Element Rangkaian Listrik

Elemen Rangkaian Listrik

Seperti dijelaskan pada bab sebelumnya, bahwa pada Rangkaian Listrik tidak dapat dipisahkan dari penyusunnya sendiri, yaitu berupa elemen atau komponen. Pada bab ini akan dibahas elemen atau komponen listrik aktif dan pasif.

Elemen Aktif

Elemen aktif adalah elemen yang menghasilkan  energi, pada mata kuliah Rangkaian Listrik yang akan dibahas pada elemen aktif adalah sumber tegangan dan sumber arus. Pada pembahasan  selanjutnya  kita akan membicarakan  semua yang berkaitan dengan elemen atau komponen ideal. Yang dimaksud dengan kondisi ideal disini adalah bahwa sesuatunya berdasarkan dari sifat karakteristik dari elemen atau komponen tersebut dan tidak  terpengaruh  oleh  lingkungan  luar.  Jadi  untuk  elemen  listrik  seperti  sumber tegangan,  sumber  arus,  kompone  R,  L,  dan  C  pada  mata  kuliah  ini  diasumsikan semuanya dalam kondisi ideal.

1.   Sumber Tegangan (Voltage Source)

Sumber tegangan ideal adalah suatu sumber yang menghasilkan tegangan yang tetap, tidak tergantung pada arus yang mengalir pada sumber tersebut, meskipun tegangan tersebut merupakan fungsi dari t.

Sifat lain :

Mempunyai nilai resistansi dalam Rd = 0 (sumber tegangan ideal)

a.   Sumber Tegangan Bebas/ Independent Voltage Source

    Sumber yang menghasilkan  tegangan  tetap tetapi mempunyai  sifat khusus yaitu  harga  tegangannya       tidak  bergantung  pada  harga  tegangan  atau  arus lainnya, artinya nilai tersebut berasal dari sumbet tegangan dia sendiri. Simbol :

 

b.   Sumber Tegangan Tidak Bebas/ Dependent Voltage Source

Mempunyai   sifat  khusus  yaitu  harga  tegangan  bergantung  pada  harga tegangan atau arus lainnya.

Simbol :

 

 

2.   Sumber Arus (Current Source)

Sumber  arus  ideal  adalah  sumber  yang  menghasilkan  arus  yang  tetap,  tidak bergantung pada tegangan dari sumber arus tersebut.

Sifat lain :

Mempunyai nilai resistansi dalam Rd = ∞ (sumber arus ideal)

a.   Sumber Arus Bebas/ Independent Current Source

Mempunyai  sifat  khusus  yaitu  harga  arus  tidak  bergantung  pada  harga tegangan atau arus lainnya.

Simbol :

b.   Sumber Arus Tidak Bebas/ Dependent Current Source

Mempunyai sifat khusus yaitu harga arus bergantung pada harga tegangan atau arus lainnya.

Simbol :

 

Elemen Pasif

1.   Resistor (R)

Sering  juga  disebut  dengan  tahanan,  hambatan,  penghantar,  atau  resistansi dimana resistor mempunyai fungsi sebagai penghambat arus, pembagi arus , dan pembagi tegangan.

Nilai   resistor   tergantung   dari   hambatan   jenis   bahan   resistor   itu   sendiri

(tergantung dari bahan pembuatnya),  panjang dari resistor itu sendiri dan luas penampang dari resistor itu sendiri.

Secara matematis :

R = ρ  l  A

dimana : ρ = hambatan jenis

l = panjang dari resistor

A = luas penampang

Satuan dari resistor : Ohm ( Ω)

 

Jika suatu resistor dilewati oleh sebuah arus maka pada kedua ujung dari resistor tersebut akan menimbulkan beda potensial atau tegangan. Hukum yang didapat dari percobaan ini adalah: Hukum Ohm.

Mengenai pembahasan dari Hukum Ohm akan dibahas pada bab selanjutnya.

VR  = IR

 

2.   Kapasitor (C)

Sering  juga  disebut  dengan  kondensator  atau  kapasitansi.  Mempunyai  fungsi untuk membatasi arus DC yang mengalir pada kapasitor tersebut, dan dapat menyimpan energi dalam bentuk medan listrik.

Nilai suatu kapasitor tergantung dari nilai permitivitas bahan pembuat kapasitor, luas penampang dari kapsitor tersebut dan jarak antara dua keping penyusun dari kapasitor tersebut.

Secara matematis :

C = ε  A/d

dimana : ε = permitivitas bahan

             A = luas penampang bahan d = jarak dua keping

Satuan dari kapasitor : Farad (F)

Jika  sebuah  kapasitor  dilewati  oleh  sebuah  arus  maka  pada  kedua  ujung kapaistor tersebut akan muncul beda potensial atau tegangan, dimana secara matematis dinyatakan :

 

ic  =C dvc/ dt

Penurunan rumus :

 Q = CV 

dq = Cdv dim ana :

   i =  dq/dt

dq = i.dt

sehingga :

i.dt = Cdv

    i = C  dv/dt

Dari  karakteristik   v  -  i,  dapat  diturunkan  sifat  penyimpanan   energi  pada kapasitor.

   p =  dw/dt

dw = p.dt

∫ dw = ∫ p.dt

w = ∫ p.dt = ∫ vi.dt = ∫ vC dv dt = ∫ Cvdv

Misalkan : pada saat t = 0 maka v = 0 

                pada saat t = t maka v = V

Jika kapasitor dipasang tegangan konstan/DC, maka arus sama dengan nol. Sehingga kapasitor bertindak sebagai rangkaian terbuka/ open circuit untuk tegangan DC.

3.   Induktor/ Induktansi/ Lilitan/ Kumparan (L)

Seringkali  disebut  sebagai  induktansi,  lilitan,  kumparan,  atau  belitan.  Pada induktor   mempunyai   sifat  dapat  menyimpan   energi  dalam  bentuk   medan magnet.

Satuan dari induktor : Henry (H)

Arus yang mengalir pada induktor akan menghasilkan fluksi magnetik ( φ ) yang membentuk  loop  yang  melingkupi  kumparan.  Jika  ada  N  lilitan,  maka  total fluksi adalah :

λ = LI

L =  λ/I

v =  dλ/dt = L di/dt

 

Dari karakteristik v-i, dapat diturunkan sifat penyimpan energi pada induktor.

p =  dw dt

dw = p.dt

∫ dw = ∫ p.dt

w = ∫ p.dt == ∫ vi.dt = ∫ L di i.dt = ∫ Li.di

Misalkan : pada saat t = 0 maka i = 0 

                 pada saat t = t maka i = I

 

Jika  induktor  dipasang  arus  konstan/DC,  maka  tegangan  sama  dengan  nol. Sehingga induktor bertindak sebagai rangkaian hubung singkat/ short circuit.

Hal-Hal Yang Perlu Diperhatikan :

1.   Tegangan antara 2 titik, a dan b digambarkan  dengan satu anak panah seperti pada gambar dibawah ini :

Vab menunjukkan besar potensial relatif titik a terhadap titik b.

2.   Tegangan yang dipakai pada buku ini adalah tegangan drop/ jatuh dimana akan bernilai positif, bila kita berjalan dari potensial tinggi ke potensial rendah.

Contoh :

Voltage drop   : Vac = Vab + Vbc = IR – V

3.   Setiap  arus  yang  melewati  komponen  pasif  maka  terminal  dari  komponen tersebut  pertamakali  dialiri  arus akan  menjadi  potensial  lebih  tinggi dibandingkan potensial terminal lainnya.

4.   Bedakan antara sumber tegangan dan pengukur tegangan/ Voltmeter.

Sumber tegangan        (Rd = 0) Voltmeter                   

                                  (Rd = ∞ )

Voltmeter dipasang paralel pada komponen yang akan diukur supaya tidak ada arus yang melalui Voltmeter.

5.   Bedakan antara sumber arus dan pengukur arus/ Amperemeter

Sumber arus                (Rd = ∞ ) Amperemeter              (Rd = 0)

Amperemeter dipasang seri pada komponen yang akan diukur supaya tegangan pada Amperemeter samadengan nol.

 

Perlu diingat bahwa rangkaian paralel adalah pembagi arus dan rangkaian seri adalah pembagi tegangan. Pembahasan rangkain seri dan paralel akan dibahas pada bab selanjutnya.

6.   Rangkaian Hubung Singkat (Short Circuit)

Sifat : Vab  selalu samadengan  0, tidak tergantung  pada arus I yang mengalir padanya.

Vab = 0

Rd = 0

 

7.   Rangkaian Terbuka (Open Circuit)

Sifat : arus selalu samadengan 0, tidak tergantung pada tegangan a-b. I = 0

Rd = ∞