BAB IV

BESARAN ARUS LISTRIK

4.1Pengertian Arus Listrik

Arus listrik adalah banyaknya muatan listrik yang mengalir tiap satuan waktu. Muatan listrik bisa mengalir melalui kabel atau penghantar listrik lainnya. 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. Saat arus listrik mengalir lewat suatu kabel, maka bidang magnet akan berada di sekeliling kabel. Ampere didefinisikan pada 1948 dari kekuatan tarik-menarik dua kabel yang berarus listrik. Satu ampere adalah arus listrik konstan dimana jika terdapat dua kabel dengan panjang tak terhingga dengan circular cross section yang dapat diabaikan, ditempatkan dengan jarak 1 meter pada ruang hampa, akan menghasilkangaya2 x 107 newton per meter.Contoh arus listrik dalam kehidupan sehari-hari berkisar dari yang sangat lemah dalam satuan mikroAmpere (A) 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. 4.2Sifat Arus ListrikDalam 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. a) Hukum Kirchof

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 yang mengalir masuk suatu percabangan sama dengan arus yang mengalir keluar dari percabangan tersebut.i1 + i4 = i2 + i3 , Untuk arus yang konstan, besar arus I dalam Ampere dapat diperoleh dengan persamaan:

di mana I adalah arus listrik, Q adalah muatan listrik, dan t adalah waktu (time). Sedangkan secara umum, arus listrik yang mengalir pada suatu waktu tertentu adalah:

Dengan demikian dapat ditentukan jumlah total muatan yang dipindahkan pada rentang waktu 0 hingga t melalui integrasi:

Sesuai dengan persamaan di atas, arus listrik adalah besaran skalar karena baik muatan Q maupun waktu t merupakan besaran skalar.[ Dalam banyak hal sering digambarkan arus listrik dalam suatu sirkuit menggunakan panah, salah satunya seperti pada diagram di atas. Panah tersebut bukanlah vektor dan tidak membutuhkan operasi vektor. Pada diagram di atas ditunjukkan arus mengalir masuk melalui dua percabangan dan mengalir keluar melalui dua percabangan lain. Karena muatan listrik adalah kekal maka total arus listrik yang mengalir keluar haruslah sama dengan arus listrik yang mengalir ke dalam sehingga i1 + i4 = i2 + i3. Panah arus hanya menunjukkan arah aliran sepanjang penghantar, bukan arah dalam ruang.

Gambar 4.1Hukum KirchofDefinisi arus listrik yang mengalir dari kutub positif (+) ke kutub negatif (-) baterai (kebalikan arah untuk gerakan elektronnya). Pada diagram digambarkan panah arus searah dengan arah pergerakan partikel bermuatan positif (muatan positif) atau disebut dengan istilah arus konvensional. Pembawa muatan positif tersebut akan bergerak dari kutub positif baterai menuju ke kutub negatif. Pada kenyataannya, pembawa muatan dalam sebuah penghantar listrik adalah partikel-partikel elektron bermuatan negatif yang didorong oleh medan listrik mengalir berlawan arah dengan arus konvensional. Sayangnya, dengan alasan sejarah, digunakan konvensi berikut ini:

Gambar 4.2Arah ArusPanah arus digambarkan searah dengan arah pergerakan seharusnya dari pembawa muatan positif, walaupun pada kenyataannya pembawa muatan adalah muatan negatif dan bergerak pada arah berlawanan.

Konvensi demikian dapat digunakan pada sebagian besar keadaan karena dapat diasumsikan bahwa pergerakan pembawa muatan positif memiliki efek yang sama dengan pergerakan pembawa muatan negatif.

b) Rapat arusRapat arus (bahasa Inggris: current density) adalah aliran muatan pada suatu luas penampang tertentu di suatu titik penghantar. Dalam SI, rapat arus memiliki satuan Ampere per meter persegi (A/m2).

Di mana 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. c) Kelajuan hanyutanSaat sebuah penghantar tidak dilalui arus listrik, elektron-elektron di dalamnya bergerak secara acak tanpa perpindahan bersih ke arah mana pun juga. Sedangkan saat arus listrik mengalir melalui penghantar, elektron tetap bergerak secara acak namun mereka cenderung hanyut sepanjang penghantar dengan arah berlawanan dengan medan listrik yang menghasilkan aliran arus. Tingkat kelajuan hanyutan (bahasa Inggris: drift speed) dalam penghantar adalah kecil dibandingkan dengan kelajuan gerak-acak, yaitu antara 10-5 dan 10-4 m/s dibandingkan dengan sekitar 106 m/s pada sebuah penghantar tembaga. 4.3 Sejarah Standar Pengukuran Arus ListrikAndre Marie Ampere, lahir di Lyon,France 20 januari 1775. Meninggal di Marseilles, France 10 juni 1836. Beliau biasa dipanggil dengan nama ampere saja. Beliau di juluki sebagai Bapak Elektrodinamika. Karena selain sebagai guru besar fisika, kimia, dan matematika. Ia meenemukan electromagnet atau magnet listrik, hukum elektromagnet atau disebu dengan hukum ampere jarum statis. Ia juga menemukan florin dan melakukan klasifikasi unsur-unsur kimia. Meski dikenal sebagai ilmuwan yang banyak memberikan terobosan baru di dunia sains, sejatinya Ampere tak pernah mengenyam pendidikan formal. Wawasannya tentang sains diperoleh dari kegemarannya membaca ensiklopedi dan banyak literatur sains dalam bahasa Prancis atau Latin.

Gambar 4.3Andr-Marie ampere Konon, dalam usia 12 tahun, putra pengusaha kayu di Lyon itu sudah menguasai seluruh pelajaran dasar matematika. Suatu ketika, ia membaca tulisan pakar matematika Prancis, dAlembert, tentang hitungan diferensial pada sebuah ensikiopedi. Sejak itulah ia memutuskan untuk secara sungguh-sungguh mendalami matematika. Ia juga kerap melakukan riset dan magang kepada sejumlah pakar Matematika dan fisika, seperti Joseph-Louis Lagrange, dan Jean Baptiste Joseph Selambre.

Pada mulanya, Ampere membuat alat untuk mengukur arus listrik dan dikembangkan menjadi sebuah galvanometer. Kemudian ia menganjurkan telegraf elektromagnet sebanyak 26 kabel dan komutator (saklar putar). Pada akhirnya saran tersebut diterima, dan komutator mulai digunakan pertama kalinya pada generator listrik Pixii tahun 1832. Ampere meninggal dunia pada tanggal 10 Juni 1836 di Marseille, Francis. Di batu nisannva terdapat tulisan tandem felix yang berarti akhirnya bahagia. Tulisan ini menyiratkan perjalanan hidup Ampere yang banyak didera kesedihan, kemudian berakhir dengan kebahagiaan di akhir hidupnya. Pada hari-hari terakhir hidupnya, ia memberikan banyak sumbangan pada ilmu pengetahuan dalam bidang statistik, kimia, mekanika, kristalografi, dan optika.Nama Ampere sekarang kita kenal sebagai nama bagi satuan ukuran arus listrik.Pustaka105 Tokoh Penemu dan Perintis Dunia Oleh Badiatul Muchlisin Asti, Junaidi Abdul Munif

Tabel 4.1Sejarah Penemuan Arus ListrikTahunPenemuKeterangan

1832Andr-Marie ampereAmpere membuat alat untuk mengukur arus listrik yaitu galvanometer. Ia menganjurkan telegraf elektromagnet sebanyak 26 kabel dan komutator (saklar putar). Pada akhirnya saran tersebut diterima, dan komutator mulai digunakan pertama kalinya pada generator listrik.

Gambar 4.4 Galvanometer

1920Donald MacadieAlat ukur kuat arus dijadikan satu dengan alat ukur bernama multimeter. Multimeter ditemukan sebagai radsio penerima dan perangkat tabung vakum.

Gambar 4.5 Multimeter Digital

Gambar 4.6 Multimeter Analog

1923Donald MacadieMultimeter mulai dipasarkan

4.4Jenis Alat Ukur Arus Listrik A. Ampere Meter

Ampere meter arus searah atau sering disebut ampere meter DC adalaha alat ukur yang berfungsi untuk mengetahui besarnya arus listrik (DC) yang mengalir pada suatu beban listrik atau rangkaian elektronika. Ampere meter menggunakan gerak dArsonval yaitu gerakan dasar PMMC (permanent magnet moving coil) atau sering juga dikenal dengan galvanometer PMMC.B. Multimeter

Multimeter atau multitester, juga dikenal sebagai VOM (Volt-Ohm meter), yaitu sebuah alat ukur elektronik yang menggabungkan beberapa fungsi pengukuran dalam satu unit. Sebuah multimeter tipikal akan mencakup fitur dasar seperti kemampuan untuk mengukur voltase, arus, hambatan, dan tegangan Diode. Multimeter dapat menggunakan sirkuit analog atau digital-analog multimeter (AMM) dan digital multimeter (sering disingkat DMM atau DVOM.) alat Analog biasanya didasarkan pada microammeter yang penunjuk bergerak di atas skala dikalibrasi untuk semua pengukuran yang berbeda yang dapat dibuat; digital instrumen biasanya menampilkan digit, tetapi mungkin menampilkan sebuah bar dengan panjang sebanding dengan kuantitas yang diukur. Multimeter digital memiliki semua tetapi diganti kumparan multimeter analog bergerak dalam kebanyakan situasi. Analog multimeter masih diproduksi saat ini, tetapi hanya oleh produsen yang relatif sedikit.

Sebuah multimeter dapat menjadi perangkat genggam berguna untuk menemukan kesalahan dasar dan pekerjaan lapangan layanan atau instrumen bangku yang dapat mengukur ke tingkat akurasi yang sangat tinggi. Dapat digunakan untuk memecahkan masalah listrik di beragam perangkat industri dan rumah tangga seperti alat elektronik, kontrol motorik, peralatan rumah tangga, pasokan listrik.

C. Clamp MeterTang digital atau clamp meter adalah alat ukur mengukur arus listrik tanpa mengukur arus listrik tanpa memutus jalur aarus tersebut. Sebuah tang ampere atau clamp meter ini terdapat fungs lain selain untuk ukur arus listrik adalah untuk ukur voltase atau ukur nilai tahanan.4.5 Clamp MeterA) DefinisiClamp Meter adalah alat untuk mengukur arus pada sebuah kabel. Berbeda dengan multi-meter, clamp meter tidak perlu terhubung ke sirkuit untuk membaca keadaan saat itu. Hal tersebut akan menghilangkan prosedur yang tidak diperlukan untuk mengukur arus. Clamp ditempatkan pada perangkat di sekitar kawat yang berfungsi. Hal ini memungkinkan seseorang untuk mengukur arus pada sebuah kawat tanpa mengganggu pengoperasian listrik pada perangkat lainnya. Clamp meter menggunakan teknologi digital untuk dapat membaca secara langsung. Clamp meter memiliki dua rahang yang terbuka untuk memungkinkan menjepit di sekitar konduktor listrik.B) Sifat

Adapun sifat-sifat dari alat ukur clamp meter adalah:

- Mudah dalam pemakaian dibanding multimeter lama

- Tidak berbahaya dala penggunaanya karena tidak memotong arus dari kabel

- Mudah dibawa keman-mana

- Klem bersifat Konduktor

C) Teknik Pengukuran

Langkah pertama: Pilihlah perangkat konduktor yang akan dilakukan pengukuran

Beberapa clamp dapat dengan mudah mengukur arus pada beban tanpa perlu melepas konduktor listrik dari sirkuit. Untuk dapat membaca, kabel listrik harus dihubungkan ke sebuah alat listrik yang sedang berjalan atau beroperasi. Sebagai tindakan pencegahan keselamatan, yang terbaik adalah melepaskan kabel dari sumber listrik terlebih dahulu sebelum dibaca oleh clamp meter.

Langkah kedua: Pilih fungsi dan jangkauan yang tepat

Tentukan pemutar rotary pada clamp meter untuk fungsi dan jangkauan yang benar. Mengukur arus yang lebih tinggi dari yang ditentukan rentang pengukuran dapat merusak perangkat. Selain itu, konduktor listrik harus berada pada tegangan kurang dari 600V. Perangkat tidak dapat membaca arus pada konduktor yang memiliki tegangan yang sangat tinggi. Jika tidak yakin tentang jangkauan, pilih jangkauan yang tinggi dan kurangi sesuai dengan kebutuhan.

Langkah ketiga: Jepit konduktor

Buka rahang penjepit, kemudian jepitkan pada konduktor. Jika konduktor listrik belum terhubung ke sumber listrik, hubungkanlah. Klem harus memberikan hasil bacaan dalam hitungan detik

Langkah keempat: Gunakan pemisah garis AC

Ketika mengukur arus AC, perangkat dapat memberikan hasil bacaan yang salah. Kepanasan dan netral dapat menyebabkan perangkat tidak menampilkan hasil apa-apa pada layar LCD. Untuk memperbaiki masalah ini, sambungkan jalur pemisah AC ke sumber listrik dan pasang konduktor listrik ke jalur pemisah AC. Jepit meteran ke jalur pemisah AC untuk mengukur arus.Langkah kelima: Ukur teganganAtur meteran penjepit menjadi tanda tegangan V untuk membaca tegangan pada konduktor. Hubungkan juga probe ke meteran. Hubungkan probe hitam ke COM jack dan probe merah ke V/O Jack. Pilih rentang yang benar dan pastikan tidak untuk mengukur tegangan yang berada di atas 600V. Sentuh ujung probe ke konduktor listrik untuk mendapatkan pembacaan tegangan. Baca tegangan pada layar LCD.

D) Cara Kerja Clamp MeterSaat arus yang mengalir ke sebuah konduktor menghasilkan medan magnetik sekitar konduktor. Saat ini yang lebih banyak, yang lebih kuat medan magnetik. Medan magnetik menginduksi tegangan clamp ke bagian meter. Meter yang membaca akan sebanding dengan jumlah tegangan clamp ke dalam. Oleh karena itu, membaca aliran arus melalui konduktor yang hanya memerlukan medan magnetik yang dihasilkan oleh satu konduktor. Menjepit sekitar dua atau lebih konduktor akan menyebabkan magnetik untuk membatalkan setiap bidang lain yang mengakibatkan membaca, jika tidak nol, akan palsu sepenuhnya.KAPITA SELECTA METROLOGI DAN INSTRUMENTASIBESARAN ARUS LISTRIK

Disusun oleh :

Kevin Bagus Wijaya

2412 031 063

Siti Uswatun Hasanah

2413 031 001

Adilah Daffadany R

2413 031 003

Farida Iasha

2413 031 039

Mestika Andala R

2413 031 041

Sholahuddin Muhammad I2413 031 043D3 METROLOGI DAN INSTRUMENTASI

JURUSAN TEKNIK FISIKA

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRIINSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

2015