TEORI DASAR LISTRIK DAN BESARAN, SATUAN, DIMENSI

A.TEORI DASAR LISTRIK

1. Arus Listrik

adalah mengalirnya elektron secara terus menerus dan berkesinambungan pada konduktor akibat perbedaan jumlah elektron pada beberapa lokasi yang jumlah elektronnya tidak sama. satuan arus listrik adalah Ampere.

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.

Gambar 1. 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

Adalah arus yang tergantung pada banyak sedikitnya elektron bebas yang pindah melewati suatu penampang kawat dalam satuan waktu.

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 ialah besarnya arus listrik tiap-tiap mm² luas penampang kawat”.

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

B.BESARAN DAN SATUAN LISTRIK

Pengertian Besaran dan Satuan

Besaran adalah segala sesuatu yang dapat diukur atau dihitung, dinyatakan dengan Angka atau nilai dan  setiap Besaran pasti memiliki satuan. Contoh-contoh besaran dalam Ilmu kelistrikan dan Elektronika seperti Tegangan, Arus listrik, Hambatan, Frekuensi dan Daya Listrik.

Sedangkan yang dimaksud dengan satuan adalah acuan yang digunakan untuk memastikan kebenaran pengukuran  atau sebagai pembanding dalam suatu pengukuran besaran. Satuan ini dalam bahasa Inggris sering disebut dengan Unit. Contoh-contoh satuan dalam ilmu kelistrikan dan Elektronika seperti Ampere, Volt, Ohm, Joule, Watt, Farad dan Henry.
Standar Besaran dan Satuan Listrik / Elektronika

Berikut ini adalah Besaran-besaran Listrik dan Elektronika serta Satuan-satuan Listrik dan Elektronika yang sering digunakan dalam ilmu kelistrikan dan Elektronika. Standar yang digunakan pada umumnya adalah SI  yaitu Standard Internasional.

BESARAN	SATUAN	SIMBOL
Tegangan	Volt	V
Arus Listrik	Ampere	A
Hambatan/Resistansi	Ohm	Ω
Konduktansi	Siemens	G
Kapasitansi	Farad	F
Muatan Listrik	Coulomb	C
Induktansi	Henry	H
Daya Listrik	Watt	W
Impedansi	Ohm	Ω
Frekuensi	Hertz	Hz
Energi	Joule	J

Prefix/Awalan Satuan SI

Yang dimaksud dengan Prefix Satuan SI adalah awalan yang digunakan dalam satuan SI untuk membentuk sebuah satuan yang menandakan kelipatan dari satuan tersebut. Dibawah ini adalah Prefix satuan SI yang pada umumnya digunakan dalam ilmu kelistrikan dan Elektronika.

Prefix	Simbol	Desimal	10n
Terra	T	1.000.000.000.000	1012
Giga	G	1.000.000.000	109
Mega	M	1.000.000	106
kilo	k	1.000	103
(Tidak ada)	(Tidak ada)	1	100
centi	c	1/100	10-2
mili	M	1/1.000	10-3
micro	µ	1/1.000.000	10-6
nano	N	1/1.000.000.000	10-9
pico	p	1.000.000.000.000	10-12

Contoh-contoh Penulisan Satuan SI

Contoh-contoh penulisan satuan-satuan tersebut diantaranya seperti berikut ini :

    1kV = 1 kilo Volt = 1.000 Volt
    1mA = 1 mili Ampere = 1/1000 Ampere atau 0,001 Ampere
    1MΩ = 1 Mega Ohm = 1.000.000 Ohm
    1µF = 1 micro Farad = 1/1.000.000 Farad

Dimensi Besaran Pokok Dan Turunan

Di dalam mekanika, besaran pokok panjang, massa, dan waktu merupakan besaran yang berdiri bebas satu sama lain, sehingga dapat berperan sebagai dimensi. Dimensi besaran panjang dinyatakan dalam L, besaran massa dalam M, dan besaran waktu dalam T. Persamaan yang dibentuk oleh besaran-besaran pokok tersebut haruslah konsisten secara dimensional, yaitu kedua dimensi pada kedua ruas harus sama. Dimensi suatu besaran yang dinyatakan dengan lambang huruf tertentu, biasanya diberi tanda [ ].

Tabel 1.4 menunjukkan lambang dimensi besaran-besaran pokok.

Dimensi dari besaran turunan dapat disusun dari dimensi besaran-besaran pokok. 

Tabel 1.5 menunjukkan berbagai dimensi besaran turunan.

Analisis Dimensi

Setiap satuan turunan dalam fisika dapat diuraikan atas faktor-faktor yang didasarkan pada besaran-besaran massa, panjang, dan waktu, serta besaran pokok yang lain. Salah satu manfaat dari konsep dimensi adalah untuk menganalisis atau menjabarkan benar atau salahnya suatu persamaan. Metode penjabaran dimensi atau analisis dimensi menggunakan aturan-aturan:

a. dimensi ruas kanan = dimensi ruas kiri,
b. setiap suku berdimensi sama.

Besaran Turunan

Table Besaran Turunan
Jenis Besaran Turunan	Nama Satuan Besaran Turunan	Satuan Besaran Turunan (Khusus)	Satuan Besaran Turunan	Dimensi Besaran Turunan
luas	meter kuadrat		m2	[L]2
volume	meter kubik		m3	[L]3
frekuensi	hertz	Hz	s–1	[T]-1
kerapatan	kilogram per meter kubik		kg/m3	[M][L]-3
kecepatan	meter per second		m/s	[M][T]-1
kecepatan sudut	radian per second		rad/s	[rad][T]-1
percepatan	meter per second squared		m/s2	[M][T]-2
apercepatan sudut	radian per second squared		rad/s2
debet volume	meter kubik per sekon		m3/s	[L]2[T]-1
gaya	newton	N	kg· m/s2	[M] [L] [T]-2
tegangan permukaan	newton per meter, joule per meter kuadrat	N/m· J/m2	kg/s2	[M] [T]-2
tekanan	newton per meter kuadrat, pascal	N/m2,Pa	kg/(m· s)	[M] [L]-1 [T]-2
vikositas dinamis	newton-second per meter kuadrat, pascal-second	N s/m2, Pa s	kg/(m· s)	[M] [L]-1[T]-2
vikositas kinematis	meter kuadrat per sekon		m2/s	[L]2 [T]-1
usaha, energi, panas	joule,newton-meter, watt-sekon	J,N · m,W · s	kg· m2/s2	[M] [L]2[T]-2
power, heat flux	watt, joule per sekon	W, J/s	kg · m2/s2	[M] [L]2 [T]-2
heat flux density	watt per meter kuadrat	W/m2	kg/s3	[M] [T]-3
volumet ric heat release rate	watt per cubic meter	W/m3	kg/(m. s3)	[M] [L]-1 [T]-3
koefisien rambat panas	watt per meter kuadrat kelvin	W/(m2K)	kg m/(s3 · K)	[M] [L] [q] [T]-3
kapasitas panas	joule per kilogram kelvin	J/(kg·K)	m2/(s2· K)	[L]2[T]-2[q]-1
kapasitas panas	watt per kelvin	W/K	kg· m2/(s3 · K)	[M] [L]2[T]-3[q]-1
konduktivitas panas	watt per meter kelvin		kg· m2/(s3 · K)	[M] [L]2[T]-3[q]-1
muatan listrik	coulomb	C	A· s	[A] [T]
tegangan listrik	volt	V, W/A	kg· m2/(A · s3)	[M] [L]2 [T]-3[A]-1
kuat medan listrik	volt per meter	V/m	kg· m/(A ·s3)	[M] [L] [T]-3[A]-1
hambatn listrik	ohm	, V/A	kg· m2/(A2 · s3)	[M] [L]2 [T]-3[A]-2
konduktansi listrik	siemens	S, A/V	A2· s3/(kg · m2)	[A]2 [T]3 [M] [L]-2
konduktivitas listrik	ampere per volt meter	A/(V · m)	A2· s3/(kg · m3)	[A]2[T]3 [M] [L]-3
kapasitas listrik	farad	F, A · sN	A2· s4/(kg · m2)	[A]2 [T]4 [M] [L]-2
fluks magnetik	weber	Wb,V · s	kg· m2/(A · s2)	[M] [L]2 [T]-2[A]-2
induksi	henry	H,V · s/A	kg· m2/(A2 · s2)
magnetic permeability	henry per meter	H/m	kg· m/(A2 · s2)
magnetic flux density	tesla, weber per meter kuadrat	T,Wb/m2	kg/(A. s2)
magnetic field strength	ampereper meter		A/m
magnetomotive force	ampere		A	(besaran pokok)
luminous flux	lumen	lm	cd sr
luminance	candela per meter kuadrat		cd/m2
illumination	lux,lumen per meter kuadrat	lx, lm/m2	cd· sr/m2
activity (of radionuclides)	becquerel	Bq	s–1
absorbed dose	gray	GY, J/kg	m2/s2
dose equivalent	sievert	Sv, J/kg	m2/s2
Hehehe buat dimensi besaran turunannya bisa sobat hitung sendiri ya, tinggal nyesuain dengan besaran pokok di kolom sebelumnya.. >:)

 Contoh Soal Besaran Turunan
dalam soal ujian nasional itu kategori soal tentang besaran itu tergolong muda, contoh soal besaran turunan maupun pokok bisasanya hanya menanyakan dimensi atau kalau tidak ada list beberapa besaran dan kita diminta membedakannya seperti contoh berikut

Manakah pernyataan di bawah ini yang merupakan himpunan besaran pokok?

1.    panjang, massa, energi, intensitas cahaya

2.    massa, waktu, kuat arus, gaya, energi

3.    panjang, waktu, suhu, tekanan, intensitas cahaya

4.    massa, waktu, suhu, kuat arus, panjang

Sumber Referensi :

http://meriwardana.blogspot.com

https://teknikelektronika.com  

http://irfansyahp.blogspot.com