian
yang tidak bercabang dimana-mana besarnya sama. Tetapi apabila
rangkaiannya dibuat bercabang maka jumlah kuat arus yang masuk pada titik
percabangan sama dengan arus yang keluar dari titik percabangan itu.
Dua tahanan atau lebih dapat dihubungkan atau dirangkaikan secara
deret atau paralel atau kombinasi seri dan paralel.
a. Rangkaian Seri
b. Rangkaian Paralel
top related